内視鏡装置
【課題】簡単な構成で、被検者に負担を強いることがなく複数種類の照明を切り替えて、スクリーニング診断では高フレームレートで観察に適した滑らかな診断画像を得ることができ、精査診断では高精度な診断画像を得ることができる内視鏡装置を提供する。
【解決手段】広帯域光を含む第１の照明光と狭帯域光のみを含む第２の照明光との発光波長を切り替える発光波長切替手段と、発光波長が切り替えられた第１又は第２の照明光によって被写体を撮像フレーム毎に撮像する撮像手段と、被写体となる生体の形態及び／又は機能に関する生体情報を取得する生体情報取得手段と、生体情報の種類に応じた、少なくとも２以上の診断モードを切り替えるモード切替手段と、診断モードによって、生体情報を取得するための第１及び第２の照明光の発光波長を切り替える、撮像手段による撮像フレーム数を可変させることにより、上記課題を解決する。
【解決手段】広帯域光を含む第１の照明光と狭帯域光のみを含む第２の照明光との発光波長を切り替える発光波長切替手段と、発光波長が切り替えられた第１又は第２の照明光によって被写体を撮像フレーム毎に撮像する撮像手段と、被写体となる生体の形態及び／又は機能に関する生体情報を取得する生体情報取得手段と、生体情報の種類に応じた、少なくとも２以上の診断モードを切り替えるモード切替手段と、診断モードによって、生体情報を取得するための第１及び第２の照明光の発光波長を切り替える、撮像手段による撮像フレーム数を可変させることにより、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の照明をスクリーニング診断（観察）及び精査診断（観察）など目的別に切り替えて使用して、スクリーニング診断では高フレームレートで観察に適した滑らかな診断画像を得ることができ、精査診断では高精度な診断画像を得ることができる内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡による画像診断においては、正確かつ精密・詳細に体腔内の癌、特に、早期癌等の病巣部位や病変部位や出血部等の異常部位を観察し、診断する精査観察や精査診断の前に、体腔内の広い範囲の各部位からこれらの異常が疑われる部位を見つけ出すスクリーニング観察・検査やスクリーニング診断が行われている。
内視鏡によるスクリーニング観察・診断においては、体腔内の広い範囲を観察し、診断する必要があるため、観察・診断画像としては、体腔内を移動しながら広い範囲全体を遠目で観察し、診断する必要があり、明るい画像であることが要求され、又、滑らかな映像（動画像）であることが要求される。
一方、内視鏡による精査観察・診断においては、スクリーニング観察・診断において見つけ出された異常が疑われる部位に近付いて、当該部位が癌等の異常部位であるかどうかを正確に観察・診断する必要があるため、観察・診断画像としては、略固定され、近接・拡大された状態で当該部位を観察し、診断する必要があり、又、当該部位の複数の特徴の生体変化を捉える必要があり、様々な波長の光を用いて複数の画像を得ることが要求される。
【０００３】
このため、スクリーニング観察・診断（以下、診断で総称する）は、一般的に、通常の白色照明光による通常光観察で行われており、精査診断は、一般的に、拡大された対象部位の特殊光観察によって行われている。特殊光観察としては、生体組織に対する光の深さ方向の深達度が光の波長に依存することを利用して、特定の中心波長を持つ狭い波長帯域光（狭帯域光）を生体の粘膜組織に照射し、生体組織の所望の深さの組織情報、特に所定の深さの血管（表層血管（青色：Ｂ）、中層血管（緑色：Ｇ）、深層血管（赤色：Ｒ）等）の形態情報を得て、癌組織等の病巣の存在の有無を診断する狭帯域光観察や、ヘモグロビンの吸光度を利用して、Ｂ領域の狭帯域光を生体組織に照射し、血液中の酸素飽和度を測定する狭帯域光観察や、ヘモグロビンの吸光度や血液中で蛋白と結合するＩＣＧ（インドシアニングリーン）の吸光度等を利用して、近赤外光を生体組織に照射し、血液中の酸素飽和度を測定して、血管を造影する赤外光観察や、特定の、狭い波長帯域の励起光が照射された生体組織自体から発生する自家蛍光、又は、生体組織の中の癌細胞等の特定の病巣に散布された蛍光薬剤から発生する蛍光を用いて癌細胞等の病巣の存在の有無を診断する蛍光観察等が行われている。
【０００４】
特許文献１には、被写体像の倍率を遠隔操作によって可変であり、通常観察を行うことができる対物ズーム光学系と、被写体の顕微鏡的拡大像を得ることができる共焦点光学系とが挿入部の先端内に併設し、対物ズーム光学系のためのビデオプロセッサ及びメインモニタと、共焦点光学系のための共焦点像プロセッサ及び共焦点像モニタとをそれぞれ別々に設けた拡大観察用内視鏡装置が提案されている。
特許文献１に開示の拡大観察用内視鏡装置では、ビデオプロセッサ内の光源ランプから射出され、対物ズーム光学系に入射した通常の白色照明光を被写体に向けて照射し、被写体からの反射光を固体撮像素子で受光して撮像し、撮像した映像信号をビデオプロセッサ内の映像信号処理回路で処理し、撮像した被写体画像をメインモニタに表示することにより、通常観察によるスクリーニングが行われる。このスクリーニングにおいて、異常が疑われる部位が見つかると、対物ズーム光学系を遠隔操作し、当該部位の被写体像の倍率を共焦点光学系の拡大倍率まで拡大して、メインモニタに拡大画像を表示する。この後、共焦点光学系に切り替え、共焦点像プロセッサ内のレーザ光源から射出され、共焦点光学系に入射したレーザ光による反射光を共焦点像プロセッサ内の受光素子で受光し、その映像信号を映像信号処理回路で処理し、被写体の顕微鏡的拡大像を共焦点モニタに表示する。
こうすることにより、当該拡大観察用内視鏡装置では、スクリーニングで見つかった異常が疑われる部位の拡大画像に対応する顕微鏡的拡大像を精査診断することができるとしている。
【０００５】
一方、特殊光観察では、特許文献２に、反射光画像を提示する通常光観察モード、蛍光強度画像を提示するスクリーニング蛍光観察モード（第１の蛍光観察モード）、蛍光強度画像から演算によって求めた蛍光薬剤の濃度分布を提示するアンミキシング蛍光観察モード（第２の蛍光観察モード）の３つの観察モードを持ち、モード切替スイッチによって、適切な観察モードを選択することができる内視鏡システムが提案されている。
この内視鏡システムでは、光源として、キセノンランプ等の白色光源と切替ＲＧＢカラーフィルタとからなる照明光用光源、及び波長の異なるピーク波長６８０ｎｍ並びに７００ｎｍの励起光を出射する半導体レーザからなる２つの励起光源を用いるもので、通常のスクリーニング、すなわち、内視鏡の先端挿入部を体腔内に挿入して、観察したい部位まで導く間は、照明光用光源を用いた通常光観察モードによって撮影される。通常光観察モードでは、照明光用光源は常時点灯され、ＲＧＢカラーフィルタによるＲＧＢ面順次光による反射光を撮像素子により受光して観察部位をカラー画像として撮像し、表示ユニットに観察部位のカラー画像を表示している。なお、このモードでは、２つの励起光源は消灯される。内視鏡の先端挿入部が観察部位に至るとスクリーニング蛍光観察モードに切り替えられ、観察対象部位の洗浄及び２種の蛍光プローブの散布が行われる。
【０００６】
スクリーニング蛍光観察モードでは、照明光用光源と１つの励起光源とが用いられ、他の１つの励起光源は用いられないが、照明光用光源が点灯された時には、カラーフィルタによりＢ照明光のみを観察部位に照射し、撮像素子により反射光画像（Ｂ）として撮像され、１つの励起光源が点灯された時には、出射された励起光により観察対象に散布された２種の蛍光プローブが励起されて発生した２種類の蛍光が励起光カットフィルタを備えた撮像素子により蛍光画像として撮像され、蛍光画像と反射光画像とが重ね合わされた画像として表示ユニットに表示され、蛍光が発生していなければ、通常観察モードに切り替えられ、内視鏡の先端挿入部を次の観察部位に移動する。一方、蛍光が発生していれば、アンミキシング観察モードに切り替えられる。
アンミキシング観察モードでは、照明光用光源と２つの励起光源とが用いられ、同様にして、反射光画像と２種類の蛍光が混色した２種類の蛍光画像とが取得され、２種類の蛍光画像から各蛍光プローブの濃度情報が算出され、表示ユニットに反射光画像に重ね合わせて表示され、２種類の蛍光による濃度情報により、癌細胞の存在の有無を診断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２２８９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１６１５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に開示の拡大観察用内視鏡装置では、白色光による通常観察でスクリーニングを行うと共に、異常が疑われる部位が見つかると、通常観察において対物ズーム光学系による拡大倍率を顕微鏡的拡大像の拡大倍率と略等しくなるように変更し、その後、共焦点光学系により被写体の顕微鏡的拡大像を得て、精査診断を行うことができるが、単位、拡大観察を行うものに過ぎず、特殊光観察による異常部位の診断を行うものではない。
また、この装置では、通常観察用としても、対物ズーム光学系という複雑な光学系を用いる必要があり、構造が複雑になるばかりか、コストがかかるという問題があった。これに加えて、顕微鏡的拡大像を得るための共焦点光学系も必要であり、内視鏡の挿入部の寸法を細くすることができなくなり、被検者の負担が増すことになるという問題があるばかりか、それぞれに応じたプロセッサやモニタが必要であり、構成が複雑になるばかりか、コストがかかるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示の内視鏡システムでは、蛍光観察という特殊光観察によるスクリーニングを行い、スクリーニングで見つけられた蛍光発生部位において蛍光観察による観察対象部位の蛍光薬剤の濃度を可視化して精査診断を行うものである。しかしながら、ここで行われるスクリーニングは、体腔内を移動しながら広い範囲全体を遠目で観察し、診断するための明るい滑らかな映像（動画像）を取得して行われるものではなく、予め、通常光観察モードによる観察を行って、内視鏡の先端挿入部を観察したい部位まで導き、内視鏡の先端挿入部が観察部位に至るとスクリーニング蛍光観察モードに切り替えて、拡大された状態で観察対象部位の蛍光観察を行うものである。このため、この内視鏡システムでは、蛍光観察モードで、体腔内を移動しながら広い範囲全体を遠目で観察し、診断することができず、通常観察モードとスクリーニング蛍光観察モードとを切り替えながら蛍光観察によるスクリーニングを行う必要があり、術者の操作が面倒であるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、簡単な構成で、また、内視鏡の先端挿入部の寸法を太くすることがなく、被検者に負担を強いることがなく、複数種類の照明をスクリーニング診断・観察及び精査診断・観察などに応じて切り替えて使用することができ、スクリーニング診断では高フレームレートで観察に適した滑らかな診断画像を得ることができ、精査診断では高精度な診断画像を得ることができる内視鏡装置を提供することにある。
【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、本発明の内視鏡装置は、少なくとも広帯域光を含む第１の照明光を出射する第１の照明手段と、狭帯域光のみを複数含む第２の照明光を出射する第２の照明手段と、前記第１の照明手段からの前記第１の照明光及び前記第２の照明手段からの前記第２の照明光の発光波長を切り替える発光波長切替手段と、該発光波長切替手段によって切り替えられた前記発光波長の前記第１の照明光又は前記第２の照明光が照射された被写体からの戻り光を受光して撮像フレーム毎に撮像し、撮像信号を出力する撮像手段と、該撮像手段で撮像された前記撮像信号から前記被写体となる生体の形態及び／又は機能に関する生体情報を取得する生体情報取得手段と、該生体情報取得手段によって取得される前記生体情報に応じた、少なくとも２以上の診断モードを切り替えるモード切替手段と、を有し、該モード切替手段で切り替えられる診断モードによって、前記生体情報を取得するための前記第１の照明光及び前記第２の照明光の発光波長を前記発光波長切替手段で切り替える、前記撮像手段による撮像フレーム数を可変させることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記少なくとも２以上の診断モードは、第１の診断モードと第２の診断モードを含み、該第１の診断モードは、フレームレートを優先するフレームレート優先モードであり、前記第２の診断モードは、前記生体情報を優先する生体情報優先モードであり、前記第１の診断モードの前記撮像フレーム数は、前記第２の診断モードの前記撮像フレーム数より少ないのが好ましい。
また、前記フレームレート優先モードは、前記生体情報を用いて前記被写体をスクリーニングするモードであり、前記生体情報優先モードは、前記フレームレート優先モードにおける前記スクリーニングで特定された前記被写体の特定部位の前記生体情報を取得するモードであるのが好ましい。
また、前記第１の診断モードは、前記第１の照明手段からの前記第１の照明光のみによって前記被写体を照明するものであり、前記第２の診断モードは、前記第２の照明手段からの前記第２の照明光よって前記被写体を照明することを少なくとも含むものであるのが好ましい。
【００１３】
また、前記第１の照明手段から出射される前記第１の照明光と、前記第２の照明手段から出射される前記第２の照明光は、異なる照明口から出射され、前記被写体を照明するのが好ましい。
また、前記第１の照明手段は、互いに異なる波長（帯域）の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源と、該２以上の狭帯域光源から出射される各狭帯域光の少なくとも一部を透過すると共に、前記２以上の狭帯域光源の１つ狭帯域光源からの１つの狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体と、を有し、前記１つの狭帯域光による前記蛍光体の透過光と前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として前記蛍光体から出射するものであり、前記第１の照明光は、前記広帯域光である前記合成光と、前記２以上の狭帯域光源の他の１以上の狭帯域光源からの１以上の狭帯域光とを含むものであり、前記第２の照明手段は、前記第２の照明光として異なる波長（帯域）の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源を有するのが好ましい。
【００１４】
また、前記第１の照明手段は、互いに異なる波長（帯域）の第１及び第２の狭帯域光をそれぞれ出射する第１及び第２の狭帯域光源と、前記第１及び第２の狭帯域光のそれぞれの少なくとも一部を透過すると共に、前記第１の狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体とを有し、前記蛍光体を透過した前記第１の狭帯域光と該第１の狭帯域光で励起された前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として出射するものであり、前記第２の照明手段は、互いに異なる波長（帯域）の狭帯域光を出射する３つの狭帯域光源を有し、該３つの狭帯域光源は、それぞれ前記第１及び第２の狭帯域光源と、前記第１及び第２の狭帯域光と波長の異なる第３の狭帯域光を出射する第３の狭帯域光源とを含むのが好ましい。
また、前記第１の狭帯域光は、前記蛍光体から前記蛍光を励起発光させて前記広帯域光として疑似白色光を生成するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、前記第２の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の血液の酸素飽和度を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、前記第３の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の表層血管の情報を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光であるのが好ましい。
【００１５】
また、前記第１の狭帯域光源は、前記第１の狭帯域光として青色領域の波長の狭帯域光を出射する第１青色レーザであり、前記第２の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも長波長の青色領域から青緑色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第２青色レーザであり、前記第３の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも短波長の青紫色領域から青色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第３青色レーザであるのが好ましい。
また、前記第１狭帯域光の波長領域は４４０±１０ｎｍであり、前記第２狭帯域光の波長領域は４７０±１０ｎｍであり、前記第３狭帯域光の波長領域は４００±１０ｎｍであるのが好ましい。
【００１６】
また、前記撮像手段は、少なくとも３つ以上の波長帯域を分離して撮像可能なカラー撮像素子であるのが好ましい。
また、前記内視鏡装置は、さらに、前記広帯域光を前記被写体に照射して前記撮像手段によって撮像された前記撮像信号から、分光推定によって狭帯域画像信号を生成する手段を有するのが好ましい。
さらに、前記生体情報取得手段は、前記生体の血液の酸素飽和度を演算するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単な構成で、また、内視鏡の先端挿入部の寸法を太くすることがなく、被検者に負担を強いることがなく、複数種類の照明をスクリーニング診断・観察及び精査診断・観察などに応じて切り替えて使用することができ、スクリーニング診断では、高フレームレートで観察に適した滑らかな診断画像を得ることができ、精査診断では、高精度な診断画像を得ることができ、その結果、被検者に負担を強いることがなく、常に正確な診断や観察を迅速にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の内視鏡装置の一実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す内視鏡装置の全体構成を概念的に示す模式図である。
