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生成方法
【課題】酸素飽和度の情報をその正確性に応じて適切に表示する。
【解決手段】血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲を有する第１の照明光を被検体内に照射し、その反射光等を撮像することにより第１の画像信号（フレーム１）を取得する。波長範囲が広帯域に及ぶ第２の照明光を体腔内に照射し、その反射光等を撮像することにより第２の画像信号（フレーム２）を取得する。第１及び第２の画像信号から酸素飽和度を算出する。第１または第２の画像信号から酸素飽和度の信頼度を算出する。酸素飽和度と関連付けられた色差信号を記憶するカラーテーブルから、算出した酸素飽和度に対応する色差信号を求める。色差信号の信号値を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色差信号を用いて酸素飽和度画像を生成する。生成した酸素飽和度画像は、表示装置に表示される。
【解決手段】血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲を有する第１の照明光を被検体内に照射し、その反射光等を撮像することにより第１の画像信号（フレーム１）を取得する。波長範囲が広帯域に及ぶ第２の照明光を体腔内に照射し、その反射光等を撮像することにより第２の画像信号（フレーム２）を取得する。第１及び第２の画像信号から酸素飽和度を算出する。第１または第２の画像信号から酸素飽和度の信頼度を算出する。酸素飽和度と関連付けられた色差信号を記憶するカラーテーブルから、算出した酸素飽和度に対応する色差信号を求める。色差信号の信号値を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色差信号を用いて酸素飽和度画像を生成する。生成した酸素飽和度画像は、表示装置に表示される。
【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を酸素飽和度画像として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生成方法に関する。
【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る通常光観察の他、波長を狭帯域化した狭帯域光を用いて、被検体内の血管を強調表示等させる特殊光観察も行われるようになってきている。
【０００３】
また、特殊光観察の他に、血管の吸光特性や生体組織の散乱特性を利用して、内視鏡装置で得られた画像信号から血中ヘモグロビンの酸素飽和度や血管深さなどの血管に関する機能情報を取り出し、それを画像化することも行われている。例えば、特許文献１では、酸素飽和度の大小に応じて異なる色を割り当て、その割り当てた色に基づいて疑似カラーの酸素飽和度画像を生成している。このような酸素飽和度画像を用いることで、低酸素状態となる癌の発見が極めて容易になる。
【０００４】
この酸素飽和度は、画像信号に所定の画像処理を施すことで得られるため、適切な撮像条件の下で得られた画像信号でなければ、酸素飽和度自体の正確性が低いものとなってしまう。例えば、被検体への照明光の光量が強すぎて、画像信号の画素値が異常に高くなる場合には、その画像信号から得られる酸素飽和度の正確性は低いと考えらえる。
【０００５】
この問題に対して、特許文献２及び３では、画像信号の画素値が規定値よりも大幅に外れている領域を異常領域として検出し、その異常領域については画素値が規定値の範囲内の正常領域と異なる表示にする処理や制御（例えばマスクするなど）を行うことで、酸素飽和度などの機能情報が正確に表された領域と不正確な領域とを、ユーザが認識しやすいようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２６４８４９４号公報
【特許文献２】特許２７６８９３６号公報
【特許文献３】特許３２１７３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２及び３では、異常領域と正常領域とを明確に区別しているため、異常領域と正常領域の境界値を示す閾値の設定の仕方によっては、正確な酸素飽和度を示している領域が異常領域とされたり、反対に不正確な酸素飽和度を示している領域が正常領域とされるおそれがある。
【０００８】
さらには、酸素飽和度が不正確になる理由としては、特許文献２及び３で示されている照明光の強度の他に、以下の要因がある。
・人工物の写り込み
・粘膜表面の汚れ（不透明な粘膜や残渣の付着）
・異なる波長帯域の分光画像において配光分布が異なる
したがって、特許文献２及び３では、これらの要因による酸素飽和度の異常を検出することができない。
【０００９】
本発明は、酸素飽和度の情報をその正確性に応じて適切に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生成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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、被検体に照明光を照射する照射手段と、被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段と、取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、前記画像信号における各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理手段と、前記酸素飽和度画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
前記画像処理手段は、酸素飽和度と関連付けられた色調情報を記憶する色調情報記憶部から、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度に対応する色調情報を求める色調情報算出手段と、前記色調情報算出手段で求めた色調情報を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを備えている。
【００１２】
前記信頼度算出手段は、前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて、第１の信頼度を算出し、前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第１の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する。前記第１の信頼度は前記酸素飽和度算出用の画像信号の画素値に応じて決めてもよい。前記第１の信頼度は、前記画素値が上限値を超えた場合または前記画素値が下限値を下回った場合に、徐々に低くすることが好ましい。前記第１の信頼度は、前記酸素飽和度算出用の画像信号を含む複数の画像信号間の信号比のうち血中ヘモグロビンの吸光スペクトルに関連性がある信号比に応じて決めてもよい。
【００１３】
前記信頼度算出手段は、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する。前記第２の信頼度は、画像中心領域が最も高く、画像中心領域から画像周辺領域に向かうに従い徐々に低くなり、画像周辺領域が最も低くなることが好ましい。
【００１４】
前記信頼度算出手段は、前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて第１の信頼度を算出するとともに、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第１及び第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する。
【００１５】
前記色調情報は色差信号の信号値である。前記画像信号取得手段は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の光で照明された被検体を、撮像面にＲＧＢのカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像するとともに、広帯域光の白色光で照明された被検体を前記カラーの撮像素子で撮像することにより、画像信号を取得する。前記白色光は、特定波長の励起光を蛍光体に当てることで励起発光する疑似白色光であることが好ましい。
【００１６】
本発明の内視鏡システムは、被検体に照明光を照射する照射手段、及び被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段を備える内視鏡装置から、前記画像信号を受信する受信手段と、取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の画像生成方法は、被検体に照明光を照射し、被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得し、取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求め、前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出し、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸素飽和度画像の生成に用いられる色調情報を、酸素飽和度の信頼度に応じて変化させていることから、特許文献２及び３のような従来技術のように、正常領域と異常領域とを別々に分けることなく、酸素飽和度の情報をその正確性に応じて適切に表示することができる。また、信頼度は、画像信号の画素値を用いて求める以外に、血中ヘモグロビンの吸光スペクトルに関連性がある信号比や画像信号における画素の位置に基づいて求められるため、特許文献２及び３のような従来技術では検出できなかった異常（粘膜表面の汚れ、色素の存在、配光ムラなと）に関する情報を、信頼度に反映させることができる。
【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】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】スコープ先端部の正面図である。
【図４】酸素飽和度測定光及び白色光の発光スペクトルを表すグラフである。
【図５】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６Ａ】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６Ｂ】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７】血液量と信号比Ｒ２／Ｇ２との相関関係を示すグラフである。
【図８】酸素飽和度と信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２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】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説明図である。
【図１１】画素値と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１２】酸素飽和度と色差信号との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図１４】酸素飽和度画像の作成手順を示すブロック図である。
【図１５】信号比Ｂ１／Ｂ２と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１６】信号比Ｂ１／Ｇ２と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１７】信号比Ｒ２／Ｇ２と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１８】画素の位置に応じて信頼度を変化させた信頼度分布を説明するための説明図である。
【図１９】光源装置に回転フィルタ方式を採用した内視鏡システムの概略図である。
【図２０】白色光の発光スペクトルを表すグラフである。
【図２１】回転フィルタの正面図である。
【図２２】図２１の回転フィルタとは別の透過特性を有する回転フィルタの正面図である。
【図２３】図２１，２２の回転フィルタとは別の透過特性を有する回転フィルタの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び２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の情報が疑似カラーで表され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。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から入力される指示に基づき、適宜切り替えられる。
【００２２】
