内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法
【課題】酸素飽和度に関する情報が正確に反映された画像を表示する。
【解決手段】中心波長４４５ｎｍの第１レーザ光により蛍光体で励起発光する第１白色光と、中心波長４７３ｎｍの第２レーザ光により蛍光体で励起発光する第２白色光とを、被検体に向けて順次照射する。被検体の反射像をカラーの撮像素子で順次撮像することにより、酸素飽和度の算出に用いられる緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１、青色信号Ｂ２を得る。これら３つの信号に基づいて、被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める。酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示装置に表示する際には、各信号間のずれ量（例えば、正方形領域Ｒｎのずれ量ΔＦｎ）に応じて、酸素飽和度画像の表示方法を変更する。
【解決手段】中心波長４４５ｎｍの第１レーザ光により蛍光体で励起発光する第１白色光と、中心波長４７３ｎｍの第２レーザ光により蛍光体で励起発光する第２白色光とを、被検体に向けて順次照射する。被検体の反射像をカラーの撮像素子で順次撮像することにより、酸素飽和度の算出に用いられる緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１、青色信号Ｂ２を得る。これら３つの信号に基づいて、被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める。酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示装置に表示する際には、各信号間のずれ量（例えば、正方形領域Ｒｎのずれ量ΔＦｎ）に応じて、酸素飽和度画像の表示方法を変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に関する情報などの生体機能情報を画像化する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療においては、内視鏡装置を用いた診断等が広く行われている。内視鏡装置による被検体内の観察としては、照明光として広帯域光の白色光を用いて被検体内の全体像を把握する通常光観察や、特定波長の照明光を用いて様々な観点から観察を行う特殊光観察が知られている。
【０００３】
通常光観察では、キセノン光などの広帯域光を被検体に照射し、その反射像をカラーの撮像素子で撮像して得たカラーの通常光画像をモニタに表示する他に、特許文献１及び２に示すように、広帯域光から色分離したＲＧＢの３色の光を被検体に順次照射し、その反射像を順次撮像して得られる３色分の画像を同時化したカラーの通常光画像をモニタに表示することが知られている。
【０００４】
特殊光観察においては、血中ヘモグロビンの吸光係数が高い波長域の照明光を用いることによって特定深さの血管を強調表示する血管強調観察の他、特許文献３及び４に示すように、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光度が変化する波長範囲を少なくとも含む複数波長の光を体腔内に順次照射し、その反射像を順次撮像すること（順次方式）により得られる複数フレームの画像から、酸素飽和度を画像化する酸素飽和度観察も知られている。これら血管強調観察や酸素飽和度観察によれば、通常光観察では発見が困難であった特定の癌の検出を容易する。
【０００５】
上記特許文献１〜４では、画像の取得時間がそれぞれ異なる順次方式で複数枚の画像を取得していることから、画像間で位置ずれや色ずれが生じるおそれがある。この位置ずれ等は、撮像素子が内蔵された内視鏡先端部の動きが早くなるほど、生じやすくなる。この位置ずれ等の問題に対して、特許文献１では、フレーム間の色ずれ量が許容範囲外である場合に、その部分にマスクをかけることによって、その部分における酸素飽和度の信頼度が低いことを視覚的に表示している。また、特許文献４では、血管の位置に着目してフレーム間で位置合わせをすることによって、位置ずれの解消を図っている。
【０００６】
また、特許文献２では、フリーズ指示によってＲＧＢの３枚のフリーズ画像をメモリ記憶しておく際、フリーズ指示時又は前後で同じ色の画像間のずれ量から動き量を求め、この動き量からフリーズ画像間の位置合わせを行っている。また、特許文献３では、特許文献２と同様、ＲＧＢのフリーズ画像間の位置ずれを補正する際、フリーズ指示時又は前後で同じ色の画像を２値化画像に変換し、その２値化画像の重心から得られる移動量分だけフリーズ画像間で移動させることにより、位置ずれを解消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２１８２１７号公報
【特許文献２】特開２００２−８５３４４号公報
【特許文献３】特開平３−２１１８６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１９４１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここ数年の間において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を用いた診断に対する期待度が非常に高まっている。特殊光を用いたガン診断の中でも、血管形状パターンに基づく診断の場合には、ガンに特有の血管パターンを熟知しておく必要があるが、酸素飽和度観察の場合であれば、ガンの兆候を示す低酸素領域を疑似カラーで直感的に把握することができるため、血管形状パターンに基づく診断ほど経験や知識が要求されない。
【０００９】
酸素飽和度を用いた診断では、低酸素領域とそれ以外の高酸素領域を含む領域をガン領域として診断するため、酸素飽和度を正確に求めることによって、低酸素領域と高酸素領域の境界を正確に表示することが求められている。これに関して、特許文献１では、位置ずれが生じている部分を、演算精度が低い領域（無効領域）としてマスクをかけて表示しているが、位置ずれが生じていない有効領域であっても、血液量を含むその他の各種生体機能情報に影響されて、酸素飽和度の演算精度が低くなっている可能性がある。また、特許文献４では、フレーム間の位置合わせにより酸素飽和度の演算精度は向上するが、位置合わせ処理が不十分な場合は、演算精度の低い部分がそのままは表示されてしまうことがある。
【００１０】
本発明は、酸素飽和度の算出に必要な照明光を被検体に順次照射し、その反射像を順次撮像する際に、酸素飽和度に関する情報が正確に反映された画像を生成し、表示することができる内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射する照明手段と、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する画像信号取得手段と、前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する表示手段と、前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号間における画像全体でのずれ量を前記位置ずれ量として求め、前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像全体で表示方法を変更してもよい。前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号における所定領域間のずれ量を前記位置ずれ量として求め、前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像中の前記所定領域ごとに表示方法を変更してもよい。
【００１３】
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量が大きくなるほど、前記酸素飽和度画像上における酸素飽和度の情報量を減少させることが好ましい。前記酸素飽和度の情報量の減少は、前記酸素飽和度画像の色特性値の減少であることが好ましい。
【００１４】
前記位置ずれ量に基づいて前記複数フレームの画像信号間で位置合わせを行う位置合わせを行う位置合わせ手段を備え、前記ずれ量算出手段は、位置合わせされた前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を再計算し、前記表示方法変更手段は、再計算後の位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更してもよい。
【００１５】
前記画像信号取得手段は、前記酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号、前記第１の波長範囲と異なり、前記血液量に応じて吸光特性が変化する第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応する第２の画像信号、及び前記第１、第２の画像信号を規格化するための第３の画像信号を取得し、前記酸素飽和度算出手段は、前記第１〜第３の画像信号に基づいて、前記複数種類の生体機能情報の中から前記酸素飽和度のみを求めることが好ましい。前記第１〜第３の波長範囲は４６０〜７００ｎｍの範囲内に含まれていることが好ましい。前記第１の波長範囲は青色帯域に含まれ、前記第２の波長範囲は赤色帯域に含まれることが好ましい。
【００１６】
本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射するとともに、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する内視鏡装置から、前記複数フレームの画像信号を受信する受信手段と、前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の画像表示方法は、異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射し、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得し、前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求め、前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求め、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被検体からの反射光を順次撮像することにより複数フレームの画像信号を取得し、その取得した複数フレームの画像信号に基づいて、被検体の生体組織における酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、その酸素飽和度画像を表示手段に表示する際、複数フレームの画像信号間の位置ずれ量に応じて、酸素飽和度の表示方法を変更していることから、位置ずれが生じた場合に低くなる酸素飽和度の信頼性を視覚的に把握することができる。また、酸素飽和度画像上に疑似カラー等で表示される酸素飽和度は、複数種類の生体機能情報のうち酸素飽和度以外の情報を分離して抽出したものであるため、血液量等の影響を受けていない。したがって、位置ずれが生じていない高信頼度の領域においても、酸素飽和度は正確に表示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の内視鏡システムの外観図である。
【図２】第１実施形態における内視鏡システムの内部構成を表すブロック図である。
【図３】第１及び第２白色光の発光スペクトルを表すグラフである。
【図４】ＲＧＢのカラーフィルタの分光透過率を示すグラフである。
【図５Ａ】通常光観察モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための説明図である。
【図５Ｂ】酸素飽和度観察モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための説明図である。
【図６】正方形領域ＲｎにおけるＸ方向のずれ量ΔＸｎとＹ方向のずれ量ΔＹｎの算出方法を説明するための図である。
【図７】フレーム間のずれ量ΔＦの算出方法を説明するための図である。
【図８】酸素飽和度と信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１との相関関係を示すグラフである。
【図９】ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。
【図１０】血液量と信号比Ｒ１／Ｇ１との相関関係を示すグラフである。
【図１１】図８のグラフにおいて信号比から酸素飽和度を求める方法を説明するためのである。
【図１２Ａ】ずれ量ΔＦ＜第１許容値ε１の場合に用いられるカラーテーブルを示すグラフである。
【図１２Ｂ】第１許容値ε１＜ずれ量ΔＦ＜第２許容値ε２の場合に用いられるカラーテーブルを示すグラフである。
【図１２Ｃ】ずれ量ΔＦ＞第２許容値ε２の場合に用いられるカラーテーブルを示すグラフである。
【図１３】酸素飽和度観察モードにおける一連の流れを示すフローチャートである。
【図１４】正方形領域Ｒｎ間のずれ量ΔＦｎを算出する方法を説明するための図である。
【図１５】ずれ量Ｆｎが大きい領域のみ意図的に色を変化させた酸素飽和度画像の生成方法を説明するための図である。
【図１６】第３実施形態における内視鏡システムの内部構成を表すブロック図である。
【図１７】正方形領域Ｒｎ間のＸ方向のずれ量ΔＸｎ及びＹ方向のずれ量ΔＹｎから画像全体のずれ量ΔＦｘ及びΔＦｙを求める方法を説明するための図である。
【図１８Ａ】青色信号Ｂ２と緑色信号Ｇ１間の位置合わせを説明するための図である。
【図１８Ｂ】青色信号Ｂ１と緑色信号Ｒ１間の位置合わせを説明するための図である。
【図１９】白色光から波長分離した光とレーザ光源の光とを生成する光源装置を示す図である。
【図２０】ロータリフィルタを示す図である。
【図２１】ロータリフィルタのＢフィルタ部、Ｇフィルタ部、Ｒフィルタ部の分光透過率と青色狭帯域光の発光強度を示すグラフである。
【図２２】シャッタ板を表す図である。
【図２３Ａ】図１９の光源装置を用いた場合における通常光観察モード時の撮像制御を説明するための図である。
【図２３Ｂ】図１９の光源装置を用いた場合における酸素飽和度観察モード時の撮像制御を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、所定の波長範囲の光を発生する光源装置１１と、光源装置１１から発せられる光を導光して被検体の被観察領域に照明光を照射し、その反射光等を撮像する内視鏡装置１２と、内視鏡装置１２で得られた画像信号を画像処理するプロセッサ装置１３と、画像処理によって得られた内視鏡画像等を表示する表示装置１４と、キーボード等で構成される入力装置１５とを備えている。
【００２１】