【図３】図１に示す内視鏡装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図１に示す内視鏡装置の内視鏡の先端部の蛍光体を備えた投光ユニット、及び光偏向・拡散部材を備えた投光ユニットの断面構成図である。
【図５】（Ａ）は、図１に示す内視鏡装置に用いられる狭帯域光源からの青色レーザ光及び青色レーザ光が蛍光体により波長変換された発光スペクトルと、各狭帯域光源からのレーザ光の発光スペクトルを示すグラフであり、（Ｂ）は、図１に示す内視鏡装置に用いられる撮像素子のカラーフィルタの分光透過率を示すグラフである。
【図６】図１に示す内視鏡装置の内視鏡の先端部の一実施例の概略的な構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示す内視鏡の先端部の分解図である。
【図８】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】図６に示す内視鏡の先端部のＢ方向から見た正面図である。
【図１０】図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１に示す内視鏡装置のスクリーニング診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。
【図１２】血管中のヘモグロビンの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。
【図１３】撮像画像の画素の分光輝度比と血液量および酸素飽和度との相関関係を表すグラフである。
【図１４】図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第２画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１に示す内視鏡装置の精査診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。
【図１６】撮像画像の画素の分光輝度比と血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部及び第２画像処理部の他の実施例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る内視鏡装置を、添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の一実施例の外観を示す斜視図である。図２は、図１に示す内視鏡装置の全体構成を概念的に示す模式図である。図３は、図１に示す内視鏡装置の電気的構成を示すブロック図である。
これらの図に示すように、本発明の内視鏡装置１０は、医療機器の一つであり、被検者の体腔内を撮像する内視鏡１１と、撮像のために体腔内を照射する光を供給する光源装置１２及び撮像により得られた画像信号に基づいて体腔内の被写体組織の血管情報等の生体情報を含む画像等の画像情報を生成するプロセッサ１３を備え、内視鏡１１が接続される制御装置１４と、体腔内の画像等の画像情報を表示するモニタ等からなる表示部１５と、内視鏡装置１０の入力操作を受け付ける入力部１７とを有する。
【００２０】
なお、本発明の内視鏡装置１０は、観察モードとして、通常観察モード（通常光モードともいう）や、特殊光観察モード（特殊光モードともいう）等を備え、特殊光観察モードは、スクリーニング診断モード、すなわち本発明で言うフレームレート優先モード及び精査診断モード、すなわち本発明で言う生体情報優先モード等の診断モードを含む。
なお、以下では、特殊光観察モードにおいて、被検体の生体情報として、生体の血液の酸素飽和度を取得する場合を代表例として説明するが、本発明においては、これに限定されず、血管の深さ情報や、血管の太さ情報や、血管の集合情報や、血管の形状情報や、血液量などの情報を取得するものであっても良いし、特殊光モードとして、狭帯域光観察のみならず、赤外光観察や、自家蛍光観察や、蛍光観察等の特殊観察を行うものであっても良いのはもちろんである。
【００２１】
まず、本実施例の内視鏡１１について説明する。
内視鏡１１は、被検体内に挿入される挿入部１９の先端から照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮像する撮像素子２１（図２参照）を含む撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。内視鏡１１は、と光学的に接続され、プロセッサ１３と電気的に接続される。また、プロセッサ１３は、表示部１５及び入力部１７と電気的に接続される。入力部１７は、通常光モードや、特殊光モードなどの観察モードの設定や機能設定等の入力操作を受け付けるＵＩ（ユーザインタフェース）として機能する。
なお、本発明の内視鏡装置１０は、さらに、表示部１５に加え、図示しないが、画像情報等をハードコピー画像として出力する記録部（記録装置)を有していても良い。
【００２２】
また、内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１９と、挿入部１９の基端部分に設けられ、挿入部１９の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部２３と、操作部１７と制御装置１４との間を連結するユニバーサルコード２４と、ユニバーサルコード２４に取り付けられ、内視鏡１１を制御装置１４に着脱自在に接続するコネクタ部２５ａ、２５ｂを備える。なお、図示しないが、操作部２３及び挿入部１９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る。
挿入部１９は、可撓性を持つ軟性部３１と、湾曲部３３と、先端部３５とから構成される。先端部３５には、図２に示すように、被観察領域へ照明光学系による照明光を照射する照射口３７ａ、３７ｂと、被観察領域の画像情報を取得する撮像素子２１と、撮像素子２１の受光面側に撮像光学系を構成する対物レンズユニット３９とが配置され、対物レンズユニット３９の外側表面が、観察窓４０を構成している。
【００２３】
湾曲部３３は、軟性部３１と先端部３５との間に設けられ、図１に示す操作部２３に配置されたアングルノブ２２の回動操作により湾曲自在にされている。この湾曲部３３は、内視鏡１１が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲でき、内視鏡先端部３５の照射口３７ａ、３７ｂ及び撮像素子２１の観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。
なお、内視鏡１１の内部の照明光学系の構造、及び撮像系の電気的構成、並びに挿入部１９の照射口３７ａ、３７ｂの構造については後に詳述する。
【００２４】
次に、本実施例の制御装置１４の光源装置１２及びプロセッサ１３について説明する。
本発明において、光源装置１２は、内視鏡１１の先端部３５の照射口３７ａ、３７ｂに供給する照明光を発生し、プロセッサ１３は、内視鏡１１の操作部２３や入力部１７からの指示に基づいて、内視鏡１１の撮像素子２１から伝送されてくる撮像信号を画像処理して、表示用画像を生成して表示部１５へ供給する。
光源装置１２は、系統１の光源部である少なくとも広帯域光を含む第１の照明光を出射する第１の照明光源部４１と、系統２の光源部である狭帯域光のみを複数含む第２の照明光を出射する第２の照明光源部４３と、プロセッサ１３の制御部６５からの各観察モードに応じた指示に基づいて第１の照明光源部４１及び第２の照明光源部４３の各狭帯域光源の発光を、各観察モードに応じて、切替制御すると共に、その発光光量を個々に制御する光源制御部４９とを有する。
【００２５】
第１の照明光源部４１は、少なくとも広帯域光源を有し、図示例においては、所定の狭帯域波長を持つ狭帯域光Ｎ１である励起光Ｅを出射する狭帯域光源４１ａと、励起光Ｅと異なる発光波長を持つ狭帯域光Ｎ２を出射する狭帯域光源４１ｂと、励起光Ｅの照射により蛍光を発光する蛍光体５７とを有する。
ここで、狭帯域光源４１ａと蛍光体５７との組み合わせは、励起光及び蛍光からなる白色光等の広帯域光を出射する広帯域光源を構成する。この広帯域光源は、狭帯域光源４１ａから出射された励起光Ｅが蛍光体５７に照射されることにより、蛍光体５７は、励起光Ｅにより励起されて励起光Ｅの波長帯域以外の波長帯域を少なくとも持つ蛍光を発光すると共に励起光Ｅを透過し、発光した蛍光と透過した励起光Ｅとの合成光を疑似白色光として出射する。
一方、蛍光体５７は、狭帯域光源４１ｂから出射される狭帯域光Ｎ２の照射により少しの蛍光を発光するが、励起光Ｅの照射により発光する蛍光に比べて少なく、多くの狭帯域光Ｎ２を透過させる。すなわち、狭帯域光源４１ｂと蛍光体５７との組み合わせでは、蛍光体５７を透過する狭帯域光Ｎ２が支配的であるため、この組み合わせは、狭帯域光Ｎ２を出射する狭帯域光源とみなすことができる。
即ち、図示例では、第１の照明光源部４１から出射される第１の照明光には、広帯域光と狭帯域光Ｎ２とが含まれる。
【００２６】
第２の照明光源部４３は、互いに発光波長の異なる複数の狭帯域光源を有し、図示例においては、所定の狭帯域波長を持つ狭帯域光Ｎ３を出射する狭帯域光源４３ａと、この狭帯域光Ｎ３と異なる発光波長を持つ狭帯域光Ｎ４を出射する狭帯域光源４３ｂと、これらの狭帯域光Ｎ３、Ｎ４と異なる発光波長を持つ狭帯域光Ｎ５を出射する狭帯域光源４３ｃとを有する。すなわち、図示例では、第２の照明光源部４３から出射される第２の照明光には、狭帯域光Ｎ３、Ｎ４及びＮ５のみが含まれる。
【００２７】
なお、本実施形態の構成例においては、狭帯域光源４１ａは、蛍光体５７を励起して蛍光を発光させて、例えば、マイクロホワイト（商品名）と呼ばれる広帯域光源を構成するものであり、励起光Ｅとして、波長が４４０±１０ｎｍに制限された青色のレーザ光（狭帯域光Ｎ１）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４４５ｎｍのＬＤ（レーザダイオード）であるのがより好ましい。
また、狭帯域光源４１ｂは、血液中の酸素飽和度を算出するのに適した光源であり、波長が、４７０±１０ｎｍに、より好ましくは４７３ｎｍに制限された青緑色レーザ光（狭帯域光Ｎ２）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４７３ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）であるのがより好ましい。
【００２８】
また、狭帯域光源４３ａは、狭帯域光源４１ａと同様に、波長が、４４０±１０ｎｍに、より好ましくは４４５ｎｍに制限された青色のレーザ光（狭帯域光Ｎ３）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４４５ｎｍのＬＤであるのがより好ましい。
また、狭帯域光源４３ｂは、狭帯域光源４１ｂと同様に、血液中の酸素飽和度を算出するのに適した光源であり、波長が、４７０±１０ｎｍに、より好ましくは４７３ｎｍに制限された青緑色レーザ光（狭帯域光Ｎ４）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４７３ｎｍのＬＤであるのがより好ましい。
また、狭帯域光源４３ｃは、表層血管の観察に適した光源であり、波長が、４００±１０ｎｍに、より好ましくは４０５ｎｍに制限された青紫色レーザ光（狭帯域光Ｎ５）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４０５ｎｍのＬＤであるのがより好ましい。
【００２９】
上記の狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ、４３ａ〜４３ｃは、例えば、ＧａＮ系半導体レーザ（レーザダイオード）が利用でき、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが利用でき、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。また、上記光源として、発光ダイオード等の発光体を用いた構成としてもよい。
光源装置１２の光源制御部４９は、各観察モードに応じて、各狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃの発光の切替制御及び発光量の制御を行うものである。
すなわち、これらの狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ、４３ａ〜４３ｃは、光源制御部４９により各観察モードに応じて、それぞれ個別に調光制御されており、各狭帯域光源の発光のタイミングや光量比は変更自在になっている。
【００３０】
まず、観察モードが通常光モードである場合には、光源制御部４９は、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａのみを点灯し、狭帯域光源４１ｂ、及び第２の照明光源部４２の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃを消灯した状態に制御する。すなわち、通常光モードでは、光源制御部４９からの制御信号に基づいて第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａが点灯され、第１の照明光として、励起光Ｅと蛍光体５７からの蛍光とが合成された疑似白色光からなる広帯域光が第１の照明光源部４１から出射される。
【００３１】
次に、観察モードが特殊光観察モードのスクリーニング診断モードである場合には、光源制御部４９は、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び狭帯域光源４１ｂを順次交互に点灯し、第２の照明光源部４２の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃを消灯した状態に制御する。すなわち、スクリーニング診断モードでは、光源制御部４９からの制御信号に基づいて第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂが順次交互に点灯され、第１の照明光として、上述したように、広帯域光及び狭帯域光Ｎ２が順次交互に第１の照明光源部４１から出射される（後述する図１１参照）。
【００３２】
また、観察モードが特殊光観察モードの精査診断モードである場合には、光源制御部４９は、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び第２の照明光源部４２の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃを、順次交互に点灯し、狭帯域光源４１ｂを消灯した状態に制御する。すなわち、精査診断モードでは、光源制御部４９からの制御信号に基づいて第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａと、第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ、４３ｂ及び４３ｃとが順次交互に点灯され、第１の照明光として、上述の広帯域光が第１の照明光源部４１から、第２の照明光として、狭帯域光Ｎ３、Ｎ４及びＮ５が順次交互に第２の照明光源部４３から出射される（後述する図１５参照）。
【００３３】
第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂから出射される励起光Ｅ及び狭帯域光Ｎ２は、集光レンズ（図示略）によりそれぞれ光ファイバ４２ａ及び４２ｂに入力され、合波器であるコンバイナ５１ａと、分波器であるカプラ５３ａを介してコネクタ部２５ａに伝送される。
第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃから出射される各狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５は、集光レンズ（図示略）によりそれぞれ光ファイバ４４ａ〜４４ｃに入力され、合波器であるコンバイナ５１ｂと、分波器であるカプラ５３ｂを介してコネクタ部２５ａに伝送される。なお、本発明はこれに限定されず、２つのコンバイナ５１ａ、５１ｂ及び２つのカプラ５３ａ、５３ｂの少なくとも一方を用いずに、１つのコンバイナ及び１つのカプラの少なくとも一方を用いて、又は、コンバイナ及びカプラ自体の少なくとも一方を用いずに、各狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ、４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ１〜Ｎ５を直接コネクタ部２５ａに送出する構成であってもよい。
【００３４】
次に、光源装置１２に光学的に接続される内視鏡１１の照明光学系の構成及びプロセッサ１３に接続される撮像系の電気的構成について説明する。
内視鏡１１の照明光学系は、光ファイバ５５ａ〜５５ｄと、光ファイバ５５ａ及び５５ｄの先端に配置される蛍光体５７と、光ファイバ５５ｂ及び５５ｃの先端に配置される光偏向・拡散部材５８とから構成される。
照明光学系を構成する光ファイバ５５ａ〜５５ｄは、マルチモードファイバであり、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できる。
【００３５】
コネクタ部２５ａから先端部３５まで延設された光ファイバ５５ａ及び５５ｄには、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂからの狭帯域光Ｎ１及びＮ２がそれぞれ任意のタイミングで導入されて、先端部３５に配置された波長変換部材である蛍光体５７を通して照明光となる。
一方、コネクタ部２５ａから先端部３５まで延設された光ファイバ５５ｂ及び５５ｃには、第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５がそれぞれ任意のタイミングで導入されて、先端部３５に配置された光偏向・拡散部材５８を通して照明光となる。
【００３６】