光源装置１１は、２種のレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２と、光源制御部２０と、コンバイナ２１と、カプラ２２とを備えている。レーザ光源ＬＤ１は、酸素飽和度の測定に用いられる狭帯域光（酸素飽和度測定光）を発生させる。レーザ光源ＬＤ２は、内視鏡装置の先端部に配置された蛍光体５０から白色光（疑似白色光）を発生させるための励起光を発生させる。各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられる光は、集光レンズ（図示省略）を介してそれぞれ対応する光ファイバ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。
【００２３】
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の発光タイミングや各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２間の光量比を調節する。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をオフにし、レーザ光源ＬＤ２をオンにする。一方、酸素飽和度観察モードのときには、レーザ光源ＬＤ１をオンにしたときはレーザ光源ＬＤ２をオフにし、反対にレーザ光源ＬＤ１をオフにしたときはレーザ光源ＬＤ２をオンにする。この切替は一定時間毎に繰り返し行われる。
【００２４】
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４系統の光に分波される。分波された４系統の光のうち、レーザ光源ＬＤ１からの光はライトガイド２６，２７で伝送され、レーザ光源ＬＤ２からの光はライトガイド２８、２９で伝送される。ライトガイド２６〜２９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２６〜２９に入れる構成としてもよい。
【００２５】
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２６〜２９で伝送される４系統（４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と、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。
【００２６】
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とすることができる。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。
【００２７】
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、酸素飽和度測定光と白色光の２種類の光を被観察領域に向けて照射する。
【００２８】
一方の照明窓４３の奥には２つの投光ユニット４６，４７が収納されている。一方の投光ユニット４６では、ライトガイド２６からの酸素飽和度測定光を、レンズ４８を介して被観察領域に向けて照射する。もう一方の投光ユニット４７では、ライトガイド２８からの励起光を蛍光体５０に当てて白色光を励起発光させ、その白色光をレンズ５１を介して被観察領域に向けて照射する。なお、他方の照明窓４４の奥にも、上記投光ユニット４６と同様の投光ユニット５３と、上記投光ユニット４７と同様の投光ユニット５４の２つが収納されている。
【００２９】
照明窓４３，４４は、スコープ先端部４０において、観察窓４２を挟んでその両側に配置されている。また、４つの投光ユニット４６，４７，５３，５４は、蛍光体５０を備える投光ユニット４７，５４の出射面間を結ぶ直線Ｌ１と、蛍光体５０を備えていない投光ユニット４６，５３の出射面間を結ぶ直線Ｌ２とが、観察窓４２の中心部で交差するように、互い違いに配置されている。このような配置にすることによって、照明ムラの発生を防止することができる。
【００３０】
蛍光体５０は、レーザ光源ＬＤ２からの励起光の一部を吸収して緑色〜黄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。励起光が蛍光体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励起光とが合わされて、白色光（疑似白色光）が生成される。なお、蛍光体は、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。
【００３１】
したがって、蛍光体５０を備える投光ユニット４７，５４から発せられる白色光は、図４に示すように、中心波長４４５ｎｍの励起光の波長範囲と、その励起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４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する発光スペクトルとなる。一方、蛍光体５０を備えていない投光ユニット４６，５３から発せられる酸素飽和度測定光は、中心波長４７３ｎｍの近傍に波長範囲を有する発光スペクトルとなる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、多数マトリックス状に配列されている。
【００３５】
Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルタは、それぞれ図５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。一方、酸素飽和度測定光は、中心波長が４７３ｎｍであるため、主としてＢ画素から撮像信号が出力される。
【００３６】
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。
【００３７】
撮像制御部７０は撮像素子６０の撮像制御を行う。図６Ａ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、白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体（本実施形態では４４５ｎｍの励起光を蛍光体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。
【００３８】
一方、酸素飽和度観察モード時には、図６Ｂに示すように、１フレーム期間内で、酸素飽和度測定光（４７３ｎｍの狭帯域光）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、白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体）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。
【００３９】
なお、１フレーム目の画像信号は、撮像素子６０のＢ画素からの青色信号Ｂ１と、Ｇ画素からの緑色信号Ｇ１と、Ｒ画素からの赤色信号Ｒ１とから構成される。また、２フレーム目の画像信号は通常光画像信号と同じであり、Ｂ画素からの青色信号Ｂ２と、Ｇ画素からの緑色信号Ｇ２と、Ｒ画素からの赤色信号Ｒ２とから構成される。この青色信号Ｂ２には、単色光である中心波長４４５ｎｍの励起光を主とし、蛍光体５０により励起発光する白色光のうち少量の青色成分を含む光に対応する信号を含んでいる。また、緑色信号Ｇ２には蛍光体５０により励起発光する白色光のうち主として５４０〜５８０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれている。また、赤色信号Ｒ２には、白色光のうち５９０〜７００の波長範囲の光に対応する信号が含まれている。
【００４０】
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。
【００４１】
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から入力される観察モード等の指示に基づいて、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。
【００４２】
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、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。
【００４３】
酸素飽和度画像処理部８２は、内視鏡装置から入力される画像信号に基づき被検体の血液量及び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、信号比算出部８４と、相関関係記憶部８５と、血液量及び酸素飽和度算出部８６と、信頼度算出部８７と、酸素飽和度画像生成部８８とを備えている。
【００４４】
信号比算出部８４は、酸素飽和度観察モード時に取得する１フレーム目の画像信号と２フレーム目の画像信号において、同じ位置にある画素間の信号比を算出する。信号比は画像信号の全ての画素に対して算出される。本実施形態では、信号比算出部８４は、１フレーム目の青色信号Ｂ１と２フレーム目の緑色信号Ｇ２との信号比Ｂ１／Ｇ２と、２フレーム目の緑色信号Ｇ２と赤色信号Ｒ２との信号比Ｒ２／Ｇ２とを求める。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。
【００４５】
相関関係記憶部８５は、信号比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２と血液量及び酸素飽和度との相関関係を記憶している。信号比と血液量との相関関係は、図７に示すように、信号比Ｒ２／Ｇ２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ている１次元テーブルで記憶されている。なお、信号比Ｒ２／Ｇ２はlogスケールで記憶されている。
【００４６】
一方、信号比と酸素飽和度との相関関係は、図８に示す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Ｂ１／Ｇ２，Ｒ２／Ｇ２はlogスケールで記憶されている。
【００４７】
なお、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。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Ｂ１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Ｒ２と、青色信号Ｂ１と赤色信号Ｒ２のリファレンス信号となる緑色信号Ｇ２から得られる信号比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２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。
【００４８】
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。
【００４９】
血液量及び酸素飽和度算出部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Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２とを用いて、各画素における血液量及び酸素飽和度の両方を求める。血液量については、相関関係記憶部８５の１次元テーブルにおいて信号比算出部で求めた信号比Ｒ２／Ｇ２に対応する値が、血液量となる。一方、酸素飽和度については、まず、図１０に示すように、二次元空間において信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ１＊／Ｇ２＊、Ｒ２＊／Ｇ２＊に対応する対応点Ｐを特定する。
【００５０】
そして、図１０のように、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、その対応点Ｐが位置する等高線が示すパーセント値が、酸素飽和度となる。例えば、図１０の場合であれば、対応点Ｐが位置する等高線は６０％を示しているため、この６０％が酸素飽和度となる。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、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しないようにしてもよい。
【００５１】
信頼度算出部８７は、血液量及び酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度の正確性を数値化した信頼度を算出する。第１実施形態では、信頼度は、酸素飽和度の算出に用いられる青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２の画素値に応じて決められる。信頼度と各信号の画素値との関係は図１１に示すようなグラフで表され、この関係はＲＯＭ８７ａ（ＲＯＭ以外の記憶媒体であってもよい）に記憶されている。このグラフが示すように、画素値が適正な範囲に入っている場合には、信頼度は１となる。これに対して、画素値が上限値を上回るような極めて大きい場合（例えば、撮像素子の特性で電荷が飽和してしまうような場合）には、または画素値が下限値を下回るような極めて小さい場合（Ｓ／Ｎが悪化するような場合）には、信頼度は１よりも低くなる。
【００５２】
信頼度は、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２の全ての画素について算出した上で、それら各色の信号間で同じ位置の画素についての信頼度Ｃｐを以下の式により算出する。