内視鏡システム１０は、波長範囲が青色から赤色に及ぶ可視光の被検体像からなる通常光画像を表示装置１４に表示する通常光観察モードと、被検体における血中ヘモグロビンの酸素飽和度を疑似カラー化した酸素飽和度画像を表示装置１４に表示する酸素飽和度観察モードを備えている。これら観察モードは、内視鏡装置の切り替えスイッチ１７や入力装置１５によって入力される入力情報に基づき、適宜切り替えられる。
【００２２】
図２に示すように、光源装置１１は、２種のレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２と、光源制御部２０とを備えている。レーザ光源ＬＤ１は、中心波長が４４５ｎｍの第１レーザ光を発する。この第１レーザ光は、内視鏡装置の先端部に配置された蛍光体５０で、第１白色光（疑似白色光）に波長変換される。レーザ光源ＬＤ２は、中心波長が４７３ｎｍの第１レーザ光を発する。この第２レーザ光も、蛍光体５０によって、第２白色光に波長変換される。なお、第１レーザ光の波長範囲は４６０〜４８０ｎｍにすることが好ましく、第２レーザ光の波長範囲は４４０〜４６０ｎｍにすることが好ましい。
【００２３】
各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられる第１または第２レーザ光は、集光レンズ（図示省略）を介してそれぞれ光ファイバ２４，２５に入射する。なお、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが使用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオード等を用いることもできる。
【００２４】
光源制御部２０は、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２を制御することによって、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２の発光タイミングを調節する。本実施形態では、通常光観察モードのときには、レーザ光源ＬＤ１をオンにし、レーザ光源ＬＤ２をオフにする。一方、酸素飽和度観察モードのときには、１フレーム毎にレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２のオン・オフを切り替える。即ち、レーザ光源ＬＤ１をオンにするときにはレーザ光源ＬＤ２をオフにし、レーザ光源ＬＤ１をオフにするときにはレーザ光源ＬＤ２をオンにする。
【００２５】
コンバイナ２１は、各光ファイバ２４，２５からの光を合波させる。合波した光は、分波器であるカプラ２２によって２系統の光に分波される。分波された２系統の光は、ライトガイド２８，２９で伝送される。ライトガイド２８，２９は多数の光ファイバを束ねたバンドルファイバなどから構成される。なお、コンバイナ２１及びカプラ２２を用いずに、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からの光を直接ライトガイド２８，２９に入れる構成としてもよい。
【００２６】
図１及び図２に示すように、内視鏡装置１２は電子内視鏡から構成され、内視鏡スコープ３２と、ライトガイド２８，２９で伝送される２系統（２灯）の光を照射する照明部３３と、被観察領域を撮像する１系統の撮像部３４、内視鏡スコープ３２の先端部の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部３５と、内視鏡スコープ３２と光源装置１１及びプロセッサ装置１３とを着脱自在に接続するコネクタ部３６を備えている。
【００２７】
内視鏡スコープ３２には、操作部３５側から順に、軟性部３８、湾曲部３９、スコープ先端部４０が設けられている。軟性部３８は、可撓性を有しているため、内視鏡スコープ挿入時には被検体内で屈曲自在にすることができる。湾曲部３９は、操作部３５に配置されたアングルノブ３５ａの回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部３９は、被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲させることができるため、スコープ先端部４０を所望の観察部位に向けることができる。
【００２８】
スコープ先端部４０には照明部３３と撮像部３４が設けられている。撮像部３４は、スコープ先端部４０の略中心位置に、被写体領域からの反射光等を撮像する１つの観察窓４２を備えている。照明部３３は、撮像部３４の両脇に設けられた２つの照明窓４３，４４を備えており、各照明窓４３，４４は、第１または第２白色光を被観察領域に向けて照射する。
【００２９】
照明窓４３，４４の奥には、それぞれ投光ユニット４７，５４が収納されている。各投光ユニット４７，５４は、ライトガイド２８，２９からの第１または第２レーザ光を蛍光体５０に当てて第１または第２白色光を励起発光させ、その第１または第２白色光をレンズ５１を介して被観察領域に向けて照射する。
【００３０】
蛍光体５０は、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からの第１または第２レーザ光の一部を吸収して緑色〜赤色に励起発光する複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）等の蛍光物質）を含んで構成される。第１または第２レーザ光が蛍光体５０に照射されると、蛍光体５０から発せられる緑色〜黄色の励起発光光（蛍光）と、蛍光体５０により吸収されず透過した第１または第２レーザ光の励起光とが合わされて、白色光（疑似白色光）が生成される。
【００３１】
なお、蛍光体５０は略直方体形状を有していることが好ましい。この場合、蛍光体４８は、蛍光体物質をバインダで略直方体状に固めて形成してもよく、また、無機ガラスなどの樹脂に蛍光体物質を混合したものを略直方体状に形成してもよい。この蛍光体５０は、商品名としてマイクロホワイト（登録商標）（Micro White（ＭＷ））とも呼ばれている。
【００３２】
第１レーザ光が投光ユニット４７，５４に入射したときには、図３に示すように、中心波長４４５ｎｍの第１レーザ光の波長範囲と、その第１レーザ光によって励起発光する蛍光において発光強度が増大する概ね４６０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する白色光が被検体に照射される。一方、第２レーザ光が投光ユニット４７，５４に入射したときには、中心波長４７３ｎｍの第１レーザ光の波長範囲と、その第１レーザ光によって励起発光する蛍光において発光強度が増大する概ね４８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する白色光が被検体に照射される。
【００３３】
なお、ここで、本発明でいう白色光とは、厳密に可視光の全ての波長成分を含むものに限らず、例えば、上述した疑似白色光を始めとして、基準色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等、特定の波長帯の光を含むものであればよい。つまり、本発明のいう白色光には、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含まれるものとする。
【００３４】
観察窓４２の奥には、被検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット（図示省略）等の光学系が設けられており、さらにその対物レンズユニットの奥には、被観察領域の像光を受光して被観察領域を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などの撮像素子６０が設けられている。
【００３５】
撮像素子６０は、対物レンズユニットからの光を受光面（撮像面）で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号（アナログ信号）を出力する。撮像素子６０はカラーＣＣＤであり、その受光面には、Ｒ色のカラーフィルタが設けられたＲ画素、Ｇ色のカラーフィルタが設けられたＧ画素、Ｂ色のカラーフィルタが設けられたＢ画素を１組とする画素群が、マトリックス状に配列されている。
【００３６】
Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルタは、それぞれ図４の曲線６３，６４，６５に示すような分光透過率６３，６４，６５を有している。したがって、被観察領域からの反射光等のうち白色光はＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルタの全てを透過するため、撮像素子６０のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の全てから撮像信号が出力される。
【００３７】
撮像素子６０から出力される撮像信号（アナログ信号）は、スコープケーブル６７を通じてＡ／Ｄ変換器６８に入力される。Ａ／Ｄ変換器６８は、撮像信号（アナログ信号）をその電圧レベルに対応する画像信号（デジタル信号）に変換する。変換後の画像信号は、コネクタ部３６を介して、プロセッサ装置１３の画像処理部７３に入力される。
【００３８】
撮像制御部７０は撮像素子６０の撮像制御を行う。図５Ａに示すように、通常光観察モード時には、１フレーム期間内で、第１白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体（本実施形態では４４５ｎｍの第１レーザ光を蛍光体５０に当てて白色光を発生させるため、このように表記する））を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる。これは通常光観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。
【００３９】
一方、酸素飽和度観察モード時には、図５Ｂに示すように、１フレーム期間内で、第１白色光を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる（１フレーム目）。そして、その次に、１フレーム期間内で、第２白色光（４７３ｎｍ＋ＭＷ（本実施形態では４７３ｍの第２レーザ光を蛍光体５０に当てて白色光を発生させるため、このように表記する））を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる（２フレーム目）。これら合計２フレームの撮像制御は、酸素飽和度観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。
【００４０】
この酸素飽和度観察モードにおいては、１フレーム目に、撮像素子６０のＢ画素から青色信号Ｂ１が出力され、Ｇ画素から緑色信号Ｇ１が出力され、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒ１が出力される。また、２フレーム目には、Ｂ画素から青色信号Ｂ２が出力され、Ｇ画素から緑色信号Ｇ２が出力され、Ｒ画素から赤色信号Ｒ２が出力される。
【００４１】
なお、図示はしていないが、内視鏡装置１２における操作部３５及び内視鏡スコープ３２の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送水用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられている。
【００４２】
図２に示すように、プロセッサ装置１３は、制御部７２と、画像処理部７３と、記憶部７４とを備えており、制御部７２には表示装置１４及び入力装置１５が接続されている。制御部７２は、内視鏡装置１２の切り替えスイッチ１７や入力装置１５から入力される入力情報に基づいて、画像処理部７３、光源装置１１の光源制御部２０、内視鏡装置１２の撮像制御部７０、及び表示装置１４の動作を制御する。
【００４３】
画像処理部７３は通常光画像処理部８０と酸素飽和度画像処理部８２とを備えており、内視鏡装置１２からの画像信号に対して、所定の画像処理を施す。通常光画像処理部８０は、通常光観察モード時に得られる画像信号に対して所定の画像処理を施すことによって、通常光画像を生成する。
【００４４】
酸素飽和度画像処理部８２は、内視鏡装置１２から入力される画像信号に基づいて、被検体の血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を算出するとともに、算出した酸素飽和度を疑似カラー画像化した酸素飽和度画像を生成する。酸素飽和度画像処理部８２は、ずれ量算出部８３と、信号比算出部８４と、相関関係記憶部８５と、酸素飽和度算出部８６と、酸素飽和度画像生成部８８とを備えている。
【００４５】
ずれ量算出部８３は、１フレーム目の画像信号と２フレーム目の画像信号間のずれ量ΔＦを算出する。ずれ量ΔＦは、信号特性が類似している１フレーム目の緑色信号Ｇ１と２フレーム目の緑色信号Ｇ２とから求める。まず、図６（Ａ）に示すように、緑色信号Ｇ１，Ｇ２のそれぞれについて、縦３画素×横３画素の正方形領域Ｒｎ（ｎは１以上の自然数）を設定する。ここで、緑色信号Ｇ１，Ｇ２などの画像信号における縦方向をＸ方向とし、横方向をＹ方向とする。
【００４６】
次に、（Ｂ）に示すように、緑色信号Ｇ１について、正方形領域Ｒｎごとに、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ１とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ１を生成する。累積ヒストグラムは、正方形領域ＲｎのＸ方向またはＹ方向における画素値の頻度（出現回数）を表すものであり、縦軸は頻度を表し、横軸は画素値を表している。緑色信号Ｇ２についても、同様に、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ２とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ２を生成する。
【００４７】
次に、（Ｃ）に示すように、累積ヒストグラムＨＸ１と累積ヒストグラムＨＸ２との比較演算によって、Ｘ方向のずれ量ΔＸｎを求める。同様にして、累積ヒストグラムＨＹ１と累積ヒストグラムＨＹ２との比較演算によって、Ｙ方向のずれ量ΔＹｎを求める。なお、比較演算は、累積ヒストグラムＨＸ１，ＨＸ２間の差分演算（又は累積ヒストグラムＨＹ１，ＨＹ２間の差分演算）とすることが好ましい。例えば、累積ヒストグラムＨＸ１の画素値１００の頻度は、累積ヒストグラムＨＸ２では、画素値１０２の頻度に対応している。そこで、画素値１０２と画素値１００を差分処理することによって、差分値Ｄ（２画素分）を得る。そして、累積ヒストグラム上の全ての頻度について差分値Ｄを求め、求めた差分値Ｄを合計した値をＸ方向のずれ量ΔＸｎとする。Ｙ方向のずれ量ΔＹｎについても同様にして求める。
【００４８】