光ファイバ５５ａと蛍光体５７の組み合わせは投光ユニット７１ａを構成し、光ファイバ５５ｂと光偏向・拡散部材５８の組み合わせは投光ユニット７１ｃを構成する。また、光ファイバ５５ｃと光偏向・拡散部材５８の組み合わせは投光ユニット７１ｄを構成し、光ファイバ５５ｄと蛍光体５７の組み合わせは投光ユニット７１ｂを構成する。投光ユニット７１ａ、７１ｃの対と、投光ユニット７１ｂ、７１ｄの対は、内視鏡１１の先端部３５の撮像素子２１及び対物レンズユニット３９を挟んだ両脇側に配置される。
【００３７】
ここで、図４（Ａ）に投光ユニット７１ａ及び７１ｄの断面構成図、図４（Ｂ）に投光ユニット７１ｂ及び７１ｃの断面構成図を示す。
図４（Ａ）に示すように、投光ユニット７１ａと投光ユニット７１ｄとは同一構成であり、蛍光体５７と、蛍光体５７の外周を覆う筒状のスリーブ部材７３と、スリーブ部材７３の一端側を封止する保護ガラス（照明窓）７５と、スリーブ部材７３内に挿入され光ファイバ５５ａ（５５ｄ）を中心軸に保持するフェルール７７とをそれぞれ備えている。また、フェルール７７の後端側から延出される光ファイバ５５ａ（５５ｄ）には、その外皮を覆うフレキシブルスリーブ７９がスリーブ部材７３との間に挿入されている。
一方、投光ユニット７１ｂと投光ユニット７１ｃとは同一構成であり、投光ユニット７１ａ及び７１ｄの蛍光体５７に代えて、光偏向・拡散部材５８が配設され、光ファイバ５５ｂ及び５５ｃから導光される点以外は、投光ユニット７１ａ及び７１ｄと同様の構成となっている。
【００３８】
投光ユニット７１ａ及び７１ｄの蛍光体５７は、狭帯域光源４１ａからの青色レーザ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体物質（例えば、ＹＡＧ系蛍光体、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）等の蛍光体）を含んで構成される。これにより、青色レーザ光を励起光とする緑色〜黄色の励起発光光と、蛍光体５７により吸収されず透過した青色レーザ光とが合わされて、白色（疑似白色）の照明光が生成される。
この蛍光体５７は、レーザ光の可干渉性により生じるスペックルに起因して、撮像の障害となるノイズの重畳や、動画像表示を行う際のちらつきの発生を防止できる。また、蛍光体５７は、蛍光体を構成する蛍光物質と、充填剤となる固定・固化用樹脂との屈折率差を考慮して、蛍光物質そのものと充填剤に対する粒径を、赤外域の光に対して吸収が小さく、かつ散乱が大きい材料で構成することが好ましい。これにより、赤色や赤外域の光に対して光強度を落とすことなく散乱効果が高められ、光学的損失が小さくなる。
【００３９】
図５（Ａ）は、狭帯域光源４１ａからの青色レーザ光（励起光Ｅ）及び青色レーザ光Ｅが蛍光体５７により波長変換された発光スペクトル（蛍光）Ｆと、狭帯域光源４１ｂ及び狭帯域光源４３ｃからの各レーザ光（狭帯域光Ｎ２及びＮ５）の発光スペクトルを示すグラフである。なお、狭帯域光源４３ａ及び４３ｂからの各レーザ光（狭帯域光Ｎ３及びＮ４）の発光スペクトルは、それぞれ、狭帯域光源４１ａ及び４１ｂからの各レーザ光（励起光Ｅ及び狭帯域光Ｎ２）の発光スペクトルと同一である。
狭帯域光源４１ａ及び４３ａからの青色レーザ光Ｅは、中心波長４４５ｎｍの輝線で表され、狭帯域光源４１ａからの青色レーザ光Ｅによる蛍光体５７からの蛍光（励起発光光）Ｆは、概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域で発光強度が増大する分光強度分布となる。この蛍光Ｆと青色レーザ光Ｅによるプロファイルによって、前述した疑似白色光ＢＷが形成される。本構成例のように、半導体発光素子を励起光源として用いれば、高い発光効率で高強度の白色光が得られ、白色光の強度を容易に調整できる上に、白色光の色温度、色度の変化を小さく抑えることができる。
【００４０】
ここで、本明細書でいう白色光とは、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、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く、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むものとする。
また、本明細書でいう広帯域光は、少なくとも白色光と見做せる光を含むものであるのが好ましく、近赤外や赤外波長帯域、及び近紫外や紫外波長帯域の少なくとも一方の光を含んでいても良い。
これに対し、本明細書でいう狭帯域光は、基準色であるＲ、Ｇ、Ｂ等の特定の波長帯域のいずれにかに属する光、他の狭帯域光の波長帯域とは分離された波長帯域を持つ光、波長帯域の幅が２０ｎｍ、好ましくは、中心波長に対して±１０ｎｍである光であるのが好ましい。
【００４１】
また、狭帯域光源４１ｂ及び４３ｂからの青緑色レーザ光Ｎ２、Ｎ４は、中心波長４７３ｎｍの輝線で表され、狭帯域光源４３ｃからの青紫色レーザ光は、中心波長４０５ｎｍの輝線で表される。
なお、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ｂからの青緑色レーザ光Ｎ２も、蛍光体５７に照射されるため、蛍光体５７を励起する励起光としての機能を有するが、その機能は青色レーザ光に比べて極めて又はかなり弱く、ほとんどの青緑色レーザ光Ｎ２は、蛍光体５７を透過する。
以上から、本実施形態では、狭帯域光源４１ａ及び４３ａとして、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光を出射するレーザ光源（ＬＤ４４５）を用いることができ、狭帯域光源４１ｂ及び４３ｂとして、中心波長４７３ｎｍの青色レーザ光を出射するレーザ光源（ＬＤ４７３）を用いることができ、狭帯域光源４３ｃとして、中心波長４０５ｎｍの青色レーザ光を出射するレーザ光源（ＬＤ４０５）を用いることができる。
【００４２】
また、投光ユニット７１ｂ及び７１ｃの光偏向・拡散部材５８は、狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの青色レーザ光Ｎ３、青緑色レーザ光Ｎ４及び青紫色レーザ光Ｎ５の各レーザ光を透過させる材料であればよく、例えば透光性を有する樹脂材料やガラス等が用いられる。更には、光偏向・拡散部材５８は、樹脂材料やガラスの表面等に、微小凹凸や屈折率の異なる粒子（フィラー等）を混在させた光拡散層を設けた構成や、半透明体の材料を用いた構成としてもよい。これにより、光偏向・拡散部材５８から出射する透過光は、所定の照射領域内で光量が均一化された狭帯域波長の照明光となる。
【００４３】
次に、内視鏡１１の撮像系は、図２に示すように、光源装置１２の光源制御部４９に各観察モードに応じて指示を与える制御部６５からの各観察モードに応じた指示に基づいて撮像素子２１に対して駆動信号を与える撮像制御部６２と、撮像制御部６２からの駆動信号に基づいて、各観察モードに応じた所定のフレームレートで、被検体の被観察領域を撮像し、画像情報を取得し、取得した撮像画像の画像信号を出力する撮像素子２１と、撮像素子２１からのアナログ画像を、プロセッサ１３のデジタル信号処理部６４におけるデジタル画像信号処理で扱うことができるようデジタル信号に処理するためのアナログ処理回路（ＡＦＥ（アナログフロントエンド：Analog Front End））６１と、を有する。
撮像制御部６２は、制御部６５からの各観察モードに応じた指示に基づいて撮像素子２１の駆動を制御するもので、各観察モードに応じて制御される光源装置１２の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１a〜４１ｂ、及び第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃの発光に応じて撮像素子２１による撮像及び撮像素子２１からの撮像画像信号の出力を撮像フレーム毎に制御するものである。
撮像制御部６２による撮像素子２１の撮像制御、即ち、撮像フレーム制御については、後に詳述する。
【００４４】
撮像素子２１は、被観察領域からの戻り光を受光して撮像画像情報を取得するＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等のカラーイメージセンサからなり、撮像制御部６２により各観察モードに応じて制御され、光源装置１２からの照明光が照射された被検体の被観察領域の様子を対物レンズユニット３９によって撮像素子２１の受光面上に結像させてフレーム毎に撮像するものである。本実施形態においては、撮像素子２１は、カラーＣＣＤイメージセンサであり、その受光面には、例えば、図５（Ｂ）に示す分光透過率を有するＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが設けられ、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を１組として、複数組の画素がマトリクス状に配列されている。
【００４５】
ここで、光源装置１２の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１aからの青色レーザ光（励起光）と蛍光体５７からの蛍光（励起発光光）とによる疑似白色光及び狭帯域光源４１ｂ、４３ａ〜４３ｃからの各レーザ光による狭帯域光Ｎ２〜Ｎ５からなる照明光は、光源制御部４９によって各観察モードに応じて制御され、内視鏡１１の先端部３５から被検体の被観察領域に向けて照射される。
したがって、撮像素子２１も、光源制御部４９によって各観察モードに応じて制御される光源装置１２からの照明光が照射された被観察領域を、撮像制御部６２によって制御される各観察モードに応じたフレーム毎に撮像する。その結果、撮像素子２１は、撮像制御部６２から、スコープケーブル５９を通じて伝送される、各観察モードに応じた撮像制御信号により制御され、所定のフレームレートで撮像画像の画像信号を出力する。
撮像素子２１から出力される撮像画像の画像信号は、スコープケーブル５９を通じて、アナログ処理回路（ＡＦＥ）６１に伝送され、種々のアナログ信号処理が施され、また、デジタル信号に変換され、コネクタ部２５ｂを介して、プロセッサ１３に入力される。
【００４６】
ＡＦＥ６１は、撮像素子２１で得た画像を、なるべく忠実に、ＤＳＰ６４等のデジタルバックエンドに伝えるために、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換の際に発生しうる様々なノイズを最小限に抑えつつ、デジタルに変換するものである。
ＡＦＥ６１は、例えば、図示しないが、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）、及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器から構成される。ＣＤＳは、撮像素子（ＣＣＤ）２１からの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、撮像素子２１の駆動により生じたノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、ＡＧＣで増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ１３に入力する。
プロセッサ１３では、各観察モードに応じてデジタル画像信号に種々の処理が施され、被検体の被観察領域の血管画像情報等の生体情報を含む画像情報が生成され、内視鏡診断・観察画像として表示部１５に表示される。
なお、プロセッサ１３の詳細については、後述する。
【００４７】
次に、内視鏡の先端部の構成について詳細に説明する。
図６は、内視鏡の先端部の概略的な構成を示す斜視図、図７は、図６に示す内視鏡の先端部の分解図である。
これらの図に示すように、内視鏡１１の先端部３５は、長手方向に沿って複数の穿設孔が形成されたステンレス鋼等からなる先端硬性部８７に、投光ユニット７１ａ〜７１ｄ等の各種部品が取り付けられて構成される。先端硬性部８７は、図２に示した撮像素子２１を含む撮像光学系が収容される穿設孔８７ａを有し、この穿設孔８７ａを中心とする両脇側に穿設孔８７ｂ１，８７ｂ２、及び８７ｃ１，８７ｃ２が形成されている。穿設孔８７ｂ１，８７ｂ２には投光ユニット７１ａ，７１ｃが挿入され、穿設孔８７ｃ１，８７ｃ２には投光ユニット７１ｂ，７１ｄが挿入される。
【００４８】
また、先端硬性部８７の先端側には先端ゴムキャップ８９が被せられ、また、先端硬性部８７の外周には図示はしない外皮チューブが被せられる。先端ゴムキャップ８９には先端硬性部８７の各穿設孔８７ａ，８７ｂ１，８７ｂ２，８７ｃ１，８７ｃ２，・・・に対応した穿設孔８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，・・・が形成されて、対物レンズユニット３９による観察窓４０や、投光ユニット７１ａ〜７１ｄの照射口３７ａ，３７ｂを開口させている。
ここで、図８に図６のＡ−Ａ断面図を示す。投光ユニット７１ａ，７１ｂは、先端硬性部８７の穿設孔８７ｂ１、８７ｃ１に挿入させた後、穿設孔８７ｂ１，８７ｃ１と連通する一対の横孔９１（図６及び図７参照）から止めネジ（イモビス）９３で締め付けることで、投光ユニット７１ａ，７１ｂが先端硬性部８７に固定される。また、投光ユニット７１Ｃ，７１ｄも同様に止めネジ９３で締め付けることで、先端硬性部８７に固定される。
【００４９】
上記の投光ユニット７１ａ〜７１ｄを備えた内視鏡の構成によれば、投光ユニット７１ａ〜７１ｄを先端硬性部８７の穿設孔８７ｂ１，８７ｂ２，８７ｃ１，８７ｃ２に挿通された状態で止めネジ９３によって着脱自在に固定するので、投光ユニット７１ａ〜７１ｄの交換が容易となり、内視鏡のメンテナンス性が向上する。つまり、内視鏡の長期使用により照明光強度の減衰や色調の変化等の症状が現れたときに、新しい投光ユニットへの取り換えが簡単に行える。
【００５０】
次に、上記の投光ユニット７１ａ〜７１ｄによりレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５からの各レーザ光を適宜組み合わせて出射させ、種々の照明光を生成する各照明パターンについて説明する。
図９は、図６に示す内視鏡１１の先端部のＢ方向から見た正面図である。上述したように、投光ユニット７１ａ，７１ｃは照射口３７ａから照射し、投光ユニット７１ｂ，７１ｄは照射口３７ｂから照射するように、対物レンズユニット３９の両脇側に各投光ユニット７１ａ〜７１ｄが配置される。そして、蛍光体（図４（Ａ）参照）を備えた投光ユニット７１ａ，７１ｄの対は、照明窓となる保護ガラス７５（図４参照）の位置同士を連結する線Ｌ１が、観察窓４０となる対物レンズユニット３９の領域内を横切るように配置される。また、光偏向・拡散部材５８（図４（Ｂ）参照）を備えた投光ユニット７１ｂ，７１ｃの対は、保護ガラス７５（図４参照）の位置同士を連結する線Ｌ２が、対物レンズユニット３９の領域内を横切るように配置される。
【００５１】
対物レンズユニット３９の領域内で、線Ｌ１とＬ２が交差点Ｐを有するように、各投光ユニット７１ａ〜７１ｄがスペース効率を高めた状態で配置されている。つまり、白色照明光を照射する投光ユニット７１ａ，７１ｄは、先端部３５の対物レンズユニット３９を挟んだ位置に配置され、対物レンズユニット３９の両脇側から白色光を照射することで、照明むらの発生を防止している。
なお、図示例においては、内視鏡１１の先端部３５の、撮像素子２１のための対物レンズユニット３９を挟んだ位置に、蛍光体５７を備える２つの投光ユニット７１ａ及び７１ｂを含む４つの投光ユニット７１ａ〜７１ｄを配置する４灯式であるが、本発明はこれに限定されず、１つの投光ユニットが蛍光体５７を備えていれば、２つの投光ユニット７１ａ及び７１ｃ、又は７１ｂ及び７１ｄ、好ましくは撮像素子２１のための対物レンズユニット３９を挟んだ位置に、２つの投光ユニット７１ａ及び７１ｄ、又は７１ｂ及び７１ｃを、内視鏡１１の先端部３５に配置する２灯式であっても良い。
【００５２】
次に、図２及び図３を参照して、プロセッサ１３について詳細に説明する。
これらの図に示すように、プロセッサ１３は、内視鏡１１から伝送される各観察モードのデジタル画像信号にデジタル信号処理するデジタル信号処理部（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））６４と、各観察モードのデジタル信号処理済の画像データに対して各観察モードに応じた画像処理を行う画像処理部６３と、画像処理済の画像データを応じた観察画像を表示部１５に表示させるための表示制御や内視鏡１１、光源装置１２及びプロセッサ１３内の各部を制御する制御部６５と、各観察モードの撮像画像の画像データ信号を記憶する記憶部６７とを有する。
ＤＳＰ６４は、コネクタ部２５ｂを介して内視鏡１１の撮像系のＡＦＥ６１から伝送される、撮像素子２１で撮像された、各観察モードの撮像画像のデジタル画像信号を受信して、受信したデジタル画像信号に対して、色分離、色補間、色補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、輪郭強調等の各種の処理を行うことによって、デジタル信号処理済の各観察モードの撮像画像データを生成する。ＤＳＰ６４で生成された各観察モードの撮像画像の画像データは、画像処理部６３に伝送され、また、必要に応じて、記憶部６７に記憶される。
【００５３】
画像処理部６３は、図３に示すように、ＤＳＰ６４でデジタル信号処理された各観察モードの撮像画像の画像データに対して各観察モードに応じた画像処理を行うもので、通常観察モードにおける広帯域光（白色光）による撮像画像の画像処理を行う通常光画像処理部１０２と、特殊光観察モードにおける広帯域光及び狭帯域光による撮像画像の画像処理を行う特殊光画像処理部１０４とを有する。なお、画像処理部６３で画像処理された各観察モードの撮像画像の画像データは、制御部６５に伝送され、また、必要に応じて、記憶部６７に記憶される。
通常光画像処理部１０２は、通常観察モードの場合に、ＤＳＰ６４から伝送された、又は記憶部６７から読み出された撮像画像の画像データに対して、光源装置１２の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１a及び蛍光体５７からの白色光による通常観察画像に適した所定の画像処理を施し、通常光画像データを出力し、記憶部６７に記憶させると共に、表示部１５に白色光による通常観察画像を表示させる。
【００５４】