Ｃｐ＝Ｃｐ（Ｂ１）×Ｃｐ（Ｇ２）×Ｃｐ（Ｒ２）
この式において、Ｃｐ（Ｂ１）は青色信号Ｂ１の画素についての信頼度を、Ｃｐ（Ｇ２）は緑色信号Ｇ２の画素についての信頼度を、Ｃｐ（Ｒ２）は赤色信号Ｒ２の画素についての信頼度を表している。
【００５３】
酸素飽和度画像生成部８８は、血液量及び酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度を疑似カラーで表す酸素飽和度画像を生成する。酸素飽和度画像は、輝度と色差信号からなる映像信号で構成される。輝度は「Ｙ」で表され、この輝度Ｙには通常光画像信号の緑色信号Ｇ２が割り当てられる。色差信号は、酸素飽和度と信頼度に応じて決められる。まず、酸素飽和度と色差信号とを関連付けたカラーテーブル８８ａに従って、血液量及び酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｒ，Ｃｂを決定する。
【００５４】
カラーテーブル８８ａは、図１２に示すように、高酸素飽和度下では色差信号Ｃｒの信号値が正、色差信号Ｃｂの信号値が負となるように定義され、低酸素飽和度下では、反対に色差信号Ｃｒの信号値が負、色差信号Ｃｂの信号値が正となるように定義されている。そして、中酸素飽和度下において、色差信号Ｃｒの信号値と色差信号Ｃｂの信号値の大小関係が逆転するように定義されている。したがって、酸素飽和度が低い方から高い方に行くにつれて、酸素飽和度画像の色味は青→水色→緑→黄色→橙→赤と変化するようになっている。
【００５５】
次に、酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｂ，Ｃｒを決めた後は、以下の式のように、その色差信号Ｃｂ，Ｃｒに対して信頼度Ｃｐを掛け合わせて、色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´を得る。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｐ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｐ
これら得られた色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と輝度Ｙとからなる酸素飽和度画像が、表示装置１４に表示される。前記２つの式が示すように、信頼度Ｃｐが低い領域では色差信号がゼロに近づくので、表示装置１４に表示される疑似カラーの酸素飽和度画像の彩度は低下、即ちモノクロに近づく。したがって、信頼度が高い領域は彩度の高い鮮やかな疑似カラーで酸素飽和度の情報が確実に表示されるのに対して、信頼度が低い領域はその信頼度が低くなるほど彩度が低いモノクロ調で表示されるため、その低信頼度領域は酸素飽和度の情報量が低いことをユーザに訴えることができる。
【００５６】
次に、本発明の作用について図１３のフローチャート及び図１４のブロック図に沿って説明する。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、スコープ先端部４０から中心波長４７３ｎｍの狭帯域光である酸素飽和度測定光が被検体内に照射される。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。
【００５７】
１フレーム目の画像信号が得られると、中心波長４４５ｎｍの励起光で励起発光される白色光が、スコープ先端部４０から被検体内に照射される。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（通常光画像信号）が得られる。
【００５８】
２フレーム目の画像信号が得られると、信号比算出部８４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で同じ位置にある画素について、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２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、血液量及び酸素飽和度算出部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Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２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。また、信頼度算出部８７は、酸素飽和度の算出に用いるＢ１、Ｇ２、Ｒ２間で、同じ位置にある画素についての信頼度Ｃｐを求める。
【００５９】
全ての画素について酸素飽和度及び信頼度Ｃｐが求まると、酸素飽和度画像生成部８８内のカラーテーブル８８ａを参照し、酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｂ，Ｃｒを求める。これら求めた色差信号Ｃｂ，Ｃｒのそれぞれに信頼度Ｃｐを掛け合わせることにより、信頼度が反映された色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´を得る。そして、色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と、通常光画像信号の緑色信号Ｇ２が割り当てられた輝度Ｙとから、酸素飽和度が疑似カラーで表された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。
【００６０】
本発明の第２実施形態では、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２の３つの信号の画素値の大小によって信頼度を決めた第１実施形態と異なり、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２に青色信号Ｂ２を加えた４つの信号の画素値に、血中ヘモグロビンの光吸収スペクトルに関する情報がどの程度含まれているかによって信頼度を決める。なお、信頼度の算出に関する部分以外は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
青色信号Ｂ１、青色信号Ｂ２、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２における各画素値は、それぞれ所定の規格化定数を掛けることで反射率に比例するように規格化されている場合、ヘモグロビンの光吸収スペクトルを考慮すると、通常は以下の３つの式（Ｍ１）〜（Ｍ３）による関係が成立する。
Ｂ２＜Ｂ１・・・（Ｍ１）（ただし酸素飽和度が高い・血液量が大きいと逆転する場合がある）
Ｂ１＞Ｇ２・・・（Ｍ２）（ただし酸素飽和度が低い・血液量が大きいと逆転する場合がある）
Ｇ２＜Ｒ２・・・（Ｍ３）
ここで、粘膜表面に不透明な粘液が付着したり、残渣が存在したり、人工物や散布した色素が写り込んだ場合、上記３つの式を同時に満足する可能性が低くなる。
【００６２】
そこで、図１５に示すように、Ｂ１及びＢ２間の信号比log(B1/B2)が一定値以上は、式（Ｍ１）の大小関係が成立しているとして信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２）を「１」にし、一定値未満となった場合には信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２）を徐々に低下させる。また、図１６及び図１７に示すように、Ｂ１及びＧ２間の信号比log(B1/G2)及びＲ２及びＧ２間の信号比log(R2/G2)についても、それぞれ一定値以上のときには式（Ｍ２）及び（Ｍ３）の大小関係が成立しているとして信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２），Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）を「１」にし、それぞれが一定値未満となった場合には、信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２），Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）を徐々に低下させる。これら図１５〜図１７に示す信号比と信頼度との関係は、ＲＯＭ８７ａに記憶されている。
【００６３】
なお、式（Ｍ１）及び（Ｍ２）については、酸素飽和度及び血液量によっては、大小関係が逆転する場合があるので、互いの画素値が等しくなる信号比「０」で信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２），Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）を低下させるのではなく、信号比が負である且つ「０」から一定以上離れている場合に信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２），Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）を低下させる。一方、式（Ｍ３）については、酸素飽和度及び血液量によって大小関係が変わる可能性は低いので、正の信号比が「０」に近づいたら、信頼度Ｃｐ（Ｒ２／Ｇ２）を徐々に低下させる。
【００６４】
各信号比log(B1/B2),log(B1/G2),log(R2/G2)に対応する信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２），Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２），Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）が得られたら、以下の式により各画素における信頼度Ｃｓを算出する。
Ｃｓ＝Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）×Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）×Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）
算出された信頼度Ｃｓは、第１実施形態と同様に、以下の式のように色差信号Ｃｂ，Ｃｒに掛け合わされる。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｓ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｓ
これら色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と通常光画像信号の緑色信号G２が割り当てられる輝度Yとから酸素飽和度画像が生成される。なお、色差信号Ｃｂ，Ｃｒには、以下の式のように、第２実施形態で示した信頼度Cｓに加えて、第１実施形態で示した信頼度Ｃｐを掛け合わせてもよい。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｓ×Ｃｐ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｓ×Ｃｐ
【００６５】
本発明の第３実施形態では、照明光の配光ムラを考慮して信頼度を設定する。配光ムラについては、蛍光体５０有りの投光ユニット４７，５４から出射される光と蛍光体５０無しの投光ユニット４６，５３から出射される光との配光の違いを考慮しない場合には、画像中心が一番ムラが少なく、画像周辺に向かうに従い徐々にムラが多くなることが分かっている。なお、第３実施形態は、信頼度の算出に関する部分以外は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６６】
上記のような配光ムラを有するのは、白色光の照明に用いられる蛍光体５０の中で散乱体の散乱特性は波長によって異なり、また、照明光学系の収差によって、画像における光量分布は波長帯域によって微妙に異なるからである。この光量分布の違いは、特に画像の周辺部分になるほど顕著となる。また、配光分布の違いは、被写体の凹凸などにも依存する。以上の理由から、光量分布の違いを補正せずに酸素飽和度の算出を行った場合には、得られた酸素飽和度の正確性は低下する可能性が高い。
【００６７】
そこで、図１８に示すように、画像中心領域については信頼度Ｃｄを高くし、画像中心領域から画像周辺領域に向かうに従って信頼度Ｃｄが徐々に低くなるようにし、画像周辺領域については最も信頼度Ｃｄが低くなるように、信頼度Ｃｄを予め設定する（同心円状の信頼度分布）。そして、この信頼度分布に従って、画像信号の各画素毎に信頼度を決める。信頼度は、画素の位置が信頼度分布のどの領域に入っているかによって、決められる。なお、図１８に示す信頼度分布に関する情報は、信頼度算出部内のＲＯＭ８７ａに記憶されている。
【００６８】
このように第３実施形態における信頼度の算出方法は、第１及び第２実施形態のようにリアルタイムに得られる画像信号から順次信頼度を算出する動的な方法ではなく、蛍光体中の散乱体の散乱特性や照明光学系の収差その他の条件によって予め設定した信頼度分布から、一度決めたら変化させることの無い固定的な信頼度を求める方法を採用する。