そして、緑色信号Ｇ１，Ｇ２の正方形領域Ｒｎの全てについてずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎが求まったら、図７に示すように、これら全てのずれ量ΔＸｎ及びΔＹｎを合計することによって、フレーム間のずれ量ΔＦを求める。
【００４９】
信号比算出部８４は、２フレーム目の青色信号Ｂ２と１フレーム目の緑色信号Ｇ１との信号比Ｂ２／Ｇ１と、１フレーム目の緑色信号Ｇ１と赤色信号Ｒ１との信号比Ｒ１／Ｇ１とを求める。信号比算出部８４では、信号比を求める際、信号間で同じ位置にある画素間の信号比を算出する。また、信号比は画像信号の全ての画素に対して算出される。なお、信号比は画像信号のうち血管部分の画素のみ求めてもよい。この場合、血管部分は、血管部分の画像信号とそれ以外の部分の画像信号との差に基づいて特定される。
【００５０】
相関関係記憶部８５は、信号比Ｂ２／Ｇ１及びＲ１／Ｇ１と酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図８に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等高線を定義した２次元テーブルで記憶されている。この等高線の位置、形は光散乱の物理的なシミュレーションで得られ、血液量に応じて変わるように定義されている。例えば、血液量の変化があると、各等高線間の間隔が広くなったり、狭くなったりする。なお、信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１はlogスケールで記憶されている。
【００５１】
上記相関関係は、図９に示すような酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。ここで、曲線９０は酸化ヘモグロビンの吸光係数を、曲線９１は還元ヘモグロビンの吸光係数を示している。例えば、４７３ｎｍのように吸光係数の差が大きい波長では、酸素飽和度の情報を取り易い。しかしながら、４７３ｎｍの光に対応する信号を含む青色信号Ｂ２は、酸素飽和度だけでなく血液量にも依存度が高い。そこで、青色信号Ｂ２に加え、主として血液量に依存して変化する光に対応する赤色信号Ｒ１と、青色信号Ｂ２と赤色信号Ｒ１のリファレンス信号（規格化用信号）となる緑色信号Ｇ１から得られる信号比Ｂ２／Ｇ１及びＲ１／Ｇ１を用いることで、血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。なお、血液量によらず酸素飽和度を求めるためには、青色信号B２と赤色信号R１の波長成分は４６０〜７００ｎｍの波長範囲内に含まれることが好ましい。
【００５２】
また、血中ヘモグロビンの吸光係数の波長依存性から、以下の３つのことが言える。
・波長４７０ｎｍ近辺（例えば、中心波長４７０ｎｍ±１０ｎｍの青色の波長領域）では酸素飽和度の変化に応じて吸光係数が大きく変化する。
・５４０〜５８０ｎｍの緑色の波長範囲で平均すると、酸素飽和度の影響を受けにくい。
・５９０〜７００ｎｍの赤色の波長範囲では、酸素飽和度によって一見吸光係数が大きく変化するように見えるが、吸光係数の値自体が非常に小さいので、結果的に酸素飽和度の影響を受けにくい。
【００５３】
なお、相関関係記憶部８５には、図１０に示すように、信号比Ｒ１／Ｇ１と血液量との相関関係についても記憶されている。この相関関係は、信号比Ｒ１／Ｇ１が大きくなればなるほど血液量も大きくなるように定義される１次元テーブルとして記憶されている。この信号比Ｒ１／Ｇ１と血液量の相関関係は血液量の算出時に用いられる。
【００５４】
酸素飽和度算出部８６は、相関関係記憶部８５に記憶された相関関係と信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１とを用いて、各画素における酸素飽和度を求める。図１１に示すように、相関関係記憶部８５に記憶した相関関係から、信号比算出部で求めた信号比Ｂ２＊／Ｇ１＊、Ｒ１＊／Ｇ１＊に対応する対応点Ｐを特定する。そして、対応点Ｐが酸素飽和度＝０％限界の下限ライン９３と酸素飽和度＝１００％限界の上限ライン９４との間にある場合に、その対応点Ｐが示すパーセント値を酸素飽和度とする。例えば、図１１の場合であれば、対応点Ｐは６０％の等高線上に位置するため、酸素飽和度は６０％となる。
【００５５】
一方、対応点が下限ライン９３と上限ライン９４との間から外れている場合、対応点が下限ライン９３よりも上方に位置するときには酸素飽和度を０％とし、対応点が上限ライン９４よりも下方に位置するときには酸素飽和度を１００％とする。なお、対応点が下限ライン９３と上限ライン９４との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げて表示装置１４上に表示しないようにしてもよい。
【００５６】
酸素飽和度画像生成部８８は、ずれ量算出部で算出したずれ量ΔＦと酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度に基づき、酸素飽和度画像を生成する。生成された酸素飽和度画像は表示装置１４に表示される。この酸素飽和度画像は、輝度Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒからなる映像信号で構成される。輝度Ｙには、１フレーム目の緑色信号Ｇ１が割り当てられる。色差信号Ｃｂ，Ｃｒは、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃのいずれかに従い、酸素飽和度に応じた信号値が割り当てられる。
【００５７】
カラーテーブル８８ａ〜８８ｃは、図１２Ａ〜Ｃに示すように、３種類のカラーテーブルを備えいる。カラーテーブル８８ａは、ずれ量ΔＦが第１許容値ε１内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｂは、ずれ量ΔＦが第１許容値ε１を超えたものの第２許容値ε２（ε２＞ε１）内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｃは、ずれ量ΔＦが第２許容値ε２を超えている場合に用いられる。カラーテーブル８８ｂは、カラーテーブル８８ａよりも、疑似カラーの彩度が小さくなるように設定されている。また、カラーテーブル８８ａ，８８ｂは、酸素飽和度を有彩色に疑似カラー化するのに対して、カラーテーブル８８ｃは、酸素飽和度を無彩色に疑似カラー化する。なお、カラーテーブルは、ずれ量ΔＦに応じて、疑似カラーの彩度以外の色特性値が変化するように設定してもよい。
【００５８】
このように、ずれ量が大きくなるほど、疑似カラーの彩度を低くするカラーテーブルを用いることによって、酸素飽和度の信頼度を色の変化でユーザーに直感的に訴えることができる。また、ずれ量が第２許容値ε２を超えるような極めて大きい場合（スコープ先端部４０を極めて早く動かした場合等）には、酸素飽和度画像に色を付けない無彩色用のカラーテーブルを用いることで、その時点で取得した無彩色の酸素飽和度画像は、信頼度が比較的高い有彩色の酸素飽和度画像とは明らかに違うことを直感的に訴えることができる。
【００５９】
次に、本発明の作用について図１３のフローチャートに沿って説明する。内視鏡装置の切り替えスイッチ１７によって、酸素飽和度観察モードに切り替えられると、中心波長４４５ｎｍの第１レーザ光で第１白色光を蛍光体５０から励起発光させ、この第１白色光を被検体内に照射する。被検体からの反射光等は、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からなるカラーＣＣＤである撮像素子６０で撮像される。これにより、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１からなる１フレーム目の画像信号が得られる。
【００６０】
１フレーム目の画像信号が得られると、中心波長４７３ｎｍの第２レーザ光で第２白色光を蛍光体５０から励起発光させ、この第２白色光を被検体内に照射する。被検体からの反射光等を撮像素子６０で撮像することにより、青色信号Ｂ２、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２からなる２フレーム目の画像信号が得られる。
【００６１】
２フレーム目の画像信号が得られると、ずれ量算出部８３は、１フレーム目の緑色信号Ｇ１と２フレーム目の画像信号Ｇ２から、フレーム間のずれ量ΔＦを算出する。次に、信号比算出部８４により、１フレーム目の画像信号と２フレーム目の画像信号間で同じ位置にある画素について、信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１を求める。信号比は全ての画素について求める。信号比が求まると、酸素飽和度算出部８６は、相関関係記憶部８５に記憶している相関関係から、信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１に対応する酸素飽和度を求める。酸素飽和度は、全ての画素について求める。
【００６２】
全ての画素について血液量及び酸素飽和度が求まると、酸素飽和度画像生成部８８は、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃの中からずれ量ΔＦに適合するカラーテーブルを用いて、酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｒ，Ｃｂを求める。また、１フレーム目の緑色信号Ｇ１を輝度Ｙに割り当てる。これら色差信号Ｃｒ，Ｃｂ、輝度Ｙから、酸素飽和度画像を生成する。生成された酸素飽和度画像は、表示装置１４に表示される。
【００６３】
本発明の第２実施形態は、画像信号全体のずれ量ΔＦに基づいて、画像全体で疑似カラーの彩度を変化させる第１実施形態と異なり、正方形領域Ｒｎ間のズレ量ΔＸｎ、ΔＹｎに基づいて、正方形領域Ｒｎごとに疑似カラーの彩度を変化させる。したがって、第２実施形態は、ずれ量算出部８３、酸素飽和度画像生成部８８以外については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。なお、正方形領域Ｒｎは、第１実施形態と同様、Ｘ方向に３画素、Ｙ方向に３画素とすることが好ましいが、これに限られない。
【００６４】
第２実施形態のずれ量算出部８３は、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ１、ＨＸ２とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ１、ＨＹ２を用いて、正方形領域Ｒｎ間のずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎを算出する部分までは、第１実施形態と同様である（図６参照）。ずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎが求まったら、図１４に示すように、正方形領域ＲｎごとにＸ方向のずれ量ΔＸｎとＹ方向のずれ量ΔＹｎを加算することにより、正方形領域Ｒｎでのずれ量ΔＦｎを求める。
【００６５】
第２実施形態の酸素飽和度画像生成部８８は、輝度Ｙについては第１実施形態と同様に１フレーム目の緑色信号Ｇ１が割り当てられる。一方、色差信号Ｃｒ，Ｃｂについては、正方形領域Ｒｎごとに割り当てられたカラーテーブルから信号値が算出される。ここで、正方形領域Ｒｎのずれ量ΔＦｎが第１許容値ε１内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｂは、ずれ量ΔＦｎが第１許容値ε１を超えたものの第２許容値ε２（ε２＞ε１）内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｃは、ずれ量ΔＦｎが第２許容値ε２を超えている場合に用いられる。
【００６６】
したがって、各正方形領域Ｒｎにおけるずれ量ΔＦが図１５（Ａ）の場合には、図１５（Ｂ）に示すように、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃのいずれかが、各正方形領域Ｒｎに割り当てられる。ここで、図１５（Ｂ）中の「Ｔ１」はカラーテーブル８８ａを示しており、「Ｔ２」はカラーテーブル８８ｂを示しており、「Ｔ３」はカラーテーブル８８ｃを示している。これら各正方形領域Ｒｎごとに割り当てられたカラーテーブル８８ａ〜８８ｃから、各正方形領域Ｒｎごとに色差信号Ｃｒ，Ｃｂが求められる。この求めた色差信号Ｃｒ，Ｃｂと輝度Ｙから酸素飽和度画像が得られる。
【００６７】
酸素飽和度画像は、図１５（Ｃ）に示すように、カラーテーブル８８ａ（Ｔ１）で色差信号に変換された正方形領域Ｒａについては有彩色且つ彩度が高く表示されているため、その部分は信頼度が高いことが直感的に分かる。これに対して、カラーテーブル８８ｂ（Ｔ２）で色差信号に変換された正方形領域Ｒｂについては有彩色であるものの彩度が低く表示されているため、その部分は信頼度が比較的低いことが直感的に分かる。また、カラーテーブル８８ｃ（Ｔ３）で色差信号に変換された正方形領域Ｒｃについては無彩色で表示されているため、その部分は信頼度が極めて低いことが直感的に分かる。したがって、酸素飽和度画像内においては、通常通り表示される領域（Ｒａ）と、彩度が低く表示される領域（Ｒｂ，Ｒｃ）が混在することになるため、信頼度が高い領域と低い領域の両方を同時に把握することができる。
【００６８】
本発明の第３実施形態では、フレーム間のずれ量に基づいて、フレーム間の位置合わせを行った後に、再度フレーム間のずれ量を求める。したがって、図１６に示すように、第３実施形態の内視鏡システム１００は、フレーム間の位置合わせに用いるフレーム間のずれ量ΔＦｘ，ΔＦｙを求めるずれ量算出部１０１と、これらずれ量ΔＦｘ、ΔＦｙに基づいて、フレーム間の位置合わせを行う位置合わせ部１０２が設けられている。また、第３実施形態の酸素飽和度画像生成部８８では、第１実施形態とは異なる方法で酸素飽和度画像が生成される。それ以外については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
ずれ量算出部１０１は、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ１、ＸＸ２とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ１、ＨＹ２を用いて、正方形領域Ｒｎ間のずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎを算出する部分までは、第１実施形態のずれ量算出部８３と同様である。ずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎを求めた後は、図１７に示すように、全てのΔＸｎを合計することにより画像信号全体でのＸ方向の位置ずれ量ΔＦｘを求めるとともに、全てのΔＹｎを合計することにより画像信号全体でのＹ方向の位置ずれ量ΔＦｙを求める。
【００７０】