特殊光画像処理部１０４は、狭帯域光を用いる特殊光観察モードの場合に、ＤＳＰ６４から伝送された、又は記憶部６７から読み出された撮像画像の画像データに対して、狭帯域光による特殊光観察画像に適した所定の画像処理を施し、特殊光画像データを出力するもので、特殊光観察モードのスクリーニング診断モードにおける白色光及び第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ｂからの狭帯域光Ｎ２による撮像画像の画像処理を行う第１画像処理部１０６と、特殊光観察モードの精査診断モードにおける白色光及び第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ３、Ｎ４及びＮ５による撮像画像の画像処理を行う第２画像処理部１０８と、を有する。
ここで、図示例の実施形態においては、特殊光画像処理部１０４は、画像処理として、被検体の被観察領域の血管画像情報である酸素飽和度を算出して酸素飽和度画像を生成するものであり、したがって、第１画像処理部１０６及び第２画像処理部１０８も、酸素飽和度画像の生成を行う。
【００５５】
以下に、本発明の内視鏡装置における特殊光観察モードのスクリーニング診断モード及び精査診断モードにおける光源装置１２の制御、並びにプロセッサの画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部及び第２画像処理部について説明する。
図１０は、図３に示す画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。図１１は、スクリーニング診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。図１２は、血管中のヘモグロビンの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。図１３は、撮像画像の画素の分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３）と血液量および酸素飽和度との相関関係を表すグラフである。図１４は、図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第２画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。図１５は、図１に示す内視鏡装置の精査診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。図１６は、撮像画像の画素の分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３）と血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。
【００５６】
第１画像処理部１０６は、図１０に示すように、スクリーニング診断モードにおいて、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１a及び蛍光体５７からの疑似白色光及び狭帯域光源４１ｂ及び蛍光体５７による蛍光が混合された狭帯域光Ｎ２による撮像画像データに基づいて、被検体の血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を算出し、算出した酸素飽和度の情報に基づいて、酸素飽和度の分布を疑似カラー表示するための酸素飽和度画像を出力するもので、分光推定部１１０と、輝度比算出部１１２と、相関関係記憶部１１４と、血液量−酸素飽和度算出部１１６と、酸素飽和度画像生成部１１８とを有する。
スクリーニング診断モードでは、図１１及び以下の表１に示すように、系統１の第１の照明光源部４１が用いられ、第１フレームにおいて光源制御部４９によって点灯制御された狭帯域光源４１a（ＬＤ４４５）及び蛍光体５７の組み合わせからの疑似白色光による撮像画像データ（白色光ＲＧＢ画像データ）が撮像制御部６２によって制御される撮像素子２１によって取得され、通常観察画像が生成され、第２フレームにおいて光源制御部４９によって点灯制御された狭帯域光源４１ｂ（ＬＤ４７３）及び蛍光体５７の組み合わせからの狭帯域光Ｎ２と蛍光との組み合わせによる撮像画像データ（ＲＧＢ画像データ）が撮像制御部６２によって制御される撮像素子２１によって取得され、酸素飽和度画像が生成される。即ち、狭帯域光源４１a及び４１ｂは、フレーム毎に一方の点灯及び他方の消灯が繰り返される。
【００５７】
【表１】
【００５８】
第１フレームにおいて取得された白色光Ｂ画像データ、白色光Ｇ画像データ及び白色光Ｒ画像データは、上述のように図５（Ｂ）に示すカラーフィルタ（Ｂフィルタ２１Ｂ、Ｇフィルタ２１Ｇ及びＲフィルタ２１Ｒ）を持つ撮像素子２１によって照射白色光の戻り光のＢ波長領域全体、Ｇ波長領域全体及びＲ波長領域全体から得られたものである。なお、第１フレームでは、取得された白色光ＢＧＲ画像データに基づいて、通常光画像処理部１０２において白色光による通常観察画像の通常光画像データを生成しておき、記憶部６７に記憶させておく。なお、第１フレームにおいて取得された白色光ＲＧＢ画像データは記憶部６７に記憶させておくのが良い。
一方、第２フレームにおいて取得されたＢ画像データ及びＲ画像データは、狭帯域光Ｎ２（４７３ｎｍ）が支配的であっても、蛍光体５７から発光されたＧ〜Ｒ波長領域の蛍光を少ないが含むものであるので、狭帯域光Ｎ２（４７３ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データ（以下、４７３成分画像データという）を示すものではない。なお、第２フレームにおいて取得されたＲＧＢ画像データは記憶部６７に記憶させておくのが良い。
【００５９】
このため、分光推定部１１０は、スクリーニング診断モードにおいて、第２フレームにおいて取得されたＲＧＢ画像データを記憶部６７から読み出し、読み出されたＲＧＢ画像データから分光推定によって４７３成分画像データを求めるためのものである。即ち、分光推定部１１０は、図１１に示すように、第２フレームにおいて、狭帯域光源４１ｂ（ＬＤ４７３）及び蛍光体５７の組み合わせから射出された狭帯域光Ｎ２と蛍光との組み合わせから取得された撮像画像データ（ＲＧＢ画像データ）から分光推定を行って、Ｇ画像データ中のＧ蛍光成分を算出し、算出されたＧ蛍光成分と所定光量の狭帯域光Ｎ２を励起光とした時の蛍光体５７の蛍光特性とから、即ちＧ蛍光成分の割合を蛍光体５７の蛍光特性に乗算して、算出されたＧ蛍光成分に対するＢ画像データ中のＢ蛍光成分を算出し、算出されたＢ蛍光成分をＢ画像データから減算して、４７３成分画像データを求めるものである。
ここで、ＲＧＢ画像データから４７３成分画像データを求める分光推定方法としては、特に制限的ではなく、従来公知の分光推定方法を用いれば良く、例えば、特開２００３−９３３３６号公報に記載の分光画像を得る分光推定方法を挙げることができる。
【００６０】
輝度比算出部１１２は、記憶部６７から読み出された第１フレームの白色光Ｇ画像データ及び白色光Ｒ画像データと、第２フレームにおいて取得されたＢ画像データ及びＲ画像データから分光推定部１１０で算出された４７３成分画像データとから、血管が含まれる血管領域を特定する。そして、輝度比算出部１１２は、血管領域内の同じ位置の画素について、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光係数（吸光度）（図１２参照）の大小関係が逆転する波長範囲の２つの照明光の反射光に対応する画像データ画素の輝度値をＳ１及びＳ２とし、吸光係数が同じになる波長範囲の１つの照明光の反射光に対応する画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を求める。ここでは、Ｓ１は、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は４７３成分画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は白色光Ｇ画像データの画素の輝度値を表している。なお、血管領域の特定方法としては、例えば、血管部分の輝度値とそれ以外の輝度値の差から血管領域を求める方法を挙げることができる。
【００６１】
相関関係記憶部１１４は、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および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、血管が図１２に示すヘモグロビンの吸光係数を有する場合の相関関係であり、これまでの診断等で蓄積された多数の画像データを分析することにより得られたものである。
ところで、図１２に示すように、血中ヘモグロビンは、照射する光の波長によって吸光係数μａが変化する吸光特性を持っている。吸光係数μａは、ヘモグロビンの光の吸収の大きさである吸光度を表す。例えば、吸光係数μａは、ヘモグロビンに照射された光の減衰状況を表すＩ０ｅｘｐ（−μａ×ｘ）の式の係数である。ここで、Ｉ０は光源装置から被写体組織に照射される光の強度であり、ｘ（ｃｍ）は被写体組織内の血管までの深さである。
【００６２】
また、図１２に示すように、酸素と結合していない還元ヘモグロビン８０と、酸素と結合した酸化ヘモグロビン８１とは、異なる吸光特性を持っており、同じ吸光度（吸光係数μａ）を示す等吸収点（図１２における各ヘモグロビン８０と８１との交点）を除いて、吸光度に差が生じる。吸光度に差があると、同じ血管に対して、同じ強度かつ同じ波長の光を照射しても、輝度値が変化する。また、同じ強度の光を照射しても、波長が異なれば吸光係数μａが変わるので、輝度値が変化する。
一般的に、図１２の分布は撮像対象の部位によって非線形に変化するため、実際の生体組織の計測や光伝播シミュレーション等により予め求めておく必要がある。
【００６３】
図１３は、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および酸素飽和度との相関関係を表すグラフである。このグラフの横軸はｌｏｇ（Ｓ１／Ｓ３）、縦軸はｌｏｇ（Ｓ２／Ｓ３）であり、第１輝度比Ｓ１／Ｓ３は、白色光Ｒ画像データ／白色光Ｇ画像データに対応し、第２輝度比Ｓ２／Ｓ３は、４７３成分画像データ／白色光Ｇ画像データに対応する。このグラフに示すように、第１輝度比Ｓ１／Ｓ３の値は、血液量に依存して変化し、血液量が大きくなるほど大きくなる。また、第２輝度比Ｓ２／Ｓ３の値は、血液量および酸素飽和度の両方に依存して変化する。即ち、第２輝度比Ｓ２／Ｓ３の値は、血液量が大きくなるほど大きくなるとともに、酸素飽和度が低くなるほど大きくなる。
【００６４】
ここで、輝度値Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を用いた血液量及び酸素飽和度の算出について説明する。
一般に、被検体の粘膜組織内に光が入射すると、その一部は血管のところで吸収され、吸収されなかった光のさらに一部が反射光として戻ってくる。この時、血管の深さが深くなるほど、その上の組織からの散乱の影響を大きく受けることになる。
ところで、４７０〜７００ｎｍの波長範囲の光は、粘膜組織内での散乱係数が小さく、かつ波長依存性が小さいという性質がある。このため、この波長範囲の光を照明光として用いることによって、血管の深さの影響を低減しつつ、血液量および酸素飽和度の情報を含む血液情報を得ることができる。従って、内視鏡装置１０では、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つ以上の波長範囲の反射光および変化しない１つ以上の波長範囲の反射光を含む、４６０〜７００ｎｍの波長範囲の異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を用いて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。
【００６５】
ここで、図１２に示す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Ｂの波長範囲）では酸素飽和度の変化に応じて吸光係数が大きく変化し、酸化ヘモグロビン８１の吸光係数の方が還元ヘモグロビン８０の吸光係数より大きい。
・５４０〜５８０ｎｍのＧ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。即ち、酸化ヘモグロビン８１の吸光係数と還元ヘモグロビン８０の吸光係数との差は小さいとみなせる。
・５９０〜７００ｎｍのＲ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、還元ヘモグロビン８０の吸光係数の方が酸化ヘモグロビン８１の吸光係数より大きい。しかしながら、この範囲では、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といえる。
【００６６】
また、粘膜の反射スペクトルから以下の２つの性質がある。
・Ｒの波長範囲ではヘモグロビンの影響がほとんどないと見なせるが、Ｇの波長範囲では吸収が生じるので、血液量（血管の太さあるいは血管の密度に対応）が大きいほど、Ｇの波長範囲での反射率とＲの波長範囲での反射率との差が大きくなる。
・波長４７０ｎｍ近辺の反射率とＧの波長範囲での反射率との差は、酸素飽和度が低いほど大きくなり、同時に、血液量が大きいほど大きくなる。
即ち、４７３成分画像データの画素の輝度値と白色光Ｇ画像データの画素の輝度値との間の第２輝度比Ｓ２／Ｓ３は、その値が酸素飽和度及び血液量の両方に依存して変化し、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値と白色光Ｇ画像データの画素の輝度値との間の第１輝度比Ｓ１／Ｓ３は、その値が主に血液量だけに依存して変化する。従って、この性質を利用することによって、波長４７０ｎｍ近辺、ＧおよびＲの波長範囲を含む３波長範囲の分光画像から、酸素飽和度と血液量とを分離してそれぞれの値を正確に算出することができる。これに基づいて作成したものが、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および酸素飽和度との相関関係を表す前述の図１３のグラフである。
【００６７】
血液量−酸素飽和度算出部１１６は、相関関係記憶部１１４に記憶された相関関係に基づき、輝度比算出部１１２で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３およびＳ２／Ｓ３に対応する血液量および酸素飽和度を算出する。
酸素飽和度画像生成部１１８は、酸素飽和度の大小に応じてカラー情報が割り当てられたカラーテーブル（図示せず）を備えている。カラーテーブルには、例えば、低酸素飽和度であるときにはシアン、中酸素飽和度であるときにはマゼンダ、高酸素飽和度であるときにはイエローというように、酸素飽和度の程度に応じて、明瞭に区別することができる色が割り当てられている。酸素飽和度画像生成部１１８は、このようなカラーテーブルを用い、血液量−酸素飽和度算出部１１６で算出された酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。なお、カラーテーブルは、入力部１７から入力される指示によって切り替えが可能であり、例えば、胃、十二指腸、小腸等のように、観察する部位に合ったものが選択される。
そして、酸素飽和度画像生成部１１８は、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報を特定すると、第１フレームにおいて通常光画像処理部１０２において生成され、記憶部６７に記憶されている白色光による通常観察画像の通常光画像データを読み出し、読み出された通常光画像データに対してカラー情報を反映、重畳させる、即ち、通常観察画像に対してカラー情報画像を合成することにより、血中ヘモグロビンの酸素飽和度が反映（疑似カラー表示）された酸素飽和度画像データを生成する。
【００６８】
第１画像処理部１０６で生成された酸素飽和度画像データは、制御部６５に送られ、制御部６５で各種情報と共に、内視鏡観察画像にされて、スクリーニング診断画像として表示部１５に表示され、必要に応じて、メモリやストレージ装置からなる記憶部６７に記憶される。
このように、スクリーニング診断モードにおいては、第１フレームで生成された白色光による通常観察画像に第２フレームにおいて生成された酸素飽和度に対応するカラー情報を重畳して表示部１５に表示することができるので、即ち、２フレームで血管画像情報（生体情報）取得して表示するので、表示された血管画像情報を含む画像は、高フレームレートで得られた滑らかな画像であり、スクリーニング診断に適した画像である。
【００６９】
一方、第２画像処理部１０８は、図１４に示すように、精査診断モードにおいて、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び蛍光体５７からの疑似白色光、及び第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５による撮像画像データに基づいて、被検体の血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を算出し、算出した酸素飽和度の情報に基づいて、酸素飽和度の分布を疑似カラー表示するための酸素飽和度画像を出力するもので、輝度比算出部１２０と、相関関係記憶部１２２と、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４と、酸素飽和度画像生成部１２６と、血管深さ画像生成部１２８と、を有する。
【００７０】
精査診断モードでは、図１５及び上記の表１に示すように、系統１の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１aと系統２の第２の照明光源部４３の両方が用いられ、第１フレームにおいて狭帯域光源４１a（ＬＤ４４５）及び蛍光体５７の組み合わせからの疑似白色光による撮像画像データ（白色光ＲＧＢ画像データ）が取得され、通常観察画像が生成され、第２フレームにおいて狭帯域光源４３ａ（ＬＤ４４５）からの狭帯域光Ｎ３（４４５ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データ（以下、４４５成分画像データという）が取得され、第３フレームにおいて狭帯域光源４３ｂ（ＬＤ４４５）からの狭帯域光Ｎ４（４７３ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データである４７３成分画像データが取得され、第４フレームにおいて狭帯域光源４３ｃ（ＬＤ４０５）からの狭帯域光Ｎ３（４０５ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データ（以下、４０５成分画像データという）が取得され、酸素飽和度画像が生成される。