【００６９】
図１８に示す信頼度分布から、各画素における信頼度Ｃｄが得られたら、第１実施形態と同様に、以下の式のように信頼度Ｃｄを色差信号Ｃｂ，Ｃｒに掛け合わせて、色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´を得る。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｄ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｄ
これら得られた色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と通常光画像信号の緑色信号G２が割り当てられる輝度Yとから酸素飽和度画像が生成される。なお、色差信号Ｃｂ，Ｃｒには、以下の式のように、第３実施形態で示した信頼度Ｃｄに加えて、第１実施形態で示した信頼度Ｃｐまたは第２実施形態で示したＣｓの少なくともいずれか一方を掛け合わせてもよい。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｄ（×Ｃｓ×Ｃｄ）
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｄ（×Ｃｐ×Ｃｓ）
【００７０】
上記実施形態では、被検体内の照明にレーザ光源LD１，LD２と蛍光体５０を用いて被検体内の観察を行ったが、これに代えて、例えば、図１９に示すように、光源装置１１に回転フィルタ方式を採用する内視鏡システム１２０で被検体内の照明を行ってもよい。内視鏡システム１２０には、上記実施形態におけるレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２、光源制御部２０、及びコンバイナ２１に代えて、図２０に示すような分光強度を有する白色光を発するキセノン光源等の広帯域光源１２１と、白色光のうち酸素飽和度測定光の波長成分または白色光をそのまま透過させる回転フィルタ１２２と、回転フィルタ１２２を透過した光が入射する光ファイバ１２３と、回転フィルタ１２２の回転を制御する回転制御部１２４が設けられている。光ファイバ１２３に入射した光は、カプラ２２で２系統の光に分波され、分波された光はそれぞれライトガイド２６及び２７を介して、投光ユニット４６及び５３から被検体内に照射される。なお、これら以外については、内視鏡システム１２０は内視鏡システム１０と同様の構成を有しているので、説明を省略する。
【００７１】
図２１に示すように、回転フィルタ１２２は、白色光のうち波長範囲が４６０〜４８０ｎｍの酸素飽和度測定光（図４参照）を透過させるバンドフィルタ１２５と、白色光をそのまま透過させる開口部１２６とからなる。したがって、回転フィルタ１２２が回転することで、酸素飽和度測定光と白色光とが交互に被検体内に照射される。このとき、上記実施形態と同様に、酸素飽和度測定光が照射されたときに１フレーム目の画像信号を取得し、白色光が照射されたときに２フレーム目の画像信号を取得する。これら取得した２フレーム分の画像信号から、上記実施形態と同様に、酸素飽和度画像を生成する。
【００７２】
広帯域光源１２１から発せられる白色光は図２０のような分光強度特性を有するため、通常光画像信号の青色信号Ｂ２には４００ｎｍ〜５３０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれ、緑色信号Ｇ２には５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれ、赤色信号Ｒ２には５９０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれる。なお、血液量及び酸素飽和度の算出方法は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
なお、図２１に示す回転フィルタ１２２に代えて、図２２に示すような回転フィルタ１３０を用いてもよい。この回転フィルタ１３０の第１透過部１３１は広帯域光源１２１からの白色光のうち４６０〜４８０ｎｍの波長範囲の第１透過光を透過させ、第２透過部１３２は白色光のうち５４０〜５８０ｎｍの波長範囲の第２透過光を透過させ、第３透過部１３３は白色光のうち５９０〜７００ｎｍの波長範囲の第３透過光を透過させる。この回転フィルタ１３０が回転すると、第１〜第３透過光が順次被検体に照射される。
【００７４】
回転フィルタ１３０を用いる場合には、モノクロの撮像素子６０によって、各透過光が照射される毎に撮像を行う。したがって、第１〜第３透過光の照射により、３フレーム分の画像信号が得られる。これら画像信号のうち、第１透過光を照射したときに得られる画像信号を青色信号Ｂとし、第２透過光を照射したときに得られる画像信号を緑色信号Ｇとし、第３透過光を照射したときに得られる画像信号を赤色信号Ｒとする。
【００７５】
したがって、血液量の算出に用いられる信号比はＲ／Ｇとなり、酸素飽和度の算出に用いられる信号比はＢ／Ｇ、Ｒ／Ｇとなる。Ｒ／Ｇは上記実施形態の信号比Ｒ２／Ｇ２に対応し、Ｂ／Ｇは上記実施形態の信号比Ｂ１／Ｇ２に対応する。血液量及び酸素飽和度の算出方法は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、疑似カラー画像の血液量画像及び酸素飽和度画像を生成する際には、緑色信号Ｇを輝度に割り当てる。
【００７６】
なお、図２２に示す回転フィルタ１３０の代わりに、図２３に示すように、各透過部における透過率が回転フィルタ１３０と異なる回転フィルタ１５０を用いてもよい。回転フィルタ１５０の第１透過部は白色光のうち５３０〜５５０ｎｍの波長範囲の第１透過光を透過させ、第２透過部は白色光のうち５５５〜５６５ｎｍの波長範囲の第２透過光を透過させ、第３透過部は白色光のうち５９０〜７００ｎｍの第３透過光を透過させる。この回転フィルタ１５０が回転すると、第１〜第３透過光が順次被検体に照射される。
【００７７】
回転フィルタ１５０を用いる場合には、カラーの撮像素子６０によって各透過光が照射される毎に撮像を行う。第１及び第２透過光は撮像素子６０のＧ画素に主として感応するため、第１及び第２透過光を照射したときには、画像信号として緑色信号Ｇａ，Ｇｂが得れる。一方、第３透過光は撮像素子６０のＲ画素に主として感応するため、画像信号として赤色信号Ｒｃが得られる。ここで、Ｇａ及びＲｃは血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する２つの波長範囲の反射光に対応する画像信号であり、Ｇｂは吸光係数が変化しない１つの波長範囲の反射光に対応する画像信号である。したがって、Ｇａ／Ｇｂが酸素飽和度及び血液量に依存して変化し、Ｒｃ／Ｇｂが主に血液量に依存して変化する。
【００７８】
そのため、血液量の算出に用いられる信号比はＲｃ／Ｇｂとなり、酸素飽和度の算出に用いられる信号比はＧａ／Ｇｂ、Ｒｃ／Ｇｂとなる。Ｒｃ／Ｇｂは上記実施形態の信号比Ｒ２／Ｇ２に対応し、Ｇａ／Ｇｂは上記実施形態の信号比Ｂ１／Ｇ２に対応する。血液量及び酸素飽和度の算出方法は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、疑似カラー画像の血液量画像及び酸素飽和度画像を生成する際には、緑色信号ＧａまたはＧｂを輝度に割り当てる。
【００７９】
なお、上記実施形態では、血液量及び酸素飽和度算出部で得られる酸素飽和度と信頼度に基づいて酸素飽和度画像を生成し、表示装置に表示したが、これに加えて、血液量及び酸素飽和度算出部で算出される血液量と信頼度に基づいて血液量画像を生成し、表示装置に表示してもよい。
【００８０】
なお、上記実施形態では、酸素飽和度に関連付けられた色差信号などの色調情報を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色差信号を元に酸素飽和度画像を生成しているが、酸素飽和度自体の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を元に酸素飽和度画像を生成してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０，１２０ 内視鏡システム
１４ 表示装置
６０ 撮像素子
７３ 画像処理部
８４ 信号比算出部
８５ 相関関係記憶部
８６ 血液量及び酸素飽和度算出部
８７ 信頼度算出部
８８ 酸素飽和度画像生成部
８８ａ （酸素飽和度用の）カラーテーブル
【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を酸素飽和度画像として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生成方法に関する。
【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る通常光観察の他、波長を狭帯域化した狭帯域光を用いて、被検体内の血管を強調表示等させる特殊光観察も行われるようになってきている。
【０００３】
また、特殊光観察の他に、血管の吸光特性や生体組織の散乱特性を利用して、内視鏡装置で得られた画像信号から血中ヘモグロビンの酸素飽和度や血管深さなどの血管に関する機能情報を取り出し、それを画像化することも行われている。例えば、特許文献１では、酸素飽和度の大小に応じて異なる色を割り当て、その割り当てた色に基づいて疑似カラーの酸素飽和度画像を生成している。このような酸素飽和度画像を用いることで、低酸素状態となる癌の発見が極めて容易になる。
【０００４】
この酸素飽和度は、画像信号に所定の画像処理を施すことで得られるため、適切な撮像条件の下で得られた画像信号でなければ、酸素飽和度自体の正確性が低いものとなってしまう。例えば、被検体への照明光の光量が強すぎて、画像信号の画素値が異常に高くなる場合には、その画像信号から得られる酸素飽和度の正確性は低いと考えらえる。
【０００５】
この問題に対して、特許文献２及び３では、画像信号の画素値が規定値よりも大幅に外れている領域を異常領域として検出し、その異常領域については画素値が規定値の範囲内の正常領域と異なる表示にする処理や制御（例えばマスクするなど）を行うことで、酸素飽和度などの機能情報が正確に表された領域と不正確な領域とを、ユーザが認識しやすいようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２６４８４９４号公報
【特許文献２】特許２７６８９３６号公報
【特許文献３】特許３２１７３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２及び３では、異常領域と正常領域とを明確に区別しているため、異常領域と正常領域の境界値を示す閾値の設定の仕方によっては、正確な酸素飽和度を示している領域が異常領域とされたり、反対に不正確な酸素飽和度を示している領域が正常領域とされるおそれがある。
【０００８】
さらには、酸素飽和度が不正確になる理由としては、特許文献２及び３で示されている照明光の強度の他に、以下の要因がある。
・人工物の写り込み
・粘膜表面の汚れ（不透明な粘膜や残渣の付着）
・異なる波長帯域の分光画像において配光分布が異なる
したがって、特許文献２及び３では、これらの要因による酸素飽和度の異常を検出することができない。
【０００９】
本発明は、酸素飽和度の情報をその正確性に応じて適切に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生成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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、被検体に照明光を照射する照射手段と、被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段と、取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、前記画像信号における各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理手段と、前記酸素飽和度画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
前記画像処理手段は、酸素飽和度と関連付けられた色調情報を記憶する色調情報記憶部から、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度に対応する色調情報を求める色調情報算出手段と、前記色調情報算出手段で求めた色調情報を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを備えている。
【００１２】
前記信頼度算出手段は、前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて、第１の信頼度を算出し、前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第１の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する。前記第１の信頼度は前記酸素飽和度算出用の画像信号の画素値に応じて決めてもよい。前記第１の信頼度は、前記画素値が上限値を超えた場合または前記画素値が下限値を下回った場合に、徐々に低くすることが好ましい。前記第１の信頼度は、前記酸素飽和度算出用の画像信号を含む複数の画像信号間の信号比のうち血中ヘモグロビンの吸光スペクトルに関連性がある信号比に応じて決めてもよい。