位置合わせ部１０２は、酸素飽和度の算出に用いる１フレーム目の緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１と２フレーム目の青色信号Ｂ２間の位置合わせを行う。まず、図１８Ａに示すように、緑色信号Ｇ１と青色信号Ｂ２のうちいずれか一方を、ずれ量算出部１０１で求めたＸ方向のずれ量ΔＦｘ分だけＸ方向に移動させるとともに、Ｙ方向のずれ量ΔＦｙ分だけＹ方向に移動させる。同様にして、図１８Ｂに示すように、赤色信号Ｒ１と青色信号Ｂ２のうちのいずれか一方を、ΔＦｘ、ΔＦｙ分だけＸ方向又はＹ方向に移動させる。
【００７１】
そして、位置合わせ部１０２で各信号の位置合わせを行った後は、ずれ量算出部１０１でＸ方向のずれ量とＹ方向のずれ量を再計算する。この再計算後のＸ方向のずれ量を位置合わせ後のずれ量をΔＦｘ´とし、Ｙ方向のずれ量を位置合わせ後のずれ量をΔＦｙ´とする。酸素飽和度画像生成部８８においては、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃのうちΔＦｘ´、ΔＦｙ´を合計したずれ量ΔＦ´に適合するカラーテーブルを選択する。カラーテーブルの選択方法については、ずれ量ΔＦをΔＦ´に置き換える以外は、第１実施形態と同様である。そして、選択したカラーテーブルを用いて、酸素飽和度画像を生成する。
【００７２】
第３実施形態においては、位置合わせ部１０２でフレーム間の位置合わせが行われているため、酸素飽和度画像上の酸素飽和度情報の信頼性は高くなっている。また、位置合わせ部で完全に位置ズレを解消できない場合であっても、位置合わせ後のフレーム間のずれ量ΔＦｘ´、ΔＦｙ´が酸素飽和度画像上で色の変化として表されているため、酸素飽和度画像上で位置ずれを直感的に把握することができる。
【００７３】
なお、酸素飽和度の算出に使用する３波長の画像信号のうち、一部の画像信号については、第１実施形態と同様に、半導体光源の光から画像信号を生成する一方、残りの画像信号については、キセノンランプなどの白色光源の広帯域光から波長分離した光から画像信号を生成してもよい。
【００７４】
この場合、第１実施形態における内視鏡システム１０の光源装置１１に代えて、図１９に示す光源装置２００を用いる。この光源装置２００で生成された光は、内視鏡装置１８０に供給される。この内視鏡装置１８０は第１実施形態の内視鏡装置１２とほぼ同様の構成を備えているが、先端部の照明部３３に蛍光体５０が設けられていない点が内視鏡装置１２と異なる。そのため、光源装置２００からの光は、内視鏡装置１８０を介して、そのまま被検体内に照射される。
【００７５】
また、内視鏡装置１８０内における撮像素子１８０ａの構成及び撮像制御部７０の動作については、第１実施形態と異なっている。また、プロセッサ装置１３においては、通常光画像処理部８０における通常光画像の生成方法が異なり、また、酸素飽和度画像処理部８２で使用する信号が第１実施形態で使用する信号と異なっている。以下においては、上記第１実施形態とで異なる部分についてのみ説明し、それ以外については説明を省略する。
【００７６】
光源装置２００は、広帯域光ＢＢ（４００〜７００ｎｍ）を発する白色光源２３０と、この白色光源２３０からの広帯域光ＢＢをＢ、Ｇ、Ｒの３色の光に色分離し、それら各色の光を順次ライトガイド２８，２９に供給するロータリフィルタ２３４と、青色狭帯域光ＢＮを発する半導体光源ユニット２３６と、広帯域光ＢＢの光路Ｌ１上に青色狭帯域光ＢＮの光路Ｌ２を合流させる光合流部２３８と、所定のタイミングにおいて、白色光源２３０とロータリフィルタ２３４との間の広帯域光ＢＢの光路を塞ぐシャッタ板２４０とを備えている。
【００７７】
白色光源２３０は、広帯域光ＢＢを放射する光源本体２３０ａと、広帯域光ＢＢの光量を調整する絞り２３０ｂとを備えている。光源本体２３０ａはキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドなどから構成される。絞り２３０ｂの開度は、光量制御部（図示省略）によって調節される。
【００７８】
図２０に示すように、ロータリフィルタ２３４は、Ｂフィルタ部２３４ａ、Ｇフィルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ部２３４ｃが選択的に広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されるように回転自在に設けられている。ロータリフィルタ２３４は、円板形状をしており、円周方向に３分割されて中心角が１２０°の扇型の領域に、それぞれＢフィルタ部２３４ａ、Ｇフィルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ部２３４ｃが設けられている。
【００７９】
図２１に示すように、Ｂフィルタ部２３４ａは広帯域光ＢＢから青色帯域のＢ光を透過させ、Ｇフィルタ部２３４ｂは広帯域光ＢＢから緑色帯域のＧ光を透過させ、Ｒフィルタ部２３４ｃは広帯域光ＢＢから赤色帯域のＲ光を透過させる。したがって、ロータリフィルタ２３４の回転によって、ロータリフィルタ２３４からＢ光、Ｇ光、Ｒ光が順次出射する。
【００８０】
半導体光源ユニット２３６は、レーザ光源２３６ａ、光源制御部２３６ｂを有する。図２１に示すように、レーザ光源２３６ａは中心波長４７３ｎｍの青色狭帯域光ＢＮを発光する。このレーザ光源２３６ａは、光源制御部２３６ｂの制御に従って、点灯及び消灯を行う。この光源制御部２３６ｂはプロセッサ装置内の制御部７２によって制御される。レーザ光源２３６ａから発光された青色狭帯域光ＢＮは、集光レンズ２３６ｃを通して、光合流部２３８に向けて出射する。
【００８１】
光合流部２３８はダイクロイックミラーであり、ロータリフィルタ２３４からの光はそのまま透過させる一方で、半導体光源ユニット２３６からの青色狭帯域光ＢＮは反射させてその光路Ｌ２を広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に一致させる。光合流部２３８を出た光は、集光レンズ２４２を通して、内視鏡装置１８０に供給される。
【００８２】
図２２に示すように、シャッタ板２４０は、１２０°の中心角を有し、広帯域光ＢＢを遮光する遮光部２４０ａと、残りの２４０°の中心角を有し、広帯域光ＢＢを透過させる透過部２４０ｂとを備えている。シャッタ板２４０は回転自在に設けられており、回転することで、遮光部２４０ａと透過部２４０ｂが交互に選択的に広帯域光ＢＢの光路に挿入させるようになっている。
【００８３】
シャッタ板２４０の回転動作は、通常光観察モードと酸素飽和度観察モードとで異なっている。通常光観察モードにおいては、シャッタ板２４０は、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路Ｌ１から退避し、透過部２４０ｂが光路Ｌ１に挿入された状態で停止している。したがって、広帯域光ＢＢは、常時ロータリフイルタ２３４に入射する。これにより、広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されている、Ｂ、Ｇ、Ｒの各フイルタ部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃの種類に応じて、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の三色の光が順次生成される。
【００８４】
一方、酸素飽和度観察モードにおいては、シャッタ板２４０は、ロータリフィルタ２３４のＢフィルタ部２３４ａが広帯域光ＢＢの光路に挿入されている間、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路に挿入されるように、回転する。したがって、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路に挿入されている間、広帯域光ＢＢが遮光される。この広帯域光ＢＢの遮光期間に、レーザ光源２３６ａを点灯して、青色狭帯域光ＢＮを内視鏡装置１８０に供給する。これに対して、透過部２４０ｂが広帯域光ＢＢの光路に挿入されたときには、青色狭帯域光ＢＮが消灯する一方で、広帯域光ＢＢが透過する。この広帯域光ＢＢの透過期間に、広帯域光ＢＢがＧフイルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ２３４ｃを透過するため、Ｇ光、Ｒ光が順次生成される。
【００８５】
内視鏡装置１８０内の撮像素子１８０ａは、上記第１実施形態の撮像素子６０と異なり、撮像面にマイクロカラーフィルタが設けられていないモノクロ撮像素子である。また、この撮像素子１８０ａの撮像を制御する撮像制御部７０についても、上記第１実施形態と異なる動作を行う。
【００８６】
通常光観察モードにおいては、図２３Ａに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。この一連の動作は、通常光観察モードに設定されている間、繰り返される。一方、酸素飽和度観察モードにおいては、図２３Ｂに示すように、青色狭帯域光ＢＮ、Ｇ光、Ｒ光の３つの光の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒを順次出力する。こうした動作が酸素飽和度観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００８７】
プロセッサ装置内の通常光画像処理部８０は、面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて、通常光画像を生成する。この通常光画像において、面順次撮像信号Ｂは第１実施形態の青色信号Ｂ１に略対応し、面順次撮像信号Ｇは第１実施形態の緑色信号Ｇ１に略対応し、面順次撮像信号Ｒは第１実施形態のＲ１に略対応している。
【００８８】
プロセッサ装置内の酸素飽和度画像処理部８２は、第１実施形態と異なり、面順次撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒに基づいて、血液量及び酸素飽和度を算出する。ここでは、第１実施形態の信号比Ｂ２／Ｇ１に対応する輝度比としてＮ／Ｇを用い、第１実施形態の信号比Ｒ１／Ｇ１に対応する輝度比としてＲ／Ｇを用いる。これに伴って、相関関係記憶部８５には、信号比Ｂ２／Ｇ１及びＲ１／Ｇ１と酸素飽和度との相関関係が記憶されている。それ以外については、第１実施形態と同様の手順で処理が行われる。
【００８９】
なお、本発明では、酸素飽和度の画像化を行ったが、これに代えて又は加えて、「血液量（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和）×酸素飽和度（％）」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスや、「血液量×（１００−酸素飽和度）（％）」から求まる還元ヘモグロビンインデックスの画像化を行ってもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１００ 内視鏡システム
１１ 光源装置
１３ プロセッサ装置
１４ 表示装置
８２ 酸素飽和度画像処理部
８３，１０１ ずれ量算出部
８６ 酸素飽和度算出部
８８ 酸素飽和度画像生成部
８８ａ〜８８ｃ カラーテーブル
１０２ 位置合わせ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に関する情報などの生体機能情報を画像化する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療においては、内視鏡装置を用いた診断等が広く行われている。内視鏡装置による被検体内の観察としては、照明光として広帯域光の白色光を用いて被検体内の全体像を把握する通常光観察や、特定波長の照明光を用いて様々な観点から観察を行う特殊光観察が知られている。
【０００３】
通常光観察では、キセノン光などの広帯域光を被検体に照射し、その反射像をカラーの撮像素子で撮像して得たカラーの通常光画像をモニタに表示する他に、特許文献１及び２に示すように、広帯域光から色分離したＲＧＢの３色の光を被検体に順次照射し、その反射像を順次撮像して得られる３色分の画像を同時化したカラーの通常光画像をモニタに表示することが知られている。
【０００４】
特殊光観察においては、血中ヘモグロビンの吸光係数が高い波長域の照明光を用いることによって特定深さの血管を強調表示する血管強調観察の他、特許文献３及び４に示すように、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光度が変化する波長範囲を少なくとも含む複数波長の光を体腔内に順次照射し、その反射像を順次撮像すること（順次方式）により得られる複数フレームの画像から、酸素飽和度を画像化する酸素飽和度観察も知られている。これら血管強調観察や酸素飽和度観察によれば、通常光観察では発見が困難であった特定の癌の検出を容易する。
【０００５】
上記特許文献１〜４では、画像の取得時間がそれぞれ異なる順次方式で複数枚の画像を取得していることから、画像間で位置ずれや色ずれが生じるおそれがある。この位置ずれ等は、撮像素子が内蔵された内視鏡先端部の動きが早くなるほど、生じやすくなる。この位置ずれ等の問題に対して、特許文献１では、フレーム間の色ずれ量が許容範囲外である場合に、その部分にマスクをかけることによって、その部分における酸素飽和度の信頼度が低いことを視覚的に表示している。また、特許文献４では、血管の位置に着目してフレーム間で位置合わせをすることによって、位置ずれの解消を図っている。
【０００６】
また、特許文献２では、フリーズ指示によってＲＧＢの３枚のフリーズ画像をメモリ記憶しておく際、フリーズ指示時又は前後で同じ色の画像間のずれ量から動き量を求め、この動き量からフリーズ画像間の位置合わせを行っている。また、特許文献３では、特許文献２と同様、ＲＧＢのフリーズ画像間の位置ずれを補正する際、フリーズ指示時又は前後で同じ色の画像を２値化画像に変換し、その２値化画像の重心から得られる移動量分だけフリーズ画像間で移動させることにより、位置ずれを解消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２１８２１７号公報
【特許文献２】特開２００２−８５３４４号公報
【特許文献３】特開平３−２１１８６号公報
【特許文献４】特開２０１１−１９４１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここ数年の間において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を用いた診断に対する期待度が非常に高まっている。特殊光を用いたガン診断の中でも、血管形状パターンに基づく診断の場合には、ガンに特有の血管パターンを熟知しておく必要があるが、酸素飽和度観察の場合であれば、ガンの兆候を示す低酸素領域を疑似カラーで直感的に把握することができるため、血管形状パターンに基づく診断ほど経験や知識が要求されない。
【０００９】