光源制御部４９は、狭帯域光源４１ａ及び４３ａ〜４３ｃをそれぞれ第１〜第４フレームにのみ点灯するように点灯制御し、撮像制御部６２は、撮像素子２１を各フレーム毎に駆動し、それぞれの画像データを取得するように撮像フレーム制御する。
【００７１】
精査診断モードの第１フレームにおいては、スクリーニング診断モードの第１フレームと同様に、取得された白色光ＢＧＲ画像データに基づいて、通常光画像処理部１０２において白色光による通常観察画像の通常光画像データを生成しておき、記憶部６７に記憶させておく。
一方、第２フレームにおいては、スクリーニング診断モードと異なり、４４５ｎｍの狭帯域光Ｎ３のみが被検体に照射されるので、図５（Ｂ）に示すカラーフィルタを持つ撮像素子２１においても、４４５成分画像データを取得することができる。同様に、第３フレームにおいては、４７３ｎｍの狭帯域光Ｎ４のみが被検体に照射されるので、撮像素子２１において４７３成分画像データを取得することができ、第４フレームにおいては、４０５ｎｍの狭帯域光Ｎ５のみが被検体に照射されるので、撮像素子２１において４０５成分画像データを取得することができる。なお、第２〜４フレームにおいて取得された４４５成分画像データ、４７３成分画像データ及び４０５成分画像データは記憶部６７に記憶させておくのが良い。
【００７２】
輝度比算出部１２０は、第２〜４フレームにおいて取得された４４５成分画像データ、４７３成分画像データ及び４０５成分画像データとから、血管が含まれる血管領域を特定する。そして、輝度比算出部１２０は、血管領域内の同じ位置の画素について、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光係数（吸光度）の大小関係が逆転する波長範囲の２つの狭帯域光の反射光に対応する画像データ画素の輝度値をＳ１及びＳ２とし、吸光係数が同じになる波長範囲の１つの狭帯域光の反射光に対応する画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を求める。ここでは、Ｓ１は、４４５成分画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は４７３成分画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は４０５成分画像データの画素の輝度値を表している。
【００７３】
図１２に示すようなヘモグロビンの吸光特性を鑑みると、酸素飽和度によって吸光度に違いが出る波長が４４５ｎｍと４０５ｎｍにあること、及び血管深さ情報抽出のためには深達度の短い短波長領域が必要となることから、第３〜第５狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５には、中心波長が４５０ｎｍ以下の波長領域を持つ狭帯域光を少なくとも１つ含めることが好ましい。このような狭帯域光は、本実施形態では第３及び第５狭帯域光に相当する。また、酸素飽和度が同じでも、波長が異なれば吸収係数の値も異なり、粘膜中の深達度も異なっている。したがって、波長によって深達度が異なる光の特性を利用することで、輝度比と血管深さの相関関係を得ることができる。
【００７４】
相関関係記憶部１２２は、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係も、血管が図１２に示すヘモグロビンの吸光係数を有する場合の相関関係であり、これまでの診断等で蓄積された多数の画像データを分析することにより得られたものである。
相関関係記憶部１２２は、図１６に示すように、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を表す輝度座標系８２の座標と、酸素飽和度及び血管深さを表す血管情報座標系８３の座標との対応付けによって、相関関係を記憶している。輝度座標系８２はＸＹ座標系であり、Ｘ軸は第１輝度比Ｓ１／Ｓ３を、Ｙ軸は第２輝度比Ｓ２／Ｓ３を表している。血管情報座標系８３は輝度座標系８２上に設けられたＵＶ座標系であり、Ｕ軸は血管深さを、Ｖ軸は酸素飽和度を表している。Ｕ軸は、血管深さが輝度座標系８２に対して正の相関関係があることから、正の傾きを有している。このＵ軸に関して、右斜め上に行くほど血管は浅いことを、左斜め下に行くほど血管が深いことを示している。一方、Ｖ軸は、酸素飽和度が輝度座標系８２に対して負の相関関係を有することから、負の傾きを有している。このＶ軸に関して、左斜め上に行くほど酸素飽和度が低いことを、右斜め下に行くほど酸素飽和度が高いことを示している。
【００７５】
また、血管情報座標系８３においては、Ｕ軸とＶ軸とは、交点Ｐで直交している。これは、第２フレームの第３狭帯域光Ｎ３の照射時と第３フレームの第４狭帯域光Ｎ４の照射時とで吸光の大小関係が逆転しているためである。即ち、図１２に示すように、波長が４４０±１０ｎｍである第３狭帯域光Ｎ３を照射した場合には、還元ヘモグロビン８０の吸光係数は、酸素飽和度が高い酸化ヘモグロビン８１の吸光係数よりも大きくなるのに対して、波長が４７０±１０ｎｍである第４狭帯域光Ｎ４を照射した場合には、酸化ヘモグロビン８１の吸光係数のほうが還元ヘモグロビン８０の吸光係数よりも大きくなっているため、吸光の大小関係が逆転している。
なお、第３〜第５狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５に代えて、吸光の大小関係が逆転しない狭帯域光を照射したときには、Ｕ軸とＶ軸とは直交しなくなる。また、波長が４００±１０ｎｍである第５狭帯域光Ｎ５を照射したときには、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数はほぼ等しくなっている。
【００７６】
血管深さ−酸素飽和度算出部１２４は、相関関係記憶部１２２の相関関係に基づき、輝度比算出部１２０で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３に対応する酸素飽和度と血管深さを特定する。ここで、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４は、輝度比算出部１２０で算出された、血管領域内の所定画素についての第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３から、輝度座標系８２において対応する座標点（Ｘ、Ｙ）を特定し、特定された座標点（Ｘ、Ｙ）を血管情報座標系８３上の座標点としたＵＶ座標上の値を求め、座標点（Ｕ、Ｖ）を特定する。これにより、血管領域内の所定位置の画素について、血管深さ情報Ｕ及び酸素飽和度情報Ｖを求めることができる。
【００７７】
酸素飽和度画像生成部１２６は、第１画像処理部１０６の酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、酸素飽和度の大小に応じてカラー情報が割り当てられたカラーテーブル（図示せず）を備えている。酸素飽和度画像生成部１２６は、カラーテーブルから血管深さ−酸素飽和度算出部１２４で算出された酸素飽和度情報Ｖに対応するカラー情報を特定する。
そして、酸素飽和度画像生成部１２６は、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報を特定すると、酸素飽和度画像生成部１１８と同様にして、血中ヘモグロビンの酸素飽和度が反映（疑似カラー表示）された酸素飽和度画像データを生成する。
【００７８】
血管深さ画像生成部１２８は、血管深さの程度に応じてカラー情報が割り当てられたカラーテーブル（図示せず）を備えている。カラーテーブルには、例えば、血管深さが表層であるときには青、中層であるときには緑、深層であるときには赤というように、血管深さの程度に応じて、明瞭に区別することができる色が割り当てられている。血管深さ画像生成部１２８は、カラーテーブルから、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４で算出された血管深さ情報Ｕに対応するカラー情報を特定する。
血管深さ画像生成部１２８は、血管領域内の全ての画素についてカラー情報が特定されると、酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、記憶部６７に記憶されている通常観察画像の通常光画像データを読み出し、読み出された通常光画像データに対してカラー情報を反映、重畳させる、即ち、通常観察画像に対してカラー情報画像を合成することにより、血管深さの情報が反映された血管深さ画像データを生成する。生成された血管深さ画像データは再度記憶部６７に記憶される。なお、カラー情報は、通常光画像データにではなく、第３〜第５狭帯域光の成分画像データのいずれか、あるいはこれらを合成した合成画像に対して反映させてもよい。
なお、血管深さ画像を必要としない場合には、血管深さ画像生成部１２８は設けなくても良い。
【００７９】
第２画像処理部１０８で生成された酸素飽和度画像データ及び血管深さ画像データは、制御部６５に送られ、制御部６５で各種情報と共に、内視鏡観察のための酸素飽和度画像及び血管深さ画像にされ、それぞれ入力部１７の画像切替ＳＷ１７ａによって切り替えられ、酸素飽和度画像及び血管深さ画像がそれぞれ精査診断画像として表示部１５に表示され、必要に応じて、記憶部６７に記憶される。
このように、精査診断モードにおいては、第２〜第４フレームで酸素飽和度や血管深さの算出に最も適した３種の狭帯域光を用いて各狭帯域光成分の画像データを取得して酸素飽和度や血管深さの算出を行っているので、フレームレートは低くなるが、正確かつ高精度に酸素飽和度や血管深さを算出することができるので、表示された血管画像情報を含む画像は、高精度で正確な酸素飽和度画像や血管深さ画像であり、病変部等の詳細かつ正確な診断を行うことができる精査診断に適した画像である。
【００８０】
制御部６５は、各診断モードにおいて画像処理済の画像データを応じた観察画像を表示部１５に表示させるための表示制御部６５ａと、内視鏡１１、光源装置１２及びプロセッサ１３内の各部を制御するコントローラ６５ｂとを有する。
表示制御回路６５ａは、記憶部６７から１又は複数の画像を読み出し、読み出した画像を表示部１５に表示するためのものである。画像の表示形態としては様々なパターンが考えられる。例えば、表示部１５の一方の側に通常画像を表示させ、他方の側に、酸素飽和度画像を表示させるようにしても良いし、血管深さ画像や、血液量を表す画像を表示させるようにしても良い。また、酸素飽和度画像、血管深さ画像、及び血液量を表す画像の中から、入力部１７の画像切替ＳＷ１７ａ（図３参照）により選択された血管深さ画像、酸素飽和度画像又は血管深さ画像のいずれか、若しくは、２以上を表示させるようにしても良い。ここで、酸素飽和度画像では、例えば、低酸素飽和度を示す血管画像はシアンで、中酸素飽和度を示す血管画像はマゼンダで、高酸素飽和度を示す血管画像はイエローで表すことができる。一方、血管深さ画像では、例えば、表層血管を示す血管画像は青色で、中層血管を示す血管画像は緑色で、深層血管を示す血管画像は赤色で表すことができる。
なお、酸素飽和度、血管深さ及び血液量等を文字情報等の線画像として表示部１５に表示しても良い。
【００８１】
コントローラ６５ｂは、上記表１に示すように、各診断モードに応じて各フレーム毎に光源装置１２の光源制御部４９が第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂ並びに第２の光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃの点灯制御するように、光源制御部４９に各光源の点灯制御信号を伝送して、光源制御部４９を制御する。また、コントローラ６５ｂは、内視鏡１１の撮影制御部６２が、各診断モードに応じた各フレーム毎の光源制御部４９による各光源の点灯に応じて撮像素子２１による撮像を行わせるように、撮影制御部６２に撮影指示信号を伝送して、撮影制御部６２を制御する。
記憶部６７は、メモリやストレージ装置からなり、各観察モードの撮像画像の画像データや、画像処理部６３で生成される酸素飽和度画像、血管深さ画像、及び血液量を表す画像の画像データや、その他、内視鏡装置１０、特に、内視鏡１１、プロセッサ１３及び光源装置１２等の駆動、操作、制御等において必要となる各種データやプログラムを記憶するものである。
【００８２】
次に、本実施形態の内視鏡診断装置の作用を説明する。
まず、通常観察モードの場合の作用を説明する。
観察モード等の指示が、内視鏡装置１０の入力部１７からプロセッサ１３の制御部６５に入力され、通常観察モードに設定される。
通常観察モードの場合、プロセッサ１３の制御部６５により光源装置１２の光源制御部４９の動作が制御され、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃがオフとされ、ＬＤ４４５から通常観察用の励起光Ｅが発せられる。
【００８３】
内視鏡１１では、光源装置１２から発せられる通常観察用の励起光Ｅが、それぞれ光ファイバ５５ａ、５５ｄによってスコープ先端部３５の蛍光体５７へ導光される。これにより、蛍光体５７から疑似白色光が発せられ、それぞれ、照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。そして、被観察領域からの反射光が対物レンズユニット３９により集光され、撮像素子２１により光電変換されて白色光画像の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
白色光画像の撮像信号（アナログ信号）は、ＡＦＥ６１により画像信号（デジタル信号）に変換され、画像処理部６３に入力され、ＤＳＰ６４によりデジタル信号処理され、観察モードに従って、通常光画像処理部７２により通常観察画像に適した所定の画像処理が施され、通常光画像データが出力される。そして、制御部６５により、通常光画像データに基づいて通常観察画像が表示部１５上に表示される。
【００８４】
次に、特殊光観察モードの場合の動作を説明する。
まず、観察モード等の指示が、内視鏡装置１０の入力部１７からプロセッサ１３の制御部６５に入力され、特殊光観察モードのスクリーニング診断モードに設定される。又は、通常光画像モードから特殊光観察モードのスクリーニング診断モードに切り替えられる。特殊光観察モードになると、入力部１７の操作によって、胃、十二指腸、小腸など現時点での観察部位の情報が指定される。これにより、酸素飽和度画像生成部１１８、１２６及び血管深さ画像生成部１２８において、その観察部位に応じたカラーテーブルが選択される。
【００８５】
スクリーニング診断モードでは、２フレームを１組として、１フレーム毎に照射パターンの異なる照明光が照射される。
まず、第１フレームにおいて、通常観察モードと同様に、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃがオフとされ、ＬＤ４４５から通常観察用の励起光Ｅが発せられ、撮像素子２１により撮像されて撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて白色光ＲＧＢ画像データとされ、記憶部６７に記憶されると共に、通常光画像処理部１０２により通常観察画像に適した所定の画像処理が施され、通常光画像データが出力され、記憶部６７に記憶される。
【００８６】
続いて、第２フレームにおいて、系統１のＬＤ４４５がオフとされ、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ｂ（ＬＤ４７３）がオン、残りの狭帯域光源４３ａ〜４３ｃもオフのまま維持され、ＬＤ４７３から狭帯域光Ｎ２が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ２が、それぞれ光ファイバ５５ａ、５５ｄによってスコープ先端部３５の蛍光体５７へ導光される。これにより、蛍光体５７を透過したほとんどの狭帯域光Ｎ２と、蛍光体５７で発生した少しの蛍光との合成光が、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第１フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されてＲＧＢ画像データとされ、必要に応じて記憶部６７に記憶されると共に、画像処理部６３の特殊光画像処理部１０４の第１画像処理部１０６に送られる。
【００８７】
次に、第１画像処理部１０６の分光推定部１１０で第２フレームで得られたＲＧＢ画像データを用いて分光推定され、４７３成分画像データが生成され、輝度比算出部１１２に送られる。
次に、輝度比算出部１１２では、記憶部６７に記憶された白色光Ｇ画像データ及び白色光Ｒ画像データが読み出され、送られた４７３成分画像データから、血管を含む血管領域を特定する。続いて、輝度比算出部１１２は、血管領域内の同じ位置の画素について、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値をＳ１、４７３成分画像データの画素の輝度値をＳ２、白色光Ｇ画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を算出する。
【００８８】
こうして得られた第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３は、血液量−酸素飽和度算出部１１６に送られる。
続いて、血液量−酸素飽和度算出部１１６では、相関関係記憶部１１４に記憶されている、図１３に示す分光輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および酸素飽和度との間の相関関係に基づいて、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３に対応する、血液量および酸素飽和度の情報を算出する。こうして算出された血液量および酸素飽和度の情報は、酸素飽和度画像生成部１１８に送られる。
【００８９】