【００１３】
前記信頼度算出手段は、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する。前記第２の信頼度は、画像中心領域が最も高く、画像中心領域から画像周辺領域に向かうに従い徐々に低くなり、画像周辺領域が最も低くなることが好ましい。
【００１４】
前記信頼度算出手段は、前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて第１の信頼度を算出するとともに、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第１及び第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する。
【００１５】
前記色調情報は色差信号の信号値である。前記画像信号取得手段は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の光で照明された被検体を、撮像面にＲＧＢのカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像するとともに、広帯域光の白色光で照明された被検体を前記カラーの撮像素子で撮像することにより、画像信号を取得する。前記白色光は、特定波長の励起光を蛍光体に当てることで励起発光する疑似白色光であることが好ましい。
【００１６】
本発明の内視鏡システムは、被検体に照明光を照射する照射手段、及び被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段を備える内視鏡装置から、前記画像信号を受信する受信手段と、取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の画像生成方法は、被検体に照明光を照射し、被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得し、取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求め、前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出し、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸素飽和度画像の生成に用いられる色調情報を、酸素飽和度の信頼度に応じて変化させていることから、特許文献２及び３のような従来技術のように、正常領域と異常領域とを別々に分けることなく、酸素飽和度の情報をその正確性に応じて適切に表示することができる。また、信頼度は、画像信号の画素値を用いて求める以外に、血中ヘモグロビンの吸光スペクトルに関連性がある信号比や画像信号における画素の位置に基づいて求められるため、特許文献２及び３のような従来技術では検出できなかった異常（粘膜表面の汚れ、色素の存在、配光ムラなと）に関する情報を、信頼度に反映させることができる。
【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】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】スコープ先端部の正面図である。
【図４】酸素飽和度測定光及び白色光の発光スペクトルを表すグラフである。
【図５】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６Ａ】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６Ｂ】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７】血液量と信号比Ｒ２／Ｇ２との相関関係を示すグラフである。
【図８】酸素飽和度と信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２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】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説明図である。
【図１１】画素値と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１２】酸素飽和度と色差信号との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図１４】酸素飽和度画像の作成手順を示すブロック図である。
【図１５】信号比Ｂ１／Ｂ２と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１６】信号比Ｂ１／Ｇ２と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１７】信号比Ｒ２／Ｇ２と信頼度との関係を示すグラフである。
【図１８】画素の位置に応じて信頼度を変化させた信頼度分布を説明するための説明図である。
【図１９】光源装置に回転フィルタ方式を採用した内視鏡システムの概略図である。
【図２０】白色光の発光スペクトルを表すグラフである。
【図２１】回転フィルタの正面図である。
【図２２】図２１の回転フィルタとは別の透過特性を有する回転フィルタの正面図である。
【図２３】図２１，２２の回転フィルタとは別の透過特性を有する回転フィルタの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び２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の情報が疑似カラーで表され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。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から入力される指示に基づき、適宜切り替えられる。
【００２２】
光源装置１１は、２種のレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２と、光源制御部２０と、コンバイナ２１と、カプラ２２とを備えている。レーザ光源ＬＤ１は、酸素飽和度の測定に用いられる狭帯域光（酸素飽和度測定光）を発生させる。レーザ光源ＬＤ２は、内視鏡装置の先端部に配置された蛍光体５０から白色光（疑似白色光）を発生させるための励起光を発生させる。各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられる光は、集光レンズ（図示省略）を介してそれぞれ対応する光ファイバ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。
【００２３】
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の発光タイミングや各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２間の光量比を調節する。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をオフにし、レーザ光源ＬＤ２をオンにする。一方、酸素飽和度観察モードのときには、レーザ光源ＬＤ１をオンにしたときはレーザ光源ＬＤ２をオフにし、反対にレーザ光源ＬＤ１をオフにしたときはレーザ光源ＬＤ２をオンにする。この切替は一定時間毎に繰り返し行われる。
【００２４】
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４系統の光に分波される。分波された４系統の光のうち、レーザ光源ＬＤ１からの光はライトガイド２６，２７で伝送され、レーザ光源ＬＤ２からの光はライトガイド２８、２９で伝送される。ライトガイド２６〜２９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２６〜２９に入れる構成としてもよい。
【００２５】
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２６〜２９で伝送される４系統（４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と、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。
【００２６】
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とすることができる。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。
【００２７】
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、酸素飽和度測定光と白色光の２種類の光を被観察領域に向けて照射する。
【００２８】
一方の照明窓４３の奥には２つの投光ユニット４６，４７が収納されている。一方の投光ユニット４６では、ライトガイド２６からの酸素飽和度測定光を、レンズ４８を介して被観察領域に向けて照射する。もう一方の投光ユニット４７では、ライトガイド２８からの励起光を蛍光体５０に当てて白色光を励起発光させ、その白色光をレンズ５１を介して被観察領域に向けて照射する。なお、他方の照明窓４４の奥にも、上記投光ユニット４６と同様の投光ユニット５３と、上記投光ユニット４７と同様の投光ユニット５４の２つが収納されている。
【００２９】
照明窓４３，４４は、スコープ先端部４０において、観察窓４２を挟んでその両側に配置されている。また、４つの投光ユニット４６，４７，５３，５４は、蛍光体５０を備える投光ユニット４７，５４の出射面間を結ぶ直線Ｌ１と、蛍光体５０を備えていない投光ユニット４６，５３の出射面間を結ぶ直線Ｌ２とが、観察窓４２の中心部で交差するように、互い違いに配置されている。このような配置にすることによって、照明ムラの発生を防止することができる。
【００３０】
蛍光体５０は、レーザ光源ＬＤ２からの励起光の一部を吸収して緑色〜黄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。励起光が蛍光体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励起光とが合わされて、白色光（疑似白色光）が生成される。なお、蛍光体は、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。
【００３１】
したがって、蛍光体５０を備える投光ユニット４７，５４から発せられる白色光は、図４に示すように、中心波長４４５ｎｍの励起光の波長範囲と、その励起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４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する発光スペクトルとなる。一方、蛍光体５０を備えていない投光ユニット４６，５３から発せられる酸素飽和度測定光は、中心波長４７３ｎｍの近傍に波長範囲を有する発光スペクトルとなる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、多数マトリックス状に配列されている。
【００３５】
Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルタは、それぞれ図５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。一方、酸素飽和度測定光は、中心波長が４７３ｎｍであるため、主としてＢ画素から撮像信号が出力される。
【００３６】
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。
【００３７】
撮像制御部７０は撮像素子６０の撮像制御を行う。図６Ａ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、白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体（本実施形態では４４５ｎｍの励起光を蛍光体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。
【００３８】
一方、酸素飽和度観察モード時には、図６Ｂに示すように、１フレーム期間内で、酸素飽和度測定光（４７３ｎｍの狭帯域光）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、白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体）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。
【００３９】