酸素飽和度を用いた診断では、低酸素領域とそれ以外の高酸素領域を含む領域をガン領域として診断するため、酸素飽和度を正確に求めることによって、低酸素領域と高酸素領域の境界を正確に表示することが求められている。これに関して、特許文献１では、位置ずれが生じている部分を、演算精度が低い領域（無効領域）としてマスクをかけて表示しているが、位置ずれが生じていない有効領域であっても、血液量を含むその他の各種生体機能情報に影響されて、酸素飽和度の演算精度が低くなっている可能性がある。また、特許文献４では、フレーム間の位置合わせにより酸素飽和度の演算精度は向上するが、位置合わせ処理が不十分な場合は、演算精度の低い部分がそのままは表示されてしまうことがある。
【００１０】
本発明は、酸素飽和度の算出に必要な照明光を被検体に順次照射し、その反射像を順次撮像する際に、酸素飽和度に関する情報が正確に反映された画像を生成し、表示することができる内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射する照明手段と、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する画像信号取得手段と、前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する表示手段と、前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号間における画像全体でのずれ量を前記位置ずれ量として求め、前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像全体で表示方法を変更してもよい。前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号における所定領域間のずれ量を前記位置ずれ量として求め、前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像中の前記所定領域ごとに表示方法を変更してもよい。
【００１３】
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量が大きくなるほど、前記酸素飽和度画像上における酸素飽和度の情報量を減少させることが好ましい。前記酸素飽和度の情報量の減少は、前記酸素飽和度画像の色特性値の減少であることが好ましい。
【００１４】
前記位置ずれ量に基づいて前記複数フレームの画像信号間で位置合わせを行う位置合わせを行う位置合わせ手段を備え、前記ずれ量算出手段は、位置合わせされた前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を再計算し、前記表示方法変更手段は、再計算後の位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更してもよい。
【００１５】
前記画像信号取得手段は、前記酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号、前記第１の波長範囲と異なり、前記血液量に応じて吸光特性が変化する第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応する第２の画像信号、及び前記第１、第２の画像信号を規格化するための第３の画像信号を取得し、前記酸素飽和度算出手段は、前記第１〜第３の画像信号に基づいて、前記複数種類の生体機能情報の中から前記酸素飽和度のみを求めることが好ましい。前記第１〜第３の波長範囲は４６０〜７００ｎｍの範囲内に含まれていることが好ましい。前記第１の波長範囲は青色帯域に含まれ、前記第２の波長範囲は赤色帯域に含まれることが好ましい。
【００１６】
本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射するとともに、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する内視鏡装置から、前記複数フレームの画像信号を受信する受信手段と、前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の画像表示方法は、異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射し、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得し、前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求め、前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求め、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被検体からの反射光を順次撮像することにより複数フレームの画像信号を取得し、その取得した複数フレームの画像信号に基づいて、被検体の生体組織における酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、その酸素飽和度画像を表示手段に表示する際、複数フレームの画像信号間の位置ずれ量に応じて、酸素飽和度の表示方法を変更していることから、位置ずれが生じた場合に低くなる酸素飽和度の信頼性を視覚的に把握することができる。また、酸素飽和度画像上に疑似カラー等で表示される酸素飽和度は、複数種類の生体機能情報のうち酸素飽和度以外の情報を分離して抽出したものであるため、血液量等の影響を受けていない。したがって、位置ずれが生じていない高信頼度の領域においても、酸素飽和度は正確に表示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の内視鏡システムの外観図である。
【図２】第１実施形態における内視鏡システムの内部構成を表すブロック図である。
【図３】第１及び第２白色光の発光スペクトルを表すグラフである。
【図４】ＲＧＢのカラーフィルタの分光透過率を示すグラフである。
【図５Ａ】通常光観察モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための説明図である。
【図５Ｂ】酸素飽和度観察モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための説明図である。
【図６】正方形領域ＲｎにおけるＸ方向のずれ量ΔＸｎとＹ方向のずれ量ΔＹｎの算出方法を説明するための図である。
【図７】フレーム間のずれ量ΔＦの算出方法を説明するための図である。
【図８】酸素飽和度と信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１との相関関係を示すグラフである。
【図９】ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。
【図１０】血液量と信号比Ｒ１／Ｇ１との相関関係を示すグラフである。
【図１１】図８のグラフにおいて信号比から酸素飽和度を求める方法を説明するためのである。
【図１２Ａ】ずれ量ΔＦ＜第１許容値ε１の場合に用いられるカラーテーブルを示すグラフである。
【図１２Ｂ】第１許容値ε１＜ずれ量ΔＦ＜第２許容値ε２の場合に用いられるカラーテーブルを示すグラフである。
【図１２Ｃ】ずれ量ΔＦ＞第２許容値ε２の場合に用いられるカラーテーブルを示すグラフである。
【図１３】酸素飽和度観察モードにおける一連の流れを示すフローチャートである。
【図１４】正方形領域Ｒｎ間のずれ量ΔＦｎを算出する方法を説明するための図である。
【図１５】ずれ量Ｆｎが大きい領域のみ意図的に色を変化させた酸素飽和度画像の生成方法を説明するための図である。
【図１６】第３実施形態における内視鏡システムの内部構成を表すブロック図である。
【図１７】正方形領域Ｒｎ間のＸ方向のずれ量ΔＸｎ及びＹ方向のずれ量ΔＹｎから画像全体のずれ量ΔＦｘ及びΔＦｙを求める方法を説明するための図である。
【図１８Ａ】青色信号Ｂ２と緑色信号Ｇ１間の位置合わせを説明するための図である。
【図１８Ｂ】青色信号Ｂ１と緑色信号Ｒ１間の位置合わせを説明するための図である。
【図１９】白色光から波長分離した光とレーザ光源の光とを生成する光源装置を示す図である。
【図２０】ロータリフィルタを示す図である。
【図２１】ロータリフィルタのＢフィルタ部、Ｇフィルタ部、Ｒフィルタ部の分光透過率と青色狭帯域光の発光強度を示すグラフである。
【図２２】シャッタ板を表す図である。
【図２３Ａ】図１９の光源装置を用いた場合における通常光観察モード時の撮像制御を説明するための図である。
【図２３Ｂ】図１９の光源装置を用いた場合における酸素飽和度観察モード時の撮像制御を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、所定の波長範囲の光を発生する光源装置１１と、光源装置１１から発せられる光を導光して被検体の被観察領域に照明光を照射し、その反射光等を撮像する内視鏡装置１２と、内視鏡装置１２で得られた画像信号を画像処理するプロセッサ装置１３と、画像処理によって得られた内視鏡画像等を表示する表示装置１４と、キーボード等で構成される入力装置１５とを備えている。
【００２１】
内視鏡システム１０は、波長範囲が青色から赤色に及ぶ可視光の被検体像からなる通常光画像を表示装置１４に表示する通常光観察モードと、被検体における血中ヘモグロビンの酸素飽和度を疑似カラー化した酸素飽和度画像を表示装置１４に表示する酸素飽和度観察モードを備えている。これら観察モードは、内視鏡装置の切り替えスイッチ１７や入力装置１５によって入力される入力情報に基づき、適宜切り替えられる。
【００２２】
図２に示すように、光源装置１１は、２種のレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２と、光源制御部２０とを備えている。レーザ光源ＬＤ１は、中心波長が４４５ｎｍの第１レーザ光を発する。この第１レーザ光は、内視鏡装置の先端部に配置された蛍光体５０で、第１白色光（疑似白色光）に波長変換される。レーザ光源ＬＤ２は、中心波長が４７３ｎｍの第１レーザ光を発する。この第２レーザ光も、蛍光体５０によって、第２白色光に波長変換される。なお、第１レーザ光の波長範囲は４６０〜４８０ｎｍにすることが好ましく、第２レーザ光の波長範囲は４４０〜４６０ｎｍにすることが好ましい。
【００２３】
各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられる第１または第２レーザ光は、集光レンズ（図示省略）を介してそれぞれ光ファイバ２４，２５に入射する。なお、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが使用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオード等を用いることもできる。
【００２４】
光源制御部２０は、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２を制御することによって、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２の発光タイミングを調節する。本実施形態では、通常光観察モードのときには、レーザ光源ＬＤ１をオンにし、レーザ光源ＬＤ２をオフにする。一方、酸素飽和度観察モードのときには、１フレーム毎にレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２のオン・オフを切り替える。即ち、レーザ光源ＬＤ１をオンにするときにはレーザ光源ＬＤ２をオフにし、レーザ光源ＬＤ１をオフにするときにはレーザ光源ＬＤ２をオンにする。
【００２５】
コンバイナ２１は、各光ファイバ２４，２５からの光を合波させる。合波した光は、分波器であるカプラ２２によって２系統の光に分波される。分波された２系統の光は、ライトガイド２８，２９で伝送される。ライトガイド２８，２９は多数の光ファイバを束ねたバンドルファイバなどから構成される。なお、コンバイナ２１及びカプラ２２を用いずに、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からの光を直接ライトガイド２８，２９に入れる構成としてもよい。
【００２６】
図１及び図２に示すように、内視鏡装置１２は電子内視鏡から構成され、内視鏡スコープ３２と、ライトガイド２８，２９で伝送される２系統（２灯）の光を照射する照明部３３と、被観察領域を撮像する１系統の撮像部３４、内視鏡スコープ３２の先端部の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部３５と、内視鏡スコープ３２と光源装置１１及びプロセッサ装置１３とを着脱自在に接続するコネクタ部３６を備えている。
【００２７】
内視鏡スコープ３２には、操作部３５側から順に、軟性部３８、湾曲部３９、スコープ先端部４０が設けられている。軟性部３８は、可撓性を有しているため、内視鏡スコープ挿入時には被検体内で屈曲自在にすることができる。湾曲部３９は、操作部３５に配置されたアングルノブ３５ａの回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部３９は、被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲させることができるため、スコープ先端部４０を所望の観察部位に向けることができる。
【００２８】
スコープ先端部４０には照明部３３と撮像部３４が設けられている。撮像部３４は、スコープ先端部４０の略中心位置に、被写体領域からの反射光等を撮像する１つの観察窓４２を備えている。照明部３３は、撮像部３４の両脇に設けられた２つの照明窓４３，４４を備えており、各照明窓４３，４４は、第１または第２白色光を被観察領域に向けて照射する。
【００２９】
照明窓４３，４４の奥には、それぞれ投光ユニット４７，５４が収納されている。各投光ユニット４７，５４は、ライトガイド２８，２９からの第１または第２レーザ光を蛍光体５０に当てて第１または第２白色光を励起発光させ、その第１または第２白色光をレンズ５１を介して被観察領域に向けて照射する。
【００３０】
蛍光体５０は、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からの第１または第２レーザ光の一部を吸収して緑色〜赤色に励起発光する複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）等の蛍光物質）を含んで構成される。第１または第２レーザ光が蛍光体５０に照射されると、蛍光体５０から発せられる緑色〜黄色の励起発光光（蛍光）と、蛍光体５０により吸収されず透過した第１または第２レーザ光の励起光とが合わされて、白色光（疑似白色光）が生成される。
【００３１】
なお、蛍光体５０は略直方体形状を有していることが好ましい。この場合、蛍光体４８は、蛍光体物質をバインダで略直方体状に固めて形成してもよく、また、無機ガラスなどの樹脂に蛍光体物質を混合したものを略直方体状に形成してもよい。この蛍光体５０は、商品名としてマイクロホワイト（登録商標）（Micro White（ＭＷ））とも呼ばれている。