次に、酸素飽和度画像生成部１１８は、血液量および酸素飽和度が求まると、選択されたカラーテーブルに基づき、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について、上述した手順で、血液量および酸素飽和度を求め、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について酸素飽和度とそれに対応するカラー情報が得られると、酸素飽和度画像生成部１１８は、記憶部６７から参照画像となる通常観察画像の通常光画像データを読み出し、この通常観察画像に対してカラー情報を反映させることにより、酸素飽和度画像データを生成する。生成された酸素飽和度画像データは、記憶部６７に記憶される。
【００９０】
そして、制御部６５は、記憶部６７から酸素飽和度画像データを読み出し、読み出した酸素飽和度画像データに基づいて、酸素飽和度画像を表示部１５に疑似カラー表示する。
上記のようにして、内視鏡装置１０では、血管の深さの影響を低減しつつ、血液量を考慮して酸素飽和度の情報を正確に算出し、通常観察画像に酸素飽和度の分布を疑似カラー画像として重畳した滑らかなスクリーニング診断画像を内視鏡１１の動きに対して追随可能な高フレームレートで表示することができる。
【００９１】
次に、特殊光観察モードのスクリーニング診断モードから精査診断モードに切り替えられる。
精査診断モードでは、４フレームを１組として、１フレーム毎に照射パターンの異なる照明光が照射される。
まず、第１フレームにおいて、スクリーニング診断モードと同様に、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃがオフとされ、ＬＤ４４５から通常観察用の励起光Ｅが発せられ、撮像素子２１により撮像されて撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて白色光ＲＧＢ画像データとされ、記憶部６７に記憶されると共に、通常光画像処理部１０２により通常観察画像に適した所定の画像処理が施され、通常光画像データが出力され、記憶部６７に記憶される。
【００９２】
続いて、第２フレームにおいて、系統１のＬＤ４４５がオフとされ、系統２の第２の光源部４３の狭帯域光源４３ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ｂ〜４３ｃもオフのまま維持され、系統２のＬＤ４４５から狭帯域光Ｎ３が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ３が、それぞれ光ファイバ５５ｂ、５５ｃによってスコープ先端部３５の光偏向・拡散部材５８へ導光される。これにより、光偏向・拡散部材５８で光量が均一化された狭帯域光Ｎ３が、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第１フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて、４４５成分画像データとされ、記憶部６７に記憶される。
【００９３】
続いて、第３フレームにおいて、系統２のＬＤ４４５がオフとされ、系統２の狭帯域光源４３ｂ（ＬＤ４７３）がオン、残りの狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ及び４３ｃもオフのまま維持され、系統２のＬＤ４７３から狭帯域光Ｎ４が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ４が、第２フレームと同様に、それぞれ光ファイバ５５ｂ、５５ｃによってスコープ先端部３５へ導光され、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第２フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて、４７３成分画像データとされ、記憶部６７に記憶される。
【００９４】
続いて、第４フレームにおいて、系統２のＬＤ４７３がオフとされ、系統２の狭帯域光源４３ｃ（ＬＤ４０５）がオン、残りの狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ及び４３ａもオフのまま維持され、系統２のＬＤ４０５から狭帯域光Ｎ５が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ５が、第３フレームと同様に、それぞれ光ファイバ５５ｂ、５５ｃによってスコープ先端部３５へ導光され、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第３フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて、４０５成分画像データとされ、記憶部６７に記憶されると共に、画像処理部６３の特殊光画像処理部１０４の第２画像処理部１０８に送られる。
【００９５】
次に、第２画像処理部１０６の輝度比算出部１２０では、記憶部６７に記憶された４４５成分画像データ、４７３成分画像データ及び４０５成分画像データを読み出し、これらの成分画像データから血管を含む血管領域を特定する。続いて、輝度比算出部１２０は、血管領域内の同じ位置の画素について、４４５成分画像データの画素の輝度値をＳ１、４７３成分画像データの画素の輝度値をＳ２、４０５成分画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を算出する。
【００９６】
こうして得られた第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３は、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４に送られる。
血管深さ−酸素飽和度算出部１２４では、相関関係記憶部１２２に記憶されている、図１６に示す分光輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、酸素飽和度及び血管深さとの間の相関関係に基づいて、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３に対応する酸素飽和度及び血管深さの情報を算出する。こうして算出された酸素飽和度及び血管深さの情報は、酸素飽和度画像生成部１２６及び／又は血管深さ画像生成部１２８に送られる。
【００９７】
酸素飽和度画像生成部１２６は、酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、酸素飽和度が求まると、選択されたカラーテーブルに基づき、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について、上述した手順で酸素飽和度を求め、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について酸素飽和度とそれに対応するカラー情報が得られると、酸素飽和度画像生成部１２６は、記憶部６７から参照画像となる通常観察画像の通常光画像データを読み出し、この通常観察画像に対してカラー情報を反映させることにより、酸素飽和度画像データを生成する。生成された酸素飽和度画像データは、記憶部６７に記憶される。
【００９８】
血管深さ画像生成部１２８は、血管深さ情報が求まると、選択されたカラーテーブルに基づき、血管深さ情報に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について、上述の手順で血管深さを求め、血管深さに対応するカラー情報を特定する。
血管領域内の全ての画素についてカラー情報が特定されると、血管深さ画像生成部１２８は、酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、記憶部６７に記憶されている通常観察画像の通常光画像データを読み出し、読み出された通常光画像データに対してカラー情報を反映させることにより、血管深さ情報が反映された血管深さ画像データを生成する。生成された血管深さ画像データは再度記憶部６７に記憶される。
【００９９】
そして、制御部６５は、記憶部６７から酸素飽和度画像データ及び／又は血管深さ画像データを読み出し、読み出した酸素飽和度画像データ及び／又は血管深さ画像データに基づいて、酸素飽和度画像及び／又は血管深さ画像を表示部１５に疑似カラー表示する。
上記のようにして、内視鏡装置１０では、血管の深さを考慮して酸素飽和度の情報を正確に算出し、通常観察画像に酸素飽和度の分布を疑似カラー画像として重畳した高精度かつ正確な精査診断画像を表示することができる。
【０１００】
上述した実施例においては、第１画像処理部１０６において、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と血液量及び酸素飽和度との相関関係から酸素飽和度を算出し、第２画像処理部１０８において、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と酸素飽和度及び血管深さとの相関関係から酸素飽和度及び血管深さを算出しているが、本発明はこれに限定されず、図１７（Ａ）に示すように、第１画像処理部１０６ａにおいて、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と酸素飽和度及び血管深さとの相関関係から酸素飽和度及び血管深さを算出し、図１７（Ｂ）に示すように、第２画像処理部１０８ａにおいて、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と血液量及び酸素飽和度との相関関係から酸素飽和度を算出しても良いし、第１画像処理部１０６及び第２画像処理部１０８ａにおいて、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と血液量及び酸素飽和度との相関関係から酸素飽和度を算出しても良いし、第１画像処理部１０６ａ及び第２画像処理部１０８において、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と酸素飽和度及び血管深さとの相関関係から酸素飽和度及び血管深さを算出しても良い。
【０１０１】
第１画像処理部１０６ａは、図１７（Ａ）に示すように、分光推定部１１０と、輝度比算出部１１２と、相関関係記憶部１２２ａと、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４ａと、酸素飽和度画像生成部１２６ａとを有する。なお、第１画像処理部１０６ａは、血管深さ画像生成部を有していても良い。
分光推定部１１０及び輝度比算出部１１２は、第１画像処理部１０６で用いられるものと全く同様の構成である。
相関関係記憶部１２２ａ、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４ａ及び酸素飽和度画像生成部１２６ａは、それぞれ第２画像処理部１０８の相関関係記憶部１２２、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４及び酸素飽和度画像生成部１２６と、輝度値Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の値が、それぞれ４４５成分画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び４０５成分画像データの画素の輝度値であるのに対し、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び白色光Ｇ画像データの画素の輝度値である点で異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、その説明は省略する。
【０１０２】
第２画像処理部１０８ａは、図１７（Ｂ）に示すように、輝度比算出部１２０と、相関関係記憶部１１４ａと、血液量−酸素飽和度算出部１１６ａと、酸素飽和度画像生成部１１８ａとを有する。
輝度比算出部１２０は、第１画像処理部１０６で用いられるものと全く同様の構成である。
相関関係記憶部１１４ａ、血液量−酸素飽和度算出部１１６ａ及び酸素飽和度画像生成部１１８ａは、それぞれ第１画像処理部１０６の相関関係記憶部１１４、血液量−酸素飽和度算出部１１６及び酸素飽和度画像生成部１１８と、輝度値Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の値が、それぞれ白色光Ｒ画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び白色光Ｇ画像データの画素の輝度値であるのに対し、４４５成分画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び４０５成分画像データの画素の輝度値である点で異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、その説明は省略する。
【０１０３】
以上、本発明に係る内視鏡装置について種々の実施形態及び実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 内視鏡装置
１１ 内視鏡
１２ 光源装置
１３ プロセッサ
１５ 表示部
１７ 入力部
１９ 挿入部
２１ 撮像素子
２３ 操作部
２４ ユニバーサルコード
２５ａ、２５ｂ コネクタ部
３１ 軟性部
３３ 湾曲部
３５ 先端部
３７ａ、３７ｂ 照射口
３９ 対物レンズユニット
４０ 観察窓
４１、４３ 照明光源部
４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 狭帯域光源
４９ 光源制御部
５１ａ、５１ｂ コンバイナ
５３ａ、５３ｂ カプラ
５５ａ〜５５ｄ 光ファイバ
５７ 蛍光体
５８ 光偏向・拡散部材
６１ アナログ処理回路（ＡＦＥ）
６２ 撮像制御部
６３ 画像処理部
６４ デジタル信号処理回部（ＤＳＰ）
６５ 制御部
６５ａ 表示制御回路
６５ｂ コントローラ
６７ 記憶部
７１ａ、７１ｂ ７１ｃ、７１ｄ 投光ユニット
１０２ 通常光画像処理部
１０４ 特殊光画像処理部
１０６、１０６ａ 第１画像処理部
１０８，１０８ａ 第２画像処理部
１１０ 分光推定部
１１２、１２０ 輝度比算出部
１１４、１１４ａ、１２２、１２２ａ 相関関係記憶部
１１６、１１６ａ 血液量−酸素飽和度算出部
１１８、１１８ａ、１２６、１２６ａ 酸素飽和度画像生成部
１２４、１２４ａ 血管深さ−酸素飽和度算出部
１２８ 血管深さ画像生成部
Ｅ 励起光
Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５ 狭帯域光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の照明をスクリーニング診断（観察）及び精査診断（観察）など目的別に切り替えて使用して、スクリーニング診断では高フレームレートで観察に適した滑らかな診断画像を得ることができ、精査診断では高精度な診断画像を得ることができる内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡による画像診断においては、正確かつ精密・詳細に体腔内の癌、特に、早期癌等の病巣部位や病変部位や出血部等の異常部位を観察し、診断する精査観察や精査診断の前に、体腔内の広い範囲の各部位からこれらの異常が疑われる部位を見つけ出すスクリーニング観察・検査やスクリーニング診断が行われている。
内視鏡によるスクリーニング観察・診断においては、体腔内の広い範囲を観察し、診断する必要があるため、観察・診断画像としては、体腔内を移動しながら広い範囲全体を遠目で観察し、診断する必要があり、明るい画像であることが要求され、又、滑らかな映像（動画像）であることが要求される。
一方、内視鏡による精査観察・診断においては、スクリーニング観察・診断において見つけ出された異常が疑われる部位に近付いて、当該部位が癌等の異常部位であるかどうかを正確に観察・診断する必要があるため、観察・診断画像としては、略固定され、近接・拡大された状態で当該部位を観察し、診断する必要があり、又、当該部位の複数の特徴の生体変化を捉える必要があり、様々な波長の光を用いて複数の画像を得ることが要求される。
【０００３】
このため、スクリーニング観察・診断（以下、診断で総称する）は、一般的に、通常の白色照明光による通常光観察で行われており、精査診断は、一般的に、拡大された対象部位の特殊光観察によって行われている。特殊光観察としては、生体組織に対する光の深さ方向の深達度が光の波長に依存することを利用して、特定の中心波長を持つ狭い波長帯域光（狭帯域光）を生体の粘膜組織に照射し、生体組織の所望の深さの組織情報、特に所定の深さの血管（表層血管（青色：Ｂ）、中層血管（緑色：Ｇ）、深層血管（赤色：Ｒ）等）の形態情報を得て、癌組織等の病巣の存在の有無を診断する狭帯域光観察や、ヘモグロビンの吸光度を利用して、Ｂ領域の狭帯域光を生体組織に照射し、血液中の酸素飽和度を測定する狭帯域光観察や、ヘモグロビンの吸光度や血液中で蛋白と結合するＩＣＧ（インドシアニングリーン）の吸光度等を利用して、近赤外光を生体組織に照射し、血液中の酸素飽和度を測定して、血管を造影する赤外光観察や、特定の、狭い波長帯域の励起光が照射された生体組織自体から発生する自家蛍光、又は、生体組織の中の癌細胞等の特定の病巣に散布された蛍光薬剤から発生する蛍光を用いて癌細胞等の病巣の存在の有無を診断する蛍光観察等が行われている。
【０００４】
特許文献１には、被写体像の倍率を遠隔操作によって可変であり、通常観察を行うことができる対物ズーム光学系と、被写体の顕微鏡的拡大像を得ることができる共焦点光学系とが挿入部の先端内に併設し、対物ズーム光学系のためのビデオプロセッサ及びメインモニタと、共焦点光学系のための共焦点像プロセッサ及び共焦点像モニタとをそれぞれ別々に設けた拡大観察用内視鏡装置が提案されている。
特許文献１に開示の拡大観察用内視鏡装置では、ビデオプロセッサ内の光源ランプから射出され、対物ズーム光学系に入射した通常の白色照明光を被写体に向けて照射し、被写体からの反射光を固体撮像素子で受光して撮像し、撮像した映像信号をビデオプロセッサ内の映像信号処理回路で処理し、撮像した被写体画像をメインモニタに表示することにより、通常観察によるスクリーニングが行われる。このスクリーニングにおいて、異常が疑われる部位が見つかると、対物ズーム光学系を遠隔操作し、当該部位の被写体像の倍率を共焦点光学系の拡大倍率まで拡大して、メインモニタに拡大画像を表示する。この後、共焦点光学系に切り替え、共焦点像プロセッサ内のレーザ光源から射出され、共焦点光学系に入射したレーザ光による反射光を共焦点像プロセッサ内の受光素子で受光し、その映像信号を映像信号処理回路で処理し、被写体の顕微鏡的拡大像を共焦点モニタに表示する。