なお、１フレーム目の画像信号は、撮像素子６０のＢ画素からの青色信号Ｂ１と、Ｇ画素からの緑色信号Ｇ１と、Ｒ画素からの赤色信号Ｒ１とから構成される。また、２フレーム目の画像信号は通常光画像信号と同じであり、Ｂ画素からの青色信号Ｂ２と、Ｇ画素からの緑色信号Ｇ２と、Ｒ画素からの赤色信号Ｒ２とから構成される。この青色信号Ｂ２には、単色光である中心波長４４５ｎｍの励起光を主とし、蛍光体５０により励起発光する白色光のうち少量の青色成分を含む光に対応する信号を含んでいる。また、緑色信号Ｇ２には蛍光体５０により励起発光する白色光のうち主として５４０〜５８０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれている。また、赤色信号Ｒ２には、白色光のうち５９０〜７００の波長範囲の光に対応する信号が含まれている。
【００４０】
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。
【００４１】
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から入力される観察モード等の指示に基づいて、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。
【００４２】
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、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。
【００４３】
酸素飽和度画像処理部８２は、内視鏡装置から入力される画像信号に基づき被検体の血液量及び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、信号比算出部８４と、相関関係記憶部８５と、血液量及び酸素飽和度算出部８６と、信頼度算出部８７と、酸素飽和度画像生成部８８とを備えている。
【００４４】
信号比算出部８４は、酸素飽和度観察モード時に取得する１フレーム目の画像信号と２フレーム目の画像信号において、同じ位置にある画素間の信号比を算出する。信号比は画像信号の全ての画素に対して算出される。本実施形態では、信号比算出部８４は、１フレーム目の青色信号Ｂ１と２フレーム目の緑色信号Ｇ２との信号比Ｂ１／Ｇ２と、２フレーム目の緑色信号Ｇ２と赤色信号Ｒ２との信号比Ｒ２／Ｇ２とを求める。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。
【００４５】
相関関係記憶部８５は、信号比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２と血液量及び酸素飽和度との相関関係を記憶している。信号比と血液量との相関関係は、図７に示すように、信号比Ｒ２／Ｇ２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ている１次元テーブルで記憶されている。なお、信号比Ｒ２／Ｇ２はlogスケールで記憶されている。
【００４６】
一方、信号比と酸素飽和度との相関関係は、図８に示す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Ｂ１／Ｇ２，Ｒ２／Ｇ２はlogスケールで記憶されている。
【００４７】
なお、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。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Ｂ１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Ｒ２と、青色信号Ｂ１と赤色信号Ｒ２のリファレンス信号となる緑色信号Ｇ２から得られる信号比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２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。
【００４８】
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。
【００４９】
血液量及び酸素飽和度算出部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Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２とを用いて、各画素における血液量及び酸素飽和度の両方を求める。血液量については、相関関係記憶部８５の１次元テーブルにおいて信号比算出部で求めた信号比Ｒ２／Ｇ２に対応する値が、血液量となる。一方、酸素飽和度については、まず、図１０に示すように、二次元空間において信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ１＊／Ｇ２＊、Ｒ２＊／Ｇ２＊に対応する対応点Ｐを特定する。
【００５０】
そして、図１０のように、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、その対応点Ｐが位置する等高線が示すパーセント値が、酸素飽和度となる。例えば、図１０の場合であれば、対応点Ｐが位置する等高線は６０％を示しているため、この６０％が酸素飽和度となる。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、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しないようにしてもよい。
【００５１】
信頼度算出部８７は、血液量及び酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度の正確性を数値化した信頼度を算出する。第１実施形態では、信頼度は、酸素飽和度の算出に用いられる青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２の画素値に応じて決められる。信頼度と各信号の画素値との関係は図１１に示すようなグラフで表され、この関係はＲＯＭ８７ａ（ＲＯＭ以外の記憶媒体であってもよい）に記憶されている。このグラフが示すように、画素値が適正な範囲に入っている場合には、信頼度は１となる。これに対して、画素値が上限値を上回るような極めて大きい場合（例えば、撮像素子の特性で電荷が飽和してしまうような場合）には、または画素値が下限値を下回るような極めて小さい場合（Ｓ／Ｎが悪化するような場合）には、信頼度は１よりも低くなる。
【００５２】
信頼度は、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２の全ての画素について算出した上で、それら各色の信号間で同じ位置の画素についての信頼度Ｃｐを以下の式により算出する。
Ｃｐ＝Ｃｐ（Ｂ１）×Ｃｐ（Ｇ２）×Ｃｐ（Ｒ２）
この式において、Ｃｐ（Ｂ１）は青色信号Ｂ１の画素についての信頼度を、Ｃｐ（Ｇ２）は緑色信号Ｇ２の画素についての信頼度を、Ｃｐ（Ｒ２）は赤色信号Ｒ２の画素についての信頼度を表している。
【００５３】
酸素飽和度画像生成部８８は、血液量及び酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度を疑似カラーで表す酸素飽和度画像を生成する。酸素飽和度画像は、輝度と色差信号からなる映像信号で構成される。輝度は「Ｙ」で表され、この輝度Ｙには通常光画像信号の緑色信号Ｇ２が割り当てられる。色差信号は、酸素飽和度と信頼度に応じて決められる。まず、酸素飽和度と色差信号とを関連付けたカラーテーブル８８ａに従って、血液量及び酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｒ，Ｃｂを決定する。
【００５４】
カラーテーブル８８ａは、図１２に示すように、高酸素飽和度下では色差信号Ｃｒの信号値が正、色差信号Ｃｂの信号値が負となるように定義され、低酸素飽和度下では、反対に色差信号Ｃｒの信号値が負、色差信号Ｃｂの信号値が正となるように定義されている。そして、中酸素飽和度下において、色差信号Ｃｒの信号値と色差信号Ｃｂの信号値の大小関係が逆転するように定義されている。したがって、酸素飽和度が低い方から高い方に行くにつれて、酸素飽和度画像の色味は青→水色→緑→黄色→橙→赤と変化するようになっている。
【００５５】
次に、酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｂ，Ｃｒを決めた後は、以下の式のように、その色差信号Ｃｂ，Ｃｒに対して信頼度Ｃｐを掛け合わせて、色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´を得る。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｐ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｐ
これら得られた色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と輝度Ｙとからなる酸素飽和度画像が、表示装置１４に表示される。前記２つの式が示すように、信頼度Ｃｐが低い領域では色差信号がゼロに近づくので、表示装置１４に表示される疑似カラーの酸素飽和度画像の彩度は低下、即ちモノクロに近づく。したがって、信頼度が高い領域は彩度の高い鮮やかな疑似カラーで酸素飽和度の情報が確実に表示されるのに対して、信頼度が低い領域はその信頼度が低くなるほど彩度が低いモノクロ調で表示されるため、その低信頼度領域は酸素飽和度の情報量が低いことをユーザに訴えることができる。
【００５６】
次に、本発明の作用について図１３のフローチャート及び図１４のブロック図に沿って説明する。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、スコープ先端部４０から中心波長４７３ｎｍの狭帯域光である酸素飽和度測定光が被検体内に照射される。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。
【００５７】
１フレーム目の画像信号が得られると、中心波長４４５ｎｍの励起光で励起発光される白色光が、スコープ先端部４０から被検体内に照射される。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（通常光画像信号）が得られる。
【００５８】
２フレーム目の画像信号が得られると、信号比算出部８４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で同じ位置にある画素について、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２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、血液量及び酸素飽和度算出部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Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２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。また、信頼度算出部８７は、酸素飽和度の算出に用いるＢ１、Ｇ２、Ｒ２間で、同じ位置にある画素についての信頼度Ｃｐを求める。
【００５９】
全ての画素について酸素飽和度及び信頼度Ｃｐが求まると、酸素飽和度画像生成部８８内のカラーテーブル８８ａを参照し、酸素飽和度に対応する色差信号Ｃｂ，Ｃｒを求める。これら求めた色差信号Ｃｂ，Ｃｒのそれぞれに信頼度Ｃｐを掛け合わせることにより、信頼度が反映された色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´を得る。そして、色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と、通常光画像信号の緑色信号Ｇ２が割り当てられた輝度Ｙとから、酸素飽和度が疑似カラーで表された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。
【００６０】
本発明の第２実施形態では、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２の３つの信号の画素値の大小によって信頼度を決めた第１実施形態と異なり、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２に青色信号Ｂ２を加えた４つの信号の画素値に、血中ヘモグロビンの光吸収スペクトルに関する情報がどの程度含まれているかによって信頼度を決める。なお、信頼度の算出に関する部分以外は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
青色信号Ｂ１、青色信号Ｂ２、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２における各画素値は、それぞれ所定の規格化定数を掛けることで反射率に比例するように規格化されている場合、ヘモグロビンの光吸収スペクトルを考慮すると、通常は以下の３つの式（Ｍ１）〜（Ｍ３）による関係が成立する。
Ｂ２＜Ｂ１・・・（Ｍ１）（ただし酸素飽和度が高い・血液量が大きいと逆転する場合がある）
Ｂ１＞Ｇ２・・・（Ｍ２）（ただし酸素飽和度が低い・血液量が大きいと逆転する場合がある）
Ｇ２＜Ｒ２・・・（Ｍ３）
ここで、粘膜表面に不透明な粘液が付着したり、残渣が存在したり、人工物や散布した色素が写り込んだ場合、上記３つの式を同時に満足する可能性が低くなる。
【００６２】