【００３２】
第１レーザ光が投光ユニット４７，５４に入射したときには、図３に示すように、中心波長４４５ｎｍの第１レーザ光の波長範囲と、その第１レーザ光によって励起発光する蛍光において発光強度が増大する概ね４６０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する白色光が被検体に照射される。一方、第２レーザ光が投光ユニット４７，５４に入射したときには、中心波長４７３ｎｍの第１レーザ光の波長範囲と、その第１レーザ光によって励起発光する蛍光において発光強度が増大する概ね４８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する白色光が被検体に照射される。
【００３３】
なお、ここで、本発明でいう白色光とは、厳密に可視光の全ての波長成分を含むものに限らず、例えば、上述した疑似白色光を始めとして、基準色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等、特定の波長帯の光を含むものであればよい。つまり、本発明のいう白色光には、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含まれるものとする。
【００３４】
観察窓４２の奥には、被検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット（図示省略）等の光学系が設けられており、さらにその対物レンズユニットの奥には、被観察領域の像光を受光して被観察領域を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などの撮像素子６０が設けられている。
【００３５】
撮像素子６０は、対物レンズユニットからの光を受光面（撮像面）で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号（アナログ信号）を出力する。撮像素子６０はカラーＣＣＤであり、その受光面には、Ｒ色のカラーフィルタが設けられたＲ画素、Ｇ色のカラーフィルタが設けられたＧ画素、Ｂ色のカラーフィルタが設けられたＢ画素を１組とする画素群が、マトリックス状に配列されている。
【００３６】
Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルタは、それぞれ図４の曲線６３，６４，６５に示すような分光透過率６３，６４，６５を有している。したがって、被観察領域からの反射光等のうち白色光はＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルタの全てを透過するため、撮像素子６０のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の全てから撮像信号が出力される。
【００３７】
撮像素子６０から出力される撮像信号（アナログ信号）は、スコープケーブル６７を通じてＡ／Ｄ変換器６８に入力される。Ａ／Ｄ変換器６８は、撮像信号（アナログ信号）をその電圧レベルに対応する画像信号（デジタル信号）に変換する。変換後の画像信号は、コネクタ部３６を介して、プロセッサ装置１３の画像処理部７３に入力される。
【００３８】
撮像制御部７０は撮像素子６０の撮像制御を行う。図５Ａに示すように、通常光観察モード時には、１フレーム期間内で、第１白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体（本実施形態では４４５ｎｍの第１レーザ光を蛍光体５０に当てて白色光を発生させるため、このように表記する））を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる。これは通常光観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。
【００３９】
一方、酸素飽和度観察モード時には、図５Ｂに示すように、１フレーム期間内で、第１白色光を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる（１フレーム目）。そして、その次に、１フレーム期間内で、第２白色光（４７３ｎｍ＋ＭＷ（本実施形態では４７３ｍの第２レーザ光を蛍光体５０に当てて白色光を発生させるため、このように表記する））を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる（２フレーム目）。これら合計２フレームの撮像制御は、酸素飽和度観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。
【００４０】
この酸素飽和度観察モードにおいては、１フレーム目に、撮像素子６０のＢ画素から青色信号Ｂ１が出力され、Ｇ画素から緑色信号Ｇ１が出力され、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒ１が出力される。また、２フレーム目には、Ｂ画素から青色信号Ｂ２が出力され、Ｇ画素から緑色信号Ｇ２が出力され、Ｒ画素から赤色信号Ｒ２が出力される。
【００４１】
なお、図示はしていないが、内視鏡装置１２における操作部３５及び内視鏡スコープ３２の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送水用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられている。
【００４２】
図２に示すように、プロセッサ装置１３は、制御部７２と、画像処理部７３と、記憶部７４とを備えており、制御部７２には表示装置１４及び入力装置１５が接続されている。制御部７２は、内視鏡装置１２の切り替えスイッチ１７や入力装置１５から入力される入力情報に基づいて、画像処理部７３、光源装置１１の光源制御部２０、内視鏡装置１２の撮像制御部７０、及び表示装置１４の動作を制御する。
【００４３】
画像処理部７３は通常光画像処理部８０と酸素飽和度画像処理部８２とを備えており、内視鏡装置１２からの画像信号に対して、所定の画像処理を施す。通常光画像処理部８０は、通常光観察モード時に得られる画像信号に対して所定の画像処理を施すことによって、通常光画像を生成する。
【００４４】
酸素飽和度画像処理部８２は、内視鏡装置１２から入力される画像信号に基づいて、被検体の血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を算出するとともに、算出した酸素飽和度を疑似カラー画像化した酸素飽和度画像を生成する。酸素飽和度画像処理部８２は、ずれ量算出部８３と、信号比算出部８４と、相関関係記憶部８５と、酸素飽和度算出部８６と、酸素飽和度画像生成部８８とを備えている。
【００４５】
ずれ量算出部８３は、１フレーム目の画像信号と２フレーム目の画像信号間のずれ量ΔＦを算出する。ずれ量ΔＦは、信号特性が類似している１フレーム目の緑色信号Ｇ１と２フレーム目の緑色信号Ｇ２とから求める。まず、図６（Ａ）に示すように、緑色信号Ｇ１，Ｇ２のそれぞれについて、縦３画素×横３画素の正方形領域Ｒｎ（ｎは１以上の自然数）を設定する。ここで、緑色信号Ｇ１，Ｇ２などの画像信号における縦方向をＸ方向とし、横方向をＹ方向とする。
【００４６】
次に、（Ｂ）に示すように、緑色信号Ｇ１について、正方形領域Ｒｎごとに、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ１とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ１を生成する。累積ヒストグラムは、正方形領域ＲｎのＸ方向またはＹ方向における画素値の頻度（出現回数）を表すものであり、縦軸は頻度を表し、横軸は画素値を表している。緑色信号Ｇ２についても、同様に、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ２とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ２を生成する。
【００４７】
次に、（Ｃ）に示すように、累積ヒストグラムＨＸ１と累積ヒストグラムＨＸ２との比較演算によって、Ｘ方向のずれ量ΔＸｎを求める。同様にして、累積ヒストグラムＨＹ１と累積ヒストグラムＨＹ２との比較演算によって、Ｙ方向のずれ量ΔＹｎを求める。なお、比較演算は、累積ヒストグラムＨＸ１，ＨＸ２間の差分演算（又は累積ヒストグラムＨＹ１，ＨＹ２間の差分演算）とすることが好ましい。例えば、累積ヒストグラムＨＸ１の画素値１００の頻度は、累積ヒストグラムＨＸ２では、画素値１０２の頻度に対応している。そこで、画素値１０２と画素値１００を差分処理することによって、差分値Ｄ（２画素分）を得る。そして、累積ヒストグラム上の全ての頻度について差分値Ｄを求め、求めた差分値Ｄを合計した値をＸ方向のずれ量ΔＸｎとする。Ｙ方向のずれ量ΔＹｎについても同様にして求める。
【００４８】
そして、緑色信号Ｇ１，Ｇ２の正方形領域Ｒｎの全てについてずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎが求まったら、図７に示すように、これら全てのずれ量ΔＸｎ及びΔＹｎを合計することによって、フレーム間のずれ量ΔＦを求める。
【００４９】
信号比算出部８４は、２フレーム目の青色信号Ｂ２と１フレーム目の緑色信号Ｇ１との信号比Ｂ２／Ｇ１と、１フレーム目の緑色信号Ｇ１と赤色信号Ｒ１との信号比Ｒ１／Ｇ１とを求める。信号比算出部８４では、信号比を求める際、信号間で同じ位置にある画素間の信号比を算出する。また、信号比は画像信号の全ての画素に対して算出される。なお、信号比は画像信号のうち血管部分の画素のみ求めてもよい。この場合、血管部分は、血管部分の画像信号とそれ以外の部分の画像信号との差に基づいて特定される。
【００５０】
相関関係記憶部８５は、信号比Ｂ２／Ｇ１及びＲ１／Ｇ１と酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図８に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等高線を定義した２次元テーブルで記憶されている。この等高線の位置、形は光散乱の物理的なシミュレーションで得られ、血液量に応じて変わるように定義されている。例えば、血液量の変化があると、各等高線間の間隔が広くなったり、狭くなったりする。なお、信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１はlogスケールで記憶されている。
【００５１】
上記相関関係は、図９に示すような酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。ここで、曲線９０は酸化ヘモグロビンの吸光係数を、曲線９１は還元ヘモグロビンの吸光係数を示している。例えば、４７３ｎｍのように吸光係数の差が大きい波長では、酸素飽和度の情報を取り易い。しかしながら、４７３ｎｍの光に対応する信号を含む青色信号Ｂ２は、酸素飽和度だけでなく血液量にも依存度が高い。そこで、青色信号Ｂ２に加え、主として血液量に依存して変化する光に対応する赤色信号Ｒ１と、青色信号Ｂ２と赤色信号Ｒ１のリファレンス信号（規格化用信号）となる緑色信号Ｇ１から得られる信号比Ｂ２／Ｇ１及びＲ１／Ｇ１を用いることで、血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。なお、血液量によらず酸素飽和度を求めるためには、青色信号B２と赤色信号R１の波長成分は４６０〜７００ｎｍの波長範囲内に含まれることが好ましい。
【００５２】
また、血中ヘモグロビンの吸光係数の波長依存性から、以下の３つのことが言える。
・波長４７０ｎｍ近辺（例えば、中心波長４７０ｎｍ±１０ｎｍの青色の波長領域）では酸素飽和度の変化に応じて吸光係数が大きく変化する。
・５４０〜５８０ｎｍの緑色の波長範囲で平均すると、酸素飽和度の影響を受けにくい。
・５９０〜７００ｎｍの赤色の波長範囲では、酸素飽和度によって一見吸光係数が大きく変化するように見えるが、吸光係数の値自体が非常に小さいので、結果的に酸素飽和度の影響を受けにくい。
【００５３】
なお、相関関係記憶部８５には、図１０に示すように、信号比Ｒ１／Ｇ１と血液量との相関関係についても記憶されている。この相関関係は、信号比Ｒ１／Ｇ１が大きくなればなるほど血液量も大きくなるように定義される１次元テーブルとして記憶されている。この信号比Ｒ１／Ｇ１と血液量の相関関係は血液量の算出時に用いられる。
【００５４】
酸素飽和度算出部８６は、相関関係記憶部８５に記憶された相関関係と信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１とを用いて、各画素における酸素飽和度を求める。図１１に示すように、相関関係記憶部８５に記憶した相関関係から、信号比算出部で求めた信号比Ｂ２＊／Ｇ１＊、Ｒ１＊／Ｇ１＊に対応する対応点Ｐを特定する。そして、対応点Ｐが酸素飽和度＝０％限界の下限ライン９３と酸素飽和度＝１００％限界の上限ライン９４との間にある場合に、その対応点Ｐが示すパーセント値を酸素飽和度とする。例えば、図１１の場合であれば、対応点Ｐは６０％の等高線上に位置するため、酸素飽和度は６０％となる。
【００５５】
一方、対応点が下限ライン９３と上限ライン９４との間から外れている場合、対応点が下限ライン９３よりも上方に位置するときには酸素飽和度を０％とし、対応点が上限ライン９４よりも下方に位置するときには酸素飽和度を１００％とする。なお、対応点が下限ライン９３と上限ライン９４との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げて表示装置１４上に表示しないようにしてもよい。
【００５６】
酸素飽和度画像生成部８８は、ずれ量算出部で算出したずれ量ΔＦと酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度に基づき、酸素飽和度画像を生成する。生成された酸素飽和度画像は表示装置１４に表示される。この酸素飽和度画像は、輝度Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒからなる映像信号で構成される。輝度Ｙには、１フレーム目の緑色信号Ｇ１が割り当てられる。色差信号Ｃｂ，Ｃｒは、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃのいずれかに従い、酸素飽和度に応じた信号値が割り当てられる。
【００５７】