こうすることにより、当該拡大観察用内視鏡装置では、スクリーニングで見つかった異常が疑われる部位の拡大画像に対応する顕微鏡的拡大像を精査診断することができるとしている。
【０００５】
一方、特殊光観察では、特許文献２に、反射光画像を提示する通常光観察モード、蛍光強度画像を提示するスクリーニング蛍光観察モード（第１の蛍光観察モード）、蛍光強度画像から演算によって求めた蛍光薬剤の濃度分布を提示するアンミキシング蛍光観察モード（第２の蛍光観察モード）の３つの観察モードを持ち、モード切替スイッチによって、適切な観察モードを選択することができる内視鏡システムが提案されている。
この内視鏡システムでは、光源として、キセノンランプ等の白色光源と切替ＲＧＢカラーフィルタとからなる照明光用光源、及び波長の異なるピーク波長６８０ｎｍ並びに７００ｎｍの励起光を出射する半導体レーザからなる２つの励起光源を用いるもので、通常のスクリーニング、すなわち、内視鏡の先端挿入部を体腔内に挿入して、観察したい部位まで導く間は、照明光用光源を用いた通常光観察モードによって撮影される。通常光観察モードでは、照明光用光源は常時点灯され、ＲＧＢカラーフィルタによるＲＧＢ面順次光による反射光を撮像素子により受光して観察部位をカラー画像として撮像し、表示ユニットに観察部位のカラー画像を表示している。なお、このモードでは、２つの励起光源は消灯される。内視鏡の先端挿入部が観察部位に至るとスクリーニング蛍光観察モードに切り替えられ、観察対象部位の洗浄及び２種の蛍光プローブの散布が行われる。
【０００６】
スクリーニング蛍光観察モードでは、照明光用光源と１つの励起光源とが用いられ、他の１つの励起光源は用いられないが、照明光用光源が点灯された時には、カラーフィルタによりＢ照明光のみを観察部位に照射し、撮像素子により反射光画像（Ｂ）として撮像され、１つの励起光源が点灯された時には、出射された励起光により観察対象に散布された２種の蛍光プローブが励起されて発生した２種類の蛍光が励起光カットフィルタを備えた撮像素子により蛍光画像として撮像され、蛍光画像と反射光画像とが重ね合わされた画像として表示ユニットに表示され、蛍光が発生していなければ、通常観察モードに切り替えられ、内視鏡の先端挿入部を次の観察部位に移動する。一方、蛍光が発生していれば、アンミキシング観察モードに切り替えられる。
アンミキシング観察モードでは、照明光用光源と２つの励起光源とが用いられ、同様にして、反射光画像と２種類の蛍光が混色した２種類の蛍光画像とが取得され、２種類の蛍光画像から各蛍光プローブの濃度情報が算出され、表示ユニットに反射光画像に重ね合わせて表示され、２種類の蛍光による濃度情報により、癌細胞の存在の有無を診断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２２８９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１６１５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に開示の拡大観察用内視鏡装置では、白色光による通常観察でスクリーニングを行うと共に、異常が疑われる部位が見つかると、通常観察において対物ズーム光学系による拡大倍率を顕微鏡的拡大像の拡大倍率と略等しくなるように変更し、その後、共焦点光学系により被写体の顕微鏡的拡大像を得て、精査診断を行うことができるが、単位、拡大観察を行うものに過ぎず、特殊光観察による異常部位の診断を行うものではない。
また、この装置では、通常観察用としても、対物ズーム光学系という複雑な光学系を用いる必要があり、構造が複雑になるばかりか、コストがかかるという問題があった。これに加えて、顕微鏡的拡大像を得るための共焦点光学系も必要であり、内視鏡の挿入部の寸法を細くすることができなくなり、被検者の負担が増すことになるという問題があるばかりか、それぞれに応じたプロセッサやモニタが必要であり、構成が複雑になるばかりか、コストがかかるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示の内視鏡システムでは、蛍光観察という特殊光観察によるスクリーニングを行い、スクリーニングで見つけられた蛍光発生部位において蛍光観察による観察対象部位の蛍光薬剤の濃度を可視化して精査診断を行うものである。しかしながら、ここで行われるスクリーニングは、体腔内を移動しながら広い範囲全体を遠目で観察し、診断するための明るい滑らかな映像（動画像）を取得して行われるものではなく、予め、通常光観察モードによる観察を行って、内視鏡の先端挿入部を観察したい部位まで導き、内視鏡の先端挿入部が観察部位に至るとスクリーニング蛍光観察モードに切り替えて、拡大された状態で観察対象部位の蛍光観察を行うものである。このため、この内視鏡システムでは、蛍光観察モードで、体腔内を移動しながら広い範囲全体を遠目で観察し、診断することができず、通常観察モードとスクリーニング蛍光観察モードとを切り替えながら蛍光観察によるスクリーニングを行う必要があり、術者の操作が面倒であるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、簡単な構成で、また、内視鏡の先端挿入部の寸法を太くすることがなく、被検者に負担を強いることがなく、複数種類の照明をスクリーニング診断・観察及び精査診断・観察などに応じて切り替えて使用することができ、スクリーニング診断では高フレームレートで観察に適した滑らかな診断画像を得ることができ、精査診断では高精度な診断画像を得ることができる内視鏡装置を提供することにある。
【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、本発明の内視鏡装置は、少なくとも広帯域光を含む第１の照明光を出射する第１の照明手段と、狭帯域光のみを複数含む第２の照明光を出射する第２の照明手段と、前記第１の照明手段からの前記第１の照明光及び前記第２の照明手段からの前記第２の照明光の発光波長を切り替える発光波長切替手段と、該発光波長切替手段によって切り替えられた前記発光波長の前記第１の照明光又は前記第２の照明光が照射された被写体からの戻り光を受光して撮像フレーム毎に撮像し、撮像信号を出力する撮像手段と、該撮像手段で撮像された前記撮像信号から前記被写体となる生体の形態及び／又は機能に関する生体情報を取得する生体情報取得手段と、該生体情報取得手段によって取得される前記生体情報に応じた、少なくとも２以上の診断モードを切り替えるモード切替手段と、を有し、該モード切替手段で切り替えられる診断モードによって、前記生体情報を取得するための前記第１の照明光及び前記第２の照明光の発光波長を前記発光波長切替手段で切り替える、前記撮像手段による撮像フレーム数を可変させることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記少なくとも２以上の診断モードは、第１の診断モードと第２の診断モードを含み、該第１の診断モードは、フレームレートを優先するフレームレート優先モードであり、前記第２の診断モードは、前記生体情報を優先する生体情報優先モードであり、前記第１の診断モードの前記撮像フレーム数は、前記第２の診断モードの前記撮像フレーム数より少ないのが好ましい。
また、前記フレームレート優先モードは、前記生体情報を用いて前記被写体をスクリーニングするモードであり、前記生体情報優先モードは、前記フレームレート優先モードにおける前記スクリーニングで特定された前記被写体の特定部位の前記生体情報を取得するモードであるのが好ましい。
また、前記第１の診断モードは、前記第１の照明手段からの前記第１の照明光のみによって前記被写体を照明するものであり、前記第２の診断モードは、前記第２の照明手段からの前記第２の照明光よって前記被写体を照明することを少なくとも含むものであるのが好ましい。
【００１３】
また、前記第１の照明手段から出射される前記第１の照明光と、前記第２の照明手段から出射される前記第２の照明光は、異なる照明口から出射され、前記被写体を照明するのが好ましい。
また、前記第１の照明手段は、互いに異なる波長（帯域）の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源と、該２以上の狭帯域光源から出射される各狭帯域光の少なくとも一部を透過すると共に、前記２以上の狭帯域光源の１つ狭帯域光源からの１つの狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体と、を有し、前記１つの狭帯域光による前記蛍光体の透過光と前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として前記蛍光体から出射するものであり、前記第１の照明光は、前記広帯域光である前記合成光と、前記２以上の狭帯域光源の他の１以上の狭帯域光源からの１以上の狭帯域光とを含むものであり、前記第２の照明手段は、前記第２の照明光として異なる波長（帯域）の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源を有するのが好ましい。
【００１４】
また、前記第１の照明手段は、互いに異なる波長（帯域）の第１及び第２の狭帯域光をそれぞれ出射する第１及び第２の狭帯域光源と、前記第１及び第２の狭帯域光のそれぞれの少なくとも一部を透過すると共に、前記第１の狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体とを有し、前記蛍光体を透過した前記第１の狭帯域光と該第１の狭帯域光で励起された前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として出射するものであり、前記第２の照明手段は、互いに異なる波長（帯域）の狭帯域光を出射する３つの狭帯域光源を有し、該３つの狭帯域光源は、それぞれ前記第１及び第２の狭帯域光源と、前記第１及び第２の狭帯域光と波長の異なる第３の狭帯域光を出射する第３の狭帯域光源とを含むのが好ましい。
また、前記第１の狭帯域光は、前記蛍光体から前記蛍光を励起発光させて前記広帯域光として疑似白色光を生成するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、前記第２の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の血液の酸素飽和度を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、前記第３の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の表層血管の情報を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光であるのが好ましい。
【００１５】
また、前記第１の狭帯域光源は、前記第１の狭帯域光として青色領域の波長の狭帯域光を出射する第１青色レーザであり、前記第２の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも長波長の青色領域から青緑色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第２青色レーザであり、前記第３の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも短波長の青紫色領域から青色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第３青色レーザであるのが好ましい。
また、前記第１狭帯域光の波長領域は４４０±１０ｎｍであり、前記第２狭帯域光の波長領域は４７０±１０ｎｍであり、前記第３狭帯域光の波長領域は４００±１０ｎｍであるのが好ましい。
【００１６】
また、前記撮像手段は、少なくとも３つ以上の波長帯域を分離して撮像可能なカラー撮像素子であるのが好ましい。
また、前記内視鏡装置は、さらに、前記広帯域光を前記被写体に照射して前記撮像手段によって撮像された前記撮像信号から、分光推定によって狭帯域画像信号を生成する手段を有するのが好ましい。
さらに、前記生体情報取得手段は、前記生体の血液の酸素飽和度を演算するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単な構成で、また、内視鏡の先端挿入部の寸法を太くすることがなく、被検者に負担を強いることがなく、複数種類の照明をスクリーニング診断・観察及び精査診断・観察などに応じて切り替えて使用することができ、スクリーニング診断では、高フレームレートで観察に適した滑らかな診断画像を得ることができ、精査診断では、高精度な診断画像を得ることができ、その結果、被検者に負担を強いることがなく、常に正確な診断や観察を迅速にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の内視鏡装置の一実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す内視鏡装置の全体構成を概念的に示す模式図である。
【図３】図１に示す内視鏡装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図１に示す内視鏡装置の内視鏡の先端部の蛍光体を備えた投光ユニット、及び光偏向・拡散部材を備えた投光ユニットの断面構成図である。
【図５】（Ａ）は、図１に示す内視鏡装置に用いられる狭帯域光源からの青色レーザ光及び青色レーザ光が蛍光体により波長変換された発光スペクトルと、各狭帯域光源からのレーザ光の発光スペクトルを示すグラフであり、（Ｂ）は、図１に示す内視鏡装置に用いられる撮像素子のカラーフィルタの分光透過率を示すグラフである。
【図６】図１に示す内視鏡装置の内視鏡の先端部の一実施例の概略的な構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示す内視鏡の先端部の分解図である。
【図８】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】図６に示す内視鏡の先端部のＢ方向から見た正面図である。
【図１０】図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１に示す内視鏡装置のスクリーニング診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。
【図１２】血管中のヘモグロビンの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。
【図１３】撮像画像の画素の分光輝度比と血液量および酸素飽和度との相関関係を表すグラフである。
【図１４】図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第２画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１に示す内視鏡装置の精査診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。
【図１６】撮像画像の画素の分光輝度比と血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部及び第２画像処理部の他の実施例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る内視鏡装置を、添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の一実施例の外観を示す斜視図である。図２は、図１に示す内視鏡装置の全体構成を概念的に示す模式図である。図３は、図１に示す内視鏡装置の電気的構成を示すブロック図である。
これらの図に示すように、本発明の内視鏡装置１０は、医療機器の一つであり、被検者の体腔内を撮像する内視鏡１１と、撮像のために体腔内を照射する光を供給する光源装置１２及び撮像により得られた画像信号に基づいて体腔内の被写体組織の血管情報等の生体情報を含む画像等の画像情報を生成するプロセッサ１３を備え、内視鏡１１が接続される制御装置１４と、体腔内の画像等の画像情報を表示するモニタ等からなる表示部１５と、内視鏡装置１０の入力操作を受け付ける入力部１７とを有する。
【００２０】
なお、本発明の内視鏡装置１０は、観察モードとして、通常観察モード（通常光モードともいう）や、特殊光観察モード（特殊光モードともいう）等を備え、特殊光観察モードは、スクリーニング診断モード、すなわち本発明で言うフレームレート優先モード及び精査診断モード、すなわち本発明で言う生体情報優先モード等の診断モードを含む。
なお、以下では、特殊光観察モードにおいて、被検体の生体情報として、生体の血液の酸素飽和度を取得する場合を代表例として説明するが、本発明においては、これに限定されず、血管の深さ情報や、血管の太さ情報や、血管の集合情報や、血管の形状情報や、血液量などの情報を取得するものであっても良いし、特殊光モードとして、狭帯域光観察のみならず、赤外光観察や、自家蛍光観察や、蛍光観察等の特殊観察を行うものであっても良いのはもちろんである。
【００２１】
まず、本実施例の内視鏡１１について説明する。
内視鏡１１は、被検体内に挿入される挿入部１９の先端から照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮像する撮像素子２１（図２参照）を含む撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。内視鏡１１は、と光学的に接続され、プロセッサ１３と電気的に接続される。また、プロセッサ１３は、表示部１５及び入力部１７と電気的に接続される。入力部１７は、通常光モードや、特殊光モードなどの観察モードの設定や機能設定等の入力操作を受け付けるＵＩ（ユーザインタフェース）として機能する。
なお、本発明の内視鏡装置１０は、さらに、表示部１５に加え、図示しないが、画像情報等をハードコピー画像として出力する記録部（記録装置)を有していても良い。
【００２２】