そこで、図１５に示すように、Ｂ１及びＢ２間の信号比log(B1/B2)が一定値以上は、式（Ｍ１）の大小関係が成立しているとして信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２）を「１」にし、一定値未満となった場合には信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２）を徐々に低下させる。また、図１６及び図１７に示すように、Ｂ１及びＧ２間の信号比log(B1/G2)及びＲ２及びＧ２間の信号比log(R2/G2)についても、それぞれ一定値以上のときには式（Ｍ２）及び（Ｍ３）の大小関係が成立しているとして信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２），Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）を「１」にし、それぞれが一定値未満となった場合には、信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２），Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）を徐々に低下させる。これら図１５〜図１７に示す信号比と信頼度との関係は、ＲＯＭ８７ａに記憶されている。
【００６３】
なお、式（Ｍ１）及び（Ｍ２）については、酸素飽和度及び血液量によっては、大小関係が逆転する場合があるので、互いの画素値が等しくなる信号比「０」で信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２），Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）を低下させるのではなく、信号比が負である且つ「０」から一定以上離れている場合に信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２），Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）を低下させる。一方、式（Ｍ３）については、酸素飽和度及び血液量によって大小関係が変わる可能性は低いので、正の信号比が「０」に近づいたら、信頼度Ｃｐ（Ｒ２／Ｇ２）を徐々に低下させる。
【００６４】
各信号比log(B1/B2),log(B1/G2),log(R2/G2)に対応する信頼度Ｃｓ（Ｂ１／Ｂ２），Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２），Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）が得られたら、以下の式により各画素における信頼度Ｃｓを算出する。
Ｃｓ＝Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）×Ｃｓ（Ｂ１／Ｇ２）×Ｃｓ（Ｒ２／Ｇ２）
算出された信頼度Ｃｓは、第１実施形態と同様に、以下の式のように色差信号Ｃｂ，Ｃｒに掛け合わされる。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｓ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｓ
これら色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と通常光画像信号の緑色信号G２が割り当てられる輝度Yとから酸素飽和度画像が生成される。なお、色差信号Ｃｂ，Ｃｒには、以下の式のように、第２実施形態で示した信頼度Cｓに加えて、第１実施形態で示した信頼度Ｃｐを掛け合わせてもよい。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｓ×Ｃｐ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｓ×Ｃｐ
【００６５】
本発明の第３実施形態では、照明光の配光ムラを考慮して信頼度を設定する。配光ムラについては、蛍光体５０有りの投光ユニット４７，５４から出射される光と蛍光体５０無しの投光ユニット４６，５３から出射される光との配光の違いを考慮しない場合には、画像中心が一番ムラが少なく、画像周辺に向かうに従い徐々にムラが多くなることが分かっている。なお、第３実施形態は、信頼度の算出に関する部分以外は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６６】
上記のような配光ムラを有するのは、白色光の照明に用いられる蛍光体５０の中で散乱体の散乱特性は波長によって異なり、また、照明光学系の収差によって、画像における光量分布は波長帯域によって微妙に異なるからである。この光量分布の違いは、特に画像の周辺部分になるほど顕著となる。また、配光分布の違いは、被写体の凹凸などにも依存する。以上の理由から、光量分布の違いを補正せずに酸素飽和度の算出を行った場合には、得られた酸素飽和度の正確性は低下する可能性が高い。
【００６７】
そこで、図１８に示すように、画像中心領域については信頼度Ｃｄを高くし、画像中心領域から画像周辺領域に向かうに従って信頼度Ｃｄが徐々に低くなるようにし、画像周辺領域については最も信頼度Ｃｄが低くなるように、信頼度Ｃｄを予め設定する（同心円状の信頼度分布）。そして、この信頼度分布に従って、画像信号の各画素毎に信頼度を決める。信頼度は、画素の位置が信頼度分布のどの領域に入っているかによって、決められる。なお、図１８に示す信頼度分布に関する情報は、信頼度算出部内のＲＯＭ８７ａに記憶されている。
【００６８】
このように第３実施形態における信頼度の算出方法は、第１及び第２実施形態のようにリアルタイムに得られる画像信号から順次信頼度を算出する動的な方法ではなく、蛍光体中の散乱体の散乱特性や照明光学系の収差その他の条件によって予め設定した信頼度分布から、一度決めたら変化させることの無い固定的な信頼度を求める方法を採用する。
【００６９】
図１８に示す信頼度分布から、各画素における信頼度Ｃｄが得られたら、第１実施形態と同様に、以下の式のように信頼度Ｃｄを色差信号Ｃｂ，Ｃｒに掛け合わせて、色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´を得る。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｄ
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｄ
これら得られた色差信号Ｃｂ´，Ｃｒ´と通常光画像信号の緑色信号G２が割り当てられる輝度Yとから酸素飽和度画像が生成される。なお、色差信号Ｃｂ，Ｃｒには、以下の式のように、第３実施形態で示した信頼度Ｃｄに加えて、第１実施形態で示した信頼度Ｃｐまたは第２実施形態で示したＣｓの少なくともいずれか一方を掛け合わせてもよい。
Ｃｂ´＝Ｃｂ×Ｃｄ（×Ｃｓ×Ｃｄ）
Ｃｒ´＝Ｃｒ×Ｃｄ（×Ｃｐ×Ｃｓ）
【００７０】
上記実施形態では、被検体内の照明にレーザ光源LD１，LD２と蛍光体５０を用いて被検体内の観察を行ったが、これに代えて、例えば、図１９に示すように、光源装置１１に回転フィルタ方式を採用する内視鏡システム１２０で被検体内の照明を行ってもよい。内視鏡システム１２０には、上記実施形態におけるレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２、光源制御部２０、及びコンバイナ２１に代えて、図２０に示すような分光強度を有する白色光を発するキセノン光源等の広帯域光源１２１と、白色光のうち酸素飽和度測定光の波長成分または白色光をそのまま透過させる回転フィルタ１２２と、回転フィルタ１２２を透過した光が入射する光ファイバ１２３と、回転フィルタ１２２の回転を制御する回転制御部１２４が設けられている。光ファイバ１２３に入射した光は、カプラ２２で２系統の光に分波され、分波された光はそれぞれライトガイド２６及び２７を介して、投光ユニット４６及び５３から被検体内に照射される。なお、これら以外については、内視鏡システム１２０は内視鏡システム１０と同様の構成を有しているので、説明を省略する。
【００７１】
図２１に示すように、回転フィルタ１２２は、白色光のうち波長範囲が４６０〜４８０ｎｍの酸素飽和度測定光（図４参照）を透過させるバンドフィルタ１２５と、白色光をそのまま透過させる開口部１２６とからなる。したがって、回転フィルタ１２２が回転することで、酸素飽和度測定光と白色光とが交互に被検体内に照射される。このとき、上記実施形態と同様に、酸素飽和度測定光が照射されたときに１フレーム目の画像信号を取得し、白色光が照射されたときに２フレーム目の画像信号を取得する。これら取得した２フレーム分の画像信号から、上記実施形態と同様に、酸素飽和度画像を生成する。
【００７２】
広帯域光源１２１から発せられる白色光は図２０のような分光強度特性を有するため、通常光画像信号の青色信号Ｂ２には４００ｎｍ〜５３０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれ、緑色信号Ｇ２には５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれ、赤色信号Ｒ２には５９０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光に対応する信号が含まれる。なお、血液量及び酸素飽和度の算出方法は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
なお、図２１に示す回転フィルタ１２２に代えて、図２２に示すような回転フィルタ１３０を用いてもよい。この回転フィルタ１３０の第１透過部１３１は広帯域光源１２１からの白色光のうち４６０〜４８０ｎｍの波長範囲の第１透過光を透過させ、第２透過部１３２は白色光のうち５４０〜５８０ｎｍの波長範囲の第２透過光を透過させ、第３透過部１３３は白色光のうち５９０〜７００ｎｍの波長範囲の第３透過光を透過させる。この回転フィルタ１３０が回転すると、第１〜第３透過光が順次被検体に照射される。
【００７４】
回転フィルタ１３０を用いる場合には、モノクロの撮像素子６０によって、各透過光が照射される毎に撮像を行う。したがって、第１〜第３透過光の照射により、３フレーム分の画像信号が得られる。これら画像信号のうち、第１透過光を照射したときに得られる画像信号を青色信号Ｂとし、第２透過光を照射したときに得られる画像信号を緑色信号Ｇとし、第３透過光を照射したときに得られる画像信号を赤色信号Ｒとする。
【００７５】
したがって、血液量の算出に用いられる信号比はＲ／Ｇとなり、酸素飽和度の算出に用いられる信号比はＢ／Ｇ、Ｒ／Ｇとなる。Ｒ／Ｇは上記実施形態の信号比Ｒ２／Ｇ２に対応し、Ｂ／Ｇは上記実施形態の信号比Ｂ１／Ｇ２に対応する。血液量及び酸素飽和度の算出方法は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、疑似カラー画像の血液量画像及び酸素飽和度画像を生成する際には、緑色信号Ｇを輝度に割り当てる。
【００７６】
なお、図２２に示す回転フィルタ１３０の代わりに、図２３に示すように、各透過部における透過率が回転フィルタ１３０と異なる回転フィルタ１５０を用いてもよい。回転フィルタ１５０の第１透過部は白色光のうち５３０〜５５０ｎｍの波長範囲の第１透過光を透過させ、第２透過部は白色光のうち５５５〜５６５ｎｍの波長範囲の第２透過光を透過させ、第３透過部は白色光のうち５９０〜７００ｎｍの第３透過光を透過させる。この回転フィルタ１５０が回転すると、第１〜第３透過光が順次被検体に照射される。
【００７７】
回転フィルタ１５０を用いる場合には、カラーの撮像素子６０によって各透過光が照射される毎に撮像を行う。第１及び第２透過光は撮像素子６０のＧ画素に主として感応するため、第１及び第２透過光を照射したときには、画像信号として緑色信号Ｇａ，Ｇｂが得れる。一方、第３透過光は撮像素子６０のＲ画素に主として感応するため、画像信号として赤色信号Ｒｃが得られる。ここで、Ｇａ及びＲｃは血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する２つの波長範囲の反射光に対応する画像信号であり、Ｇｂは吸光係数が変化しない１つの波長範囲の反射光に対応する画像信号である。したがって、Ｇａ／Ｇｂが酸素飽和度及び血液量に依存して変化し、Ｒｃ／Ｇｂが主に血液量に依存して変化する。
【００７８】
そのため、血液量の算出に用いられる信号比はＲｃ／Ｇｂとなり、酸素飽和度の算出に用いられる信号比はＧａ／Ｇｂ、Ｒｃ／Ｇｂとなる。Ｒｃ／Ｇｂは上記実施形態の信号比Ｒ２／Ｇ２に対応し、Ｇａ／Ｇｂは上記実施形態の信号比Ｂ１／Ｇ２に対応する。血液量及び酸素飽和度の算出方法は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、疑似カラー画像の血液量画像及び酸素飽和度画像を生成する際には、緑色信号ＧａまたはＧｂを輝度に割り当てる。
【００７９】
なお、上記実施形態では、血液量及び酸素飽和度算出部で得られる酸素飽和度と信頼度に基づいて酸素飽和度画像を生成し、表示装置に表示したが、これに加えて、血液量及び酸素飽和度算出部で算出される血液量と信頼度に基づいて血液量画像を生成し、表示装置に表示してもよい。
【００８０】