カラーテーブル８８ａ〜８８ｃは、図１２Ａ〜Ｃに示すように、３種類のカラーテーブルを備えいる。カラーテーブル８８ａは、ずれ量ΔＦが第１許容値ε１内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｂは、ずれ量ΔＦが第１許容値ε１を超えたものの第２許容値ε２（ε２＞ε１）内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｃは、ずれ量ΔＦが第２許容値ε２を超えている場合に用いられる。カラーテーブル８８ｂは、カラーテーブル８８ａよりも、疑似カラーの彩度が小さくなるように設定されている。また、カラーテーブル８８ａ，８８ｂは、酸素飽和度を有彩色に疑似カラー化するのに対して、カラーテーブル８８ｃは、酸素飽和度を無彩色に疑似カラー化する。なお、カラーテーブルは、ずれ量ΔＦに応じて、疑似カラーの彩度以外の色特性値が変化するように設定してもよい。
【００５８】
このように、ずれ量が大きくなるほど、疑似カラーの彩度を低くするカラーテーブルを用いることによって、酸素飽和度の信頼度を色の変化でユーザーに直感的に訴えることができる。また、ずれ量が第２許容値ε２を超えるような極めて大きい場合（スコープ先端部４０を極めて早く動かした場合等）には、酸素飽和度画像に色を付けない無彩色用のカラーテーブルを用いることで、その時点で取得した無彩色の酸素飽和度画像は、信頼度が比較的高い有彩色の酸素飽和度画像とは明らかに違うことを直感的に訴えることができる。
【００５９】
次に、本発明の作用について図１３のフローチャートに沿って説明する。内視鏡装置の切り替えスイッチ１７によって、酸素飽和度観察モードに切り替えられると、中心波長４４５ｎｍの第１レーザ光で第１白色光を蛍光体５０から励起発光させ、この第１白色光を被検体内に照射する。被検体からの反射光等は、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からなるカラーＣＣＤである撮像素子６０で撮像される。これにより、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１からなる１フレーム目の画像信号が得られる。
【００６０】
１フレーム目の画像信号が得られると、中心波長４７３ｎｍの第２レーザ光で第２白色光を蛍光体５０から励起発光させ、この第２白色光を被検体内に照射する。被検体からの反射光等を撮像素子６０で撮像することにより、青色信号Ｂ２、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２からなる２フレーム目の画像信号が得られる。
【００６１】
２フレーム目の画像信号が得られると、ずれ量算出部８３は、１フレーム目の緑色信号Ｇ１と２フレーム目の画像信号Ｇ２から、フレーム間のずれ量ΔＦを算出する。次に、信号比算出部８４により、１フレーム目の画像信号と２フレーム目の画像信号間で同じ位置にある画素について、信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１を求める。信号比は全ての画素について求める。信号比が求まると、酸素飽和度算出部８６は、相関関係記憶部８５に記憶している相関関係から、信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１に対応する酸素飽和度を求める。酸素飽和度は、全ての画素について求める。
【００６２】
全ての画素について血液量及び酸素飽和度が求まると、酸素飽和度画像生成部８８は、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃの中からずれ量ΔＦに適合するカラーテーブルを用いて、酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｒ，Ｃｂを求める。また、１フレーム目の緑色信号Ｇ１を輝度Ｙに割り当てる。これら色差信号Ｃｒ，Ｃｂ、輝度Ｙから、酸素飽和度画像を生成する。生成された酸素飽和度画像は、表示装置１４に表示される。
【００６３】
本発明の第２実施形態は、画像信号全体のずれ量ΔＦに基づいて、画像全体で疑似カラーの彩度を変化させる第１実施形態と異なり、正方形領域Ｒｎ間のズレ量ΔＸｎ、ΔＹｎに基づいて、正方形領域Ｒｎごとに疑似カラーの彩度を変化させる。したがって、第２実施形態は、ずれ量算出部８３、酸素飽和度画像生成部８８以外については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。なお、正方形領域Ｒｎは、第１実施形態と同様、Ｘ方向に３画素、Ｙ方向に３画素とすることが好ましいが、これに限られない。
【００６４】
第２実施形態のずれ量算出部８３は、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ１、ＨＸ２とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ１、ＨＹ２を用いて、正方形領域Ｒｎ間のずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎを算出する部分までは、第１実施形態と同様である（図６参照）。ずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎが求まったら、図１４に示すように、正方形領域ＲｎごとにＸ方向のずれ量ΔＸｎとＹ方向のずれ量ΔＹｎを加算することにより、正方形領域Ｒｎでのずれ量ΔＦｎを求める。
【００６５】
第２実施形態の酸素飽和度画像生成部８８は、輝度Ｙについては第１実施形態と同様に１フレーム目の緑色信号Ｇ１が割り当てられる。一方、色差信号Ｃｒ，Ｃｂについては、正方形領域Ｒｎごとに割り当てられたカラーテーブルから信号値が算出される。ここで、正方形領域Ｒｎのずれ量ΔＦｎが第１許容値ε１内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｂは、ずれ量ΔＦｎが第１許容値ε１を超えたものの第２許容値ε２（ε２＞ε１）内にある場合に用いられ、カラーテーブル８８ｃは、ずれ量ΔＦｎが第２許容値ε２を超えている場合に用いられる。
【００６６】
したがって、各正方形領域Ｒｎにおけるずれ量ΔＦが図１５（Ａ）の場合には、図１５（Ｂ）に示すように、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃのいずれかが、各正方形領域Ｒｎに割り当てられる。ここで、図１５（Ｂ）中の「Ｔ１」はカラーテーブル８８ａを示しており、「Ｔ２」はカラーテーブル８８ｂを示しており、「Ｔ３」はカラーテーブル８８ｃを示している。これら各正方形領域Ｒｎごとに割り当てられたカラーテーブル８８ａ〜８８ｃから、各正方形領域Ｒｎごとに色差信号Ｃｒ，Ｃｂが求められる。この求めた色差信号Ｃｒ，Ｃｂと輝度Ｙから酸素飽和度画像が得られる。
【００６７】
酸素飽和度画像は、図１５（Ｃ）に示すように、カラーテーブル８８ａ（Ｔ１）で色差信号に変換された正方形領域Ｒａについては有彩色且つ彩度が高く表示されているため、その部分は信頼度が高いことが直感的に分かる。これに対して、カラーテーブル８８ｂ（Ｔ２）で色差信号に変換された正方形領域Ｒｂについては有彩色であるものの彩度が低く表示されているため、その部分は信頼度が比較的低いことが直感的に分かる。また、カラーテーブル８８ｃ（Ｔ３）で色差信号に変換された正方形領域Ｒｃについては無彩色で表示されているため、その部分は信頼度が極めて低いことが直感的に分かる。したがって、酸素飽和度画像内においては、通常通り表示される領域（Ｒａ）と、彩度が低く表示される領域（Ｒｂ，Ｒｃ）が混在することになるため、信頼度が高い領域と低い領域の両方を同時に把握することができる。
【００６８】
本発明の第３実施形態では、フレーム間のずれ量に基づいて、フレーム間の位置合わせを行った後に、再度フレーム間のずれ量を求める。したがって、図１６に示すように、第３実施形態の内視鏡システム１００は、フレーム間の位置合わせに用いるフレーム間のずれ量ΔＦｘ，ΔＦｙを求めるずれ量算出部１０１と、これらずれ量ΔＦｘ、ΔＦｙに基づいて、フレーム間の位置合わせを行う位置合わせ部１０２が設けられている。また、第３実施形態の酸素飽和度画像生成部８８では、第１実施形態とは異なる方法で酸素飽和度画像が生成される。それ以外については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
ずれ量算出部１０１は、Ｘ方向の累積ヒストグラムＨＸ１、ＸＸ２とＹ方向の累積ヒストグラムＨＹ１、ＨＹ２を用いて、正方形領域Ｒｎ間のずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎを算出する部分までは、第１実施形態のずれ量算出部８３と同様である。ずれ量ΔＸｎ、ΔＹｎを求めた後は、図１７に示すように、全てのΔＸｎを合計することにより画像信号全体でのＸ方向の位置ずれ量ΔＦｘを求めるとともに、全てのΔＹｎを合計することにより画像信号全体でのＹ方向の位置ずれ量ΔＦｙを求める。
【００７０】
位置合わせ部１０２は、酸素飽和度の算出に用いる１フレーム目の緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１と２フレーム目の青色信号Ｂ２間の位置合わせを行う。まず、図１８Ａに示すように、緑色信号Ｇ１と青色信号Ｂ２のうちいずれか一方を、ずれ量算出部１０１で求めたＸ方向のずれ量ΔＦｘ分だけＸ方向に移動させるとともに、Ｙ方向のずれ量ΔＦｙ分だけＹ方向に移動させる。同様にして、図１８Ｂに示すように、赤色信号Ｒ１と青色信号Ｂ２のうちのいずれか一方を、ΔＦｘ、ΔＦｙ分だけＸ方向又はＹ方向に移動させる。
【００７１】
そして、位置合わせ部１０２で各信号の位置合わせを行った後は、ずれ量算出部１０１でＸ方向のずれ量とＹ方向のずれ量を再計算する。この再計算後のＸ方向のずれ量を位置合わせ後のずれ量をΔＦｘ´とし、Ｙ方向のずれ量を位置合わせ後のずれ量をΔＦｙ´とする。酸素飽和度画像生成部８８においては、カラーテーブル８８ａ〜８８ｃのうちΔＦｘ´、ΔＦｙ´を合計したずれ量ΔＦ´に適合するカラーテーブルを選択する。カラーテーブルの選択方法については、ずれ量ΔＦをΔＦ´に置き換える以外は、第１実施形態と同様である。そして、選択したカラーテーブルを用いて、酸素飽和度画像を生成する。
【００７２】
第３実施形態においては、位置合わせ部１０２でフレーム間の位置合わせが行われているため、酸素飽和度画像上の酸素飽和度情報の信頼性は高くなっている。また、位置合わせ部で完全に位置ズレを解消できない場合であっても、位置合わせ後のフレーム間のずれ量ΔＦｘ´、ΔＦｙ´が酸素飽和度画像上で色の変化として表されているため、酸素飽和度画像上で位置ずれを直感的に把握することができる。
【００７３】
なお、酸素飽和度の算出に使用する３波長の画像信号のうち、一部の画像信号については、第１実施形態と同様に、半導体光源の光から画像信号を生成する一方、残りの画像信号については、キセノンランプなどの白色光源の広帯域光から波長分離した光から画像信号を生成してもよい。
【００７４】
この場合、第１実施形態における内視鏡システム１０の光源装置１１に代えて、図１９に示す光源装置２００を用いる。この光源装置２００で生成された光は、内視鏡装置１８０に供給される。この内視鏡装置１８０は第１実施形態の内視鏡装置１２とほぼ同様の構成を備えているが、先端部の照明部３３に蛍光体５０が設けられていない点が内視鏡装置１２と異なる。そのため、光源装置２００からの光は、内視鏡装置１８０を介して、そのまま被検体内に照射される。
【００７５】
また、内視鏡装置１８０内における撮像素子１８０ａの構成及び撮像制御部７０の動作については、第１実施形態と異なっている。また、プロセッサ装置１３においては、通常光画像処理部８０における通常光画像の生成方法が異なり、また、酸素飽和度画像処理部８２で使用する信号が第１実施形態で使用する信号と異なっている。以下においては、上記第１実施形態とで異なる部分についてのみ説明し、それ以外については説明を省略する。
【００７６】
光源装置２００は、広帯域光ＢＢ（４００〜７００ｎｍ）を発する白色光源２３０と、この白色光源２３０からの広帯域光ＢＢをＢ、Ｇ、Ｒの３色の光に色分離し、それら各色の光を順次ライトガイド２８，２９に供給するロータリフィルタ２３４と、青色狭帯域光ＢＮを発する半導体光源ユニット２３６と、広帯域光ＢＢの光路Ｌ１上に青色狭帯域光ＢＮの光路Ｌ２を合流させる光合流部２３８と、所定のタイミングにおいて、白色光源２３０とロータリフィルタ２３４との間の広帯域光ＢＢの光路を塞ぐシャッタ板２４０とを備えている。
【００７７】
白色光源２３０は、広帯域光ＢＢを放射する光源本体２３０ａと、広帯域光ＢＢの光量を調整する絞り２３０ｂとを備えている。光源本体２３０ａはキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドなどから構成される。絞り２３０ｂの開度は、光量制御部（図示省略）によって調節される。
【００７８】
図２０に示すように、ロータリフィルタ２３４は、Ｂフィルタ部２３４ａ、Ｇフィルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ部２３４ｃが選択的に広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されるように回転自在に設けられている。ロータリフィルタ２３４は、円板形状をしており、円周方向に３分割されて中心角が１２０°の扇型の領域に、それぞれＢフィルタ部２３４ａ、Ｇフィルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ部２３４ｃが設けられている。
【００７９】
図２１に示すように、Ｂフィルタ部２３４ａは広帯域光ＢＢから青色帯域のＢ光を透過させ、Ｇフィルタ部２３４ｂは広帯域光ＢＢから緑色帯域のＧ光を透過させ、Ｒフィルタ部２３４ｃは広帯域光ＢＢから赤色帯域のＲ光を透過させる。したがって、ロータリフィルタ２３４の回転によって、ロータリフィルタ２３４からＢ光、Ｇ光、Ｒ光が順次出射する。
【００８０】
半導体光源ユニット２３６は、レーザ光源２３６ａ、光源制御部２３６ｂを有する。図２１に示すように、レーザ光源２３６ａは中心波長４７３ｎｍの青色狭帯域光ＢＮを発光する。このレーザ光源２３６ａは、光源制御部２３６ｂの制御に従って、点灯及び消灯を行う。この光源制御部２３６ｂはプロセッサ装置内の制御部７２によって制御される。レーザ光源２３６ａから発光された青色狭帯域光ＢＮは、集光レンズ２３６ｃを通して、光合流部２３８に向けて出射する。
【００８１】
光合流部２３８はダイクロイックミラーであり、ロータリフィルタ２３４からの光はそのまま透過させる一方で、半導体光源ユニット２３６からの青色狭帯域光ＢＮは反射させてその光路Ｌ２を広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に一致させる。光合流部２３８を出た光は、集光レンズ２４２を通して、内視鏡装置１８０に供給される。
【００８２】
図２２に示すように、シャッタ板２４０は、１２０°の中心角を有し、広帯域光ＢＢを遮光する遮光部２４０ａと、残りの２４０°の中心角を有し、広帯域光ＢＢを透過させる透過部２４０ｂとを備えている。シャッタ板２４０は回転自在に設けられており、回転することで、遮光部２４０ａと透過部２４０ｂが交互に選択的に広帯域光ＢＢの光路に挿入させるようになっている。
【００８３】
シャッタ板２４０の回転動作は、通常光観察モードと酸素飽和度観察モードとで異なっている。通常光観察モードにおいては、シャッタ板２４０は、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路Ｌ１から退避し、透過部２４０ｂが光路Ｌ１に挿入された状態で停止している。したがって、広帯域光ＢＢは、常時ロータリフイルタ２３４に入射する。これにより、広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されている、Ｂ、Ｇ、Ｒの各フイルタ部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃの種類に応じて、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の三色の光が順次生成される。
【００８４】
一方、酸素飽和度観察モードにおいては、シャッタ板２４０は、ロータリフィルタ２３４のＢフィルタ部２３４ａが広帯域光ＢＢの光路に挿入されている間、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路に挿入されるように、回転する。したがって、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路に挿入されている間、広帯域光ＢＢが遮光される。この広帯域光ＢＢの遮光期間に、レーザ光源２３６ａを点灯して、青色狭帯域光ＢＮを内視鏡装置１８０に供給する。これに対して、透過部２４０ｂが広帯域光ＢＢの光路に挿入されたときには、青色狭帯域光ＢＮが消灯する一方で、広帯域光ＢＢが透過する。この広帯域光ＢＢの透過期間に、広帯域光ＢＢがＧフイルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ２３４ｃを透過するため、Ｇ光、Ｒ光が順次生成される。
【００８５】
内視鏡装置１８０内の撮像素子１８０ａは、上記第１実施形態の撮像素子６０と異なり、撮像面にマイクロカラーフィルタが設けられていないモノクロ撮像素子である。また、この撮像素子１８０ａの撮像を制御する撮像制御部７０についても、上記第１実施形態と異なる動作を行う。
【００８６】
通常光観察モードにおいては、図２３Ａに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。この一連の動作は、通常光観察モードに設定されている間、繰り返される。一方、酸素飽和度観察モードにおいては、図２３Ｂに示すように、青色狭帯域光ＢＮ、Ｇ光、Ｒ光の３つの光の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒを順次出力する。こうした動作が酸素飽和度観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００８７】
プロセッサ装置内の通常光画像処理部８０は、面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて、通常光画像を生成する。この通常光画像において、面順次撮像信号Ｂは第１実施形態の青色信号Ｂ１に略対応し、面順次撮像信号Ｇは第１実施形態の緑色信号Ｇ１に略対応し、面順次撮像信号Ｒは第１実施形態のＲ１に略対応している。
【００８８】
プロセッサ装置内の酸素飽和度画像処理部８２は、第１実施形態と異なり、面順次撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒに基づいて、血液量及び酸素飽和度を算出する。ここでは、第１実施形態の信号比Ｂ２／Ｇ１に対応する輝度比としてＮ／Ｇを用い、第１実施形態の信号比Ｒ１／Ｇ１に対応する輝度比としてＲ／Ｇを用いる。これに伴って、相関関係記憶部８５には、信号比Ｂ２／Ｇ１及びＲ１／Ｇ１と酸素飽和度との相関関係が記憶されている。それ以外については、第１実施形態と同様の手順で処理が行われる。
【００８９】
なお、本発明では、酸素飽和度の画像化を行ったが、これに代えて又は加えて、「血液量（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和）×酸素飽和度（％）」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスや、「血液量×（１００−酸素飽和度）（％）」から求まる還元ヘモグロビンインデックスの画像化を行ってもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１００ 内視鏡システム
１１ 光源装置
１３ プロセッサ装置
１４ 表示装置
８２ 酸素飽和度画像処理部
８３，１０１ ずれ量算出部
８６ 酸素飽和度算出部
８８ 酸素飽和度画像生成部
８８ａ〜８８ｃ カラーテーブル
１０２ 位置合わせ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射する照明手段と、
前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する画像信号取得手段と、
前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する表示手段と、
前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、
前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号間における画像全体でのずれ量を前記位置ずれ量として求め、
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像全体で表示方法を変更することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号における所定領域間のずれ量を前記位置ずれ量として求め、
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像中の前記所定領域ごとに表示方法を変更することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量が大きくなるほど、前記酸素飽和度画像上における酸素飽和度の情報量を減少させることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記酸素飽和度の情報量の減少は、前記酸素飽和度画像の色特性値の減少であることを特徴とする請求項４記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記位置ずれ量に基づいて前記複数フレームの画像信号間で位置合わせを行う位置合わせを行う位置合わせ手段を備え、
前記ずれ量算出手段は、位置合わせされた前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を再計算し、
前記表示方法変更手段は、再計算後の位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記画像信号取得手段は、
前記酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号、前記第１の波長範囲と異なり、前記血液量に応じて吸光特性が変化する第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応する第２の画像信号、及び前記第１、第２の画像信号を規格化するための第３の画像信号を取得し、
前記酸素飽和度算出手段は、
前記第１〜第３の画像信号に基づいて、前記複数種類の生体機能情報の中から前記酸素飽和度のみを求めることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記第１〜第３の波長範囲は４６０〜７００ｎｍの範囲内に含まれていることを特徴とする請求項７記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記第１の波長範囲は青色帯域に含まれ、前記第２の波長範囲は赤色帯域に含まれることを特徴とする請求項７または８記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射するとともに、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する内視鏡装置から、前記複数フレームの画像信号を受信する受信手段と、
前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、
前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
【請求項１１】
異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射し、
前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得し、
前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求め、
前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求め、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更することを特徴とする画像表示方法。
【請求項１】
異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射する照明手段と、
前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する画像信号取得手段と、
前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する表示手段と、
前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、
前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号間における画像全体でのずれ量を前記位置ずれ量として求め、
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像全体で表示方法を変更することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記ずれ量算出手段は、前記複数フレームの画像信号における所定領域間のずれ量を前記位置ずれ量として求め、
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像中の前記所定領域ごとに表示方法を変更することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記表示方法変更手段は、前記位置ずれ量が大きくなるほど、前記酸素飽和度画像上における酸素飽和度の情報量を減少させることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記酸素飽和度の情報量の減少は、前記酸素飽和度画像の色特性値の減少であることを特徴とする請求項４記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記位置ずれ量に基づいて前記複数フレームの画像信号間で位置合わせを行う位置合わせを行う位置合わせ手段を備え、
前記ずれ量算出手段は、位置合わせされた前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を再計算し、
前記表示方法変更手段は、再計算後の位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記画像信号取得手段は、
前記酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号、前記第１の波長範囲と異なり、前記血液量に応じて吸光特性が変化する第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応する第２の画像信号、及び前記第１、第２の画像信号を規格化するための第３の画像信号を取得し、
前記酸素飽和度算出手段は、
前記第１〜第３の画像信号に基づいて、前記複数種類の生体機能情報の中から前記酸素飽和度のみを求めることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記第１〜第３の波長範囲は４６０〜７００ｎｍの範囲内に含まれていることを特徴とする請求項７記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記第１の波長範囲は青色帯域に含まれ、前記第２の波長範囲は赤色帯域に含まれることを特徴とする請求項７または８記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射するとともに、前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得する内視鏡装置から、前記複数フレームの画像信号を受信する受信手段と、
前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求める酸素飽和度算出手段と、
前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求めるずれ量算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更する表示方法変更手段とを備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
【請求項１１】
異なる複数の波長域の照明光を複数フレームに分けて被検体に順次照射し、
前記被検体からの反射光を順次撮像することにより、前記複数の波長域の反射光に対応する複数フレームの画像信号を取得し、
前記複数フレームの画像信号に基づいて、前記被検体の生体組織における血液量及び酸素飽和度を含む複数種類の生体機能情報の中から酸素飽和度のみを求め、
前記複数フレームの画像信号間の位置ずれ量を求め、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する際に、前記位置ずれ量に応じて、前記酸素飽和度画像の表示方法を変更することを特徴とする画像表示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−９９４６４（Ｐ２０１３−９９４６４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５６００（Ｐ２０１１−２４５６００）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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