なお、上記実施形態では、酸素飽和度に関連付けられた色差信号などの色調情報を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色差信号を元に酸素飽和度画像を生成しているが、酸素飽和度自体の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を元に酸素飽和度画像を生成してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０，１２０ 内視鏡システム
１４ 表示装置
６０ 撮像素子
７３ 画像処理部
８４ 信号比算出部
８５ 相関関係記憶部
８６ 血液量及び酸素飽和度算出部
８７ 信頼度算出部
８８ 酸素飽和度画像生成部
８８ａ （酸素飽和度用の）カラーテーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照明光を照射する照射手段と、
被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段と、
取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、
前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理手段と、
前記酸素飽和度画像を表示する表示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】
前記画像処理手段は、
酸素飽和度と関連付けられた色調情報を記憶する色調情報記憶部から、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度に対応する色調情報を求める色調情報算出手段と、
前記色調情報算出手段で求めた色調情報を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを備え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】
前記信頼度算出手段は、
前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて、第１の信頼度を算出し、
前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第１の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記酸素飽和度算出用の画像信号の画素値に応じて第１の信頼度を決めることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記第１の信頼度は、前記画素値が上限値を超えた場合または前記画素値が下限値を下回った場合に、徐々に低くす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】
前記酸素飽和度算出用の画像信号を含む複数の画像信号間の信号比のうち血中ヘモグロビンの吸光スペクトルに関連性がある信号比に応じて、第１の信頼度を決めることを特徴とする請求項３ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記信頼度算出手段は、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、
前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記第２の信頼度は、画像中心領域が最も高く、画像中心領域から画像周辺領域に向かうに従い徐々に低くなり、画像周辺領域が最も低くな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】
前記信頼度算出手段は、
前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて第１の信頼度を算出するとともに、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、
前記酸素飽和度画像生成手段は、
前記第１及び第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記色調情報は色差信号の信号値であることを特徴とする請求項２ないし９いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記画像信号取得手段は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の光で照明された被検体を、撮像面にＲＧＢのカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像するとともに、広帯域光の白色光で照明された被検体を前記カラーの撮像素子で撮像することにより、画像信号を取得することを特徴とする請求項１ないし１０いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記白色光は、特定波長の励起光を蛍光体に当てることで励起発光する疑似白色光であることを特徴とする請求項１１記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
被検体に照明光を照射する照射手段、及び被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段を備える内視鏡装置から、前記画像信号を受信する受信手段と、
取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、
前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理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１４】
被検体に照明光を照射し、
被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得し、
取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求め、
前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出し、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする画像生成方法。
【請求項１】
被検体に照明光を照射する照射手段と、
被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段と、
取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、
前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理手段と、
前記酸素飽和度画像を表示する表示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】
前記画像処理手段は、
酸素飽和度と関連付けられた色調情報を記憶する色調情報記憶部から、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度に対応する色調情報を求める色調情報算出手段と、
前記色調情報算出手段で求めた色調情報を信頼度に応じて変化させ、その変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを備え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】
前記信頼度算出手段は、
前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて、第１の信頼度を算出し、
前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第１の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記酸素飽和度算出用の画像信号の画素値に応じて第１の信頼度を決めることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記第１の信頼度は、前記画素値が上限値を超えた場合または前記画素値が下限値を下回った場合に、徐々に低くす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】
前記酸素飽和度算出用の画像信号を含む複数の画像信号間の信号比のうち血中ヘモグロビンの吸光スペクトルに関連性がある信号比に応じて、第１の信頼度を決めることを特徴とする請求項３ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記信頼度算出手段は、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、
前記酸素飽和度画像生成手段は、前記第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記第２の信頼度は、画像中心領域が最も高く、画像中心領域から画像周辺領域に向かうに従い徐々に低くなり、画像周辺領域が最も低くな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】
前記信頼度算出手段は、
前記酸素飽和度の算出に用いられる酸素飽和度算出用の画像信号を少なくとも用いて第１の信頼度を算出するとともに、画像信号における画素の位置に応じて第２の信頼度を決め、
前記酸素飽和度画像生成手段は、
前記第１及び第２の信頼度に応じて変化させた色調情報を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記色調情報は色差信号の信号値であることを特徴とする請求項２ないし９いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記画像信号取得手段は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の光で照明された被検体を、撮像面にＲＧＢのカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像するとともに、広帯域光の白色光で照明された被検体を前記カラーの撮像素子で撮像することにより、画像信号を取得することを特徴とする請求項１ないし１０いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記白色光は、特定波長の励起光を蛍光体に当てることで励起発光する疑似白色光であることを特徴とする請求項１１記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
被検体に照明光を照射する照射手段、及び被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３以上の反射光に対応する画像信号を取得する画像信号取得手段を備える内視鏡装置から、前記画像信号を受信する受信手段と、
取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求める酸素飽和度算出手段と、
前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成する画像処理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１４】
被検体に照明光を照射し、
被検体からの反射光を撮像素子で撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する波長範囲の反射光に対応する画像信号を含む、波長範囲が異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を取得し、
取得した画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求め、
前記画像信号の各画素毎に酸素飽和度の信頼度を算出し、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度の情報量を信頼度に応じて変化させ、その変化させた酸素飽和度の情報量を用いて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする画像生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−１４３３９９（Ｐ２０１２−１４３３９９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１９５（Ｐ２０１１−４１９５）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【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２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【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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