また、内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１９と、挿入部１９の基端部分に設けられ、挿入部１９の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部２３と、操作部１７と制御装置１４との間を連結するユニバーサルコード２４と、ユニバーサルコード２４に取り付けられ、内視鏡１１を制御装置１４に着脱自在に接続するコネクタ部２５ａ、２５ｂを備える。なお、図示しないが、操作部２３及び挿入部１９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る。
挿入部１９は、可撓性を持つ軟性部３１と、湾曲部３３と、先端部３５とから構成される。先端部３５には、図２に示すように、被観察領域へ照明光学系による照明光を照射する照射口３７ａ、３７ｂと、被観察領域の画像情報を取得する撮像素子２１と、撮像素子２１の受光面側に撮像光学系を構成する対物レンズユニット３９とが配置され、対物レンズユニット３９の外側表面が、観察窓４０を構成している。
【００２３】
湾曲部３３は、軟性部３１と先端部３５との間に設けられ、図１に示す操作部２３に配置されたアングルノブ２２の回動操作により湾曲自在にされている。この湾曲部３３は、内視鏡１１が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲でき、内視鏡先端部３５の照射口３７ａ、３７ｂ及び撮像素子２１の観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。
なお、内視鏡１１の内部の照明光学系の構造、及び撮像系の電気的構成、並びに挿入部１９の照射口３７ａ、３７ｂの構造については後に詳述する。
【００２４】
次に、本実施例の制御装置１４の光源装置１２及びプロセッサ１３について説明する。
本発明において、光源装置１２は、内視鏡１１の先端部３５の照射口３７ａ、３７ｂに供給する照明光を発生し、プロセッサ１３は、内視鏡１１の操作部２３や入力部１７からの指示に基づいて、内視鏡１１の撮像素子２１から伝送されてくる撮像信号を画像処理して、表示用画像を生成して表示部１５へ供給する。
光源装置１２は、系統１の光源部である少なくとも広帯域光を含む第１の照明光を出射する第１の照明光源部４１と、系統２の光源部である狭帯域光のみを複数含む第２の照明光を出射する第２の照明光源部４３と、プロセッサ１３の制御部６５からの各観察モードに応じた指示に基づいて第１の照明光源部４１及び第２の照明光源部４３の各狭帯域光源の発光を、各観察モードに応じて、切替制御すると共に、その発光光量を個々に制御する光源制御部４９とを有する。
【００２５】
第１の照明光源部４１は、少なくとも広帯域光源を有し、図示例においては、所定の狭帯域波長を持つ狭帯域光Ｎ１である励起光Ｅを出射する狭帯域光源４１ａと、励起光Ｅと異なる発光波長を持つ狭帯域光Ｎ２を出射する狭帯域光源４１ｂと、励起光Ｅの照射により蛍光を発光する蛍光体５７とを有する。
ここで、狭帯域光源４１ａと蛍光体５７との組み合わせは、励起光及び蛍光からなる白色光等の広帯域光を出射する広帯域光源を構成する。この広帯域光源は、狭帯域光源４１ａから出射された励起光Ｅが蛍光体５７に照射されることにより、蛍光体５７は、励起光Ｅにより励起されて励起光Ｅの波長帯域以外の波長帯域を少なくとも持つ蛍光を発光すると共に励起光Ｅを透過し、発光した蛍光と透過した励起光Ｅとの合成光を疑似白色光として出射する。
一方、蛍光体５７は、狭帯域光源４１ｂから出射される狭帯域光Ｎ２の照射により少しの蛍光を発光するが、励起光Ｅの照射により発光する蛍光に比べて少なく、多くの狭帯域光Ｎ２を透過させる。すなわち、狭帯域光源４１ｂと蛍光体５７との組み合わせでは、蛍光体５７を透過する狭帯域光Ｎ２が支配的であるため、この組み合わせは、狭帯域光Ｎ２を出射する狭帯域光源とみなすことができる。
即ち、図示例では、第１の照明光源部４１から出射される第１の照明光には、広帯域光と狭帯域光Ｎ２とが含まれる。
【００２６】
第２の照明光源部４３は、互いに発光波長の異なる複数の狭帯域光源を有し、図示例においては、所定の狭帯域波長を持つ狭帯域光Ｎ３を出射する狭帯域光源４３ａと、この狭帯域光Ｎ３と異なる発光波長を持つ狭帯域光Ｎ４を出射する狭帯域光源４３ｂと、これらの狭帯域光Ｎ３、Ｎ４と異なる発光波長を持つ狭帯域光Ｎ５を出射する狭帯域光源４３ｃとを有する。すなわち、図示例では、第２の照明光源部４３から出射される第２の照明光には、狭帯域光Ｎ３、Ｎ４及びＮ５のみが含まれる。
【００２７】
なお、本実施形態の構成例においては、狭帯域光源４１ａは、蛍光体５７を励起して蛍光を発光させて、例えば、マイクロホワイト（商品名）と呼ばれる広帯域光源を構成するものであり、励起光Ｅとして、波長が４４０±１０ｎｍに制限された青色のレーザ光（狭帯域光Ｎ１）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４４５ｎｍのＬＤ（レーザダイオード）であるのがより好ましい。
また、狭帯域光源４１ｂは、血液中の酸素飽和度を算出するのに適した光源であり、波長が、４７０±１０ｎｍに、より好ましくは４７３ｎｍに制限された青緑色レーザ光（狭帯域光Ｎ２）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４７３ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）であるのがより好ましい。
【００２８】
また、狭帯域光源４３ａは、狭帯域光源４１ａと同様に、波長が、４４０±１０ｎｍに、より好ましくは４４５ｎｍに制限された青色のレーザ光（狭帯域光Ｎ３）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４４５ｎｍのＬＤであるのがより好ましい。
また、狭帯域光源４３ｂは、狭帯域光源４１ｂと同様に、血液中の酸素飽和度を算出するのに適した光源であり、波長が、４７０±１０ｎｍに、より好ましくは４７３ｎｍに制限された青緑色レーザ光（狭帯域光Ｎ４）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４７３ｎｍのＬＤであるのがより好ましい。
また、狭帯域光源４３ｃは、表層血管の観察に適した光源であり、波長が、４００±１０ｎｍに、より好ましくは４０５ｎｍに制限された青紫色レーザ光（狭帯域光Ｎ５）を出射するのが好ましく、中心発光波長が４０５ｎｍのＬＤであるのがより好ましい。
【００２９】
上記の狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ、４３ａ〜４３ｃは、例えば、ＧａＮ系半導体レーザ（レーザダイオード）が利用でき、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが利用でき、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。また、上記光源として、発光ダイオード等の発光体を用いた構成としてもよい。
光源装置１２の光源制御部４９は、各観察モードに応じて、各狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃの発光の切替制御及び発光量の制御を行うものである。
すなわち、これらの狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ、４３ａ〜４３ｃは、光源制御部４９により各観察モードに応じて、それぞれ個別に調光制御されており、各狭帯域光源の発光のタイミングや光量比は変更自在になっている。
【００３０】
まず、観察モードが通常光モードである場合には、光源制御部４９は、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａのみを点灯し、狭帯域光源４１ｂ、及び第２の照明光源部４２の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃを消灯した状態に制御する。すなわち、通常光モードでは、光源制御部４９からの制御信号に基づいて第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａが点灯され、第１の照明光として、励起光Ｅと蛍光体５７からの蛍光とが合成された疑似白色光からなる広帯域光が第１の照明光源部４１から出射される。
【００３１】
次に、観察モードが特殊光観察モードのスクリーニング診断モードである場合には、光源制御部４９は、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び狭帯域光源４１ｂを順次交互に点灯し、第２の照明光源部４２の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃを消灯した状態に制御する。すなわち、スクリーニング診断モードでは、光源制御部４９からの制御信号に基づいて第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂが順次交互に点灯され、第１の照明光として、上述したように、広帯域光及び狭帯域光Ｎ２が順次交互に第１の照明光源部４１から出射される（後述する図１１参照）。
【００３２】
また、観察モードが特殊光観察モードの精査診断モードである場合には、光源制御部４９は、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び第２の照明光源部４２の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃを、順次交互に点灯し、狭帯域光源４１ｂを消灯した状態に制御する。すなわち、精査診断モードでは、光源制御部４９からの制御信号に基づいて第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａと、第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ、４３ｂ及び４３ｃとが順次交互に点灯され、第１の照明光として、上述の広帯域光が第１の照明光源部４１から、第２の照明光として、狭帯域光Ｎ３、Ｎ４及びＮ５が順次交互に第２の照明光源部４３から出射される（後述する図１５参照）。
【００３３】
第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂから出射される励起光Ｅ及び狭帯域光Ｎ２は、集光レンズ（図示略）によりそれぞれ光ファイバ４２ａ及び４２ｂに入力され、合波器であるコンバイナ５１ａと、分波器であるカプラ５３ａを介してコネクタ部２５ａに伝送される。
第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃから出射される各狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５は、集光レンズ（図示略）によりそれぞれ光ファイバ４４ａ〜４４ｃに入力され、合波器であるコンバイナ５１ｂと、分波器であるカプラ５３ｂを介してコネクタ部２５ａに伝送される。なお、本発明はこれに限定されず、２つのコンバイナ５１ａ、５１ｂ及び２つのカプラ５３ａ、５３ｂの少なくとも一方を用いずに、１つのコンバイナ及び１つのカプラの少なくとも一方を用いて、又は、コンバイナ及びカプラ自体の少なくとも一方を用いずに、各狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ、４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ１〜Ｎ５を直接コネクタ部２５ａに送出する構成であってもよい。
【００３４】
次に、光源装置１２に光学的に接続される内視鏡１１の照明光学系の構成及びプロセッサ１３に接続される撮像系の電気的構成について説明する。
内視鏡１１の照明光学系は、光ファイバ５５ａ〜５５ｄと、光ファイバ５５ａ及び５５ｄの先端に配置される蛍光体５７と、光ファイバ５５ｂ及び５５ｃの先端に配置される光偏向・拡散部材５８とから構成される。
照明光学系を構成する光ファイバ５５ａ〜５５ｄは、マルチモードファイバであり、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できる。
【００３５】
コネクタ部２５ａから先端部３５まで延設された光ファイバ５５ａ及び５５ｄには、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂからの狭帯域光Ｎ１及びＮ２がそれぞれ任意のタイミングで導入されて、先端部３５に配置された波長変換部材である蛍光体５７を通して照明光となる。
一方、コネクタ部２５ａから先端部３５まで延設された光ファイバ５５ｂ及び５５ｃには、第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５がそれぞれ任意のタイミングで導入されて、先端部３５に配置された光偏向・拡散部材５８を通して照明光となる。
【００３６】
光ファイバ５５ａと蛍光体５７の組み合わせは投光ユニット７１ａを構成し、光ファイバ５５ｂと光偏向・拡散部材５８の組み合わせは投光ユニット７１ｃを構成する。また、光ファイバ５５ｃと光偏向・拡散部材５８の組み合わせは投光ユニット７１ｄを構成し、光ファイバ５５ｄと蛍光体５７の組み合わせは投光ユニット７１ｂを構成する。投光ユニット７１ａ、７１ｃの対と、投光ユニット７１ｂ、７１ｄの対は、内視鏡１１の先端部３５の撮像素子２１及び対物レンズユニット３９を挟んだ両脇側に配置される。
【００３７】
ここで、図４（Ａ）に投光ユニット７１ａ及び７１ｄの断面構成図、図４（Ｂ）に投光ユニット７１ｂ及び７１ｃの断面構成図を示す。
図４（Ａ）に示すように、投光ユニット７１ａと投光ユニット７１ｄとは同一構成であり、蛍光体５７と、蛍光体５７の外周を覆う筒状のスリーブ部材７３と、スリーブ部材７３の一端側を封止する保護ガラス（照明窓）７５と、スリーブ部材７３内に挿入され光ファイバ５５ａ（５５ｄ）を中心軸に保持するフェルール７７とをそれぞれ備えている。また、フェルール７７の後端側から延出される光ファイバ５５ａ（５５ｄ）には、その外皮を覆うフレキシブルスリーブ７９がスリーブ部材７３との間に挿入されている。
一方、投光ユニット７１ｂと投光ユニット７１ｃとは同一構成であり、投光ユニット７１ａ及び７１ｄの蛍光体５７に代えて、光偏向・拡散部材５８が配設され、光ファイバ５５ｂ及び５５ｃから導光される点以外は、投光ユニット７１ａ及び７１ｄと同様の構成となっている。
【００３８】
投光ユニット７１ａ及び７１ｄの蛍光体５７は、狭帯域光源４１ａからの青色レーザ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体物質（例えば、ＹＡＧ系蛍光体、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）等の蛍光体）を含んで構成される。これにより、青色レーザ光を励起光とする緑色〜黄色の励起発光光と、蛍光体５７により吸収されず透過した青色レーザ光とが合わされて、白色（疑似白色）の照明光が生成される。
この蛍光体５７は、レーザ光の可干渉性により生じるスペックルに起因して、撮像の障害となるノイズの重畳や、動画像表示を行う際のちらつきの発生を防止できる。また、蛍光体５７は、蛍光体を構成する蛍光物質と、充填剤となる固定・固化用樹脂との屈折率差を考慮して、蛍光物質そのものと充填剤に対する粒径を、赤外域の光に対して吸収が小さく、かつ散乱が大きい材料で構成することが好ましい。これにより、赤色や赤外域の光に対して光強度を落とすことなく散乱効果が高められ、光学的損失が小さくなる。
【００３９】
図５（Ａ）は、狭帯域光源４１ａからの青色レーザ光（励起光Ｅ）及び青色レーザ光Ｅが蛍光体５７により波長変換された発光スペクトル（蛍光）Ｆと、狭帯域光源４１ｂ及び狭帯域光源４３ｃからの各レーザ光（狭帯域光Ｎ２及びＮ５）の発光スペクトルを示すグラフである。なお、狭帯域光源４３ａ及び４３ｂからの各レーザ光（狭帯域光Ｎ３及びＮ４）の発光スペクトルは、それぞれ、狭帯域光源４１ａ及び４１ｂからの各レーザ光（励起光Ｅ及び狭帯域光Ｎ２）の発光スペクトルと同一である。
狭帯域光源４１ａ及び４３ａからの青色レーザ光Ｅは、中心波長４４５ｎｍの輝線で表され、狭帯域光源４１ａからの青色レーザ光Ｅによる蛍光体５７からの蛍光（励起発光光）Ｆは、概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域で発光強度が増大する分光強度分布となる。この蛍光Ｆと青色レーザ光Ｅによるプロファイルによって、前述した疑似白色光ＢＷが形成される。本構成例のように、半導体発光素子を励起光源として用いれば、高い発光効率で高強度の白色光が得られ、白色光の強度を容易に調整できる上に、白色光の色温度、色度の変化を小さく抑えることができる。
【００４０】
ここで、本明細書でいう白色光とは、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、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く、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むものとする。
また、本明細書でいう広帯域光は、少なくとも白色光と見做せる光を含むものであるのが好ましく、近赤外や赤外波長帯域、及び近紫外や紫外波長帯域の少なくとも一方の光を含んでいても良い。
これに対し、本明細書でいう狭帯域光は、基準色であるＲ、Ｇ、Ｂ等の特定の波長帯域のいずれにかに属する光、他の狭帯域光の波長帯域とは分離された波長帯域を持つ光、波長帯域の幅が２０ｎｍ、好ましくは、中心波長に対して±１０ｎｍである光であるのが好ましい。
【００４１】
また、狭帯域光源４１ｂ及び４３ｂからの青緑色レーザ光Ｎ２、Ｎ４は、中心波長４７３ｎｍの輝線で表され、狭帯域光源４３ｃからの青紫色レーザ光は、中心波長４０５ｎｍの輝線で表される。
なお、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ｂからの青緑色レーザ光Ｎ２も、蛍光体５７に照射されるため、蛍光体５７を励起する励起光としての機能を有するが、その機能は青色レーザ光に比べて極めて又はかなり弱く、ほとんどの青緑色レーザ光Ｎ２は、蛍光体５７を透過する。
以上から、本実施形態では、狭帯域光源４１ａ及び４３ａとして、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光を出射するレーザ光源（ＬＤ４４５）を用いることができ、狭帯域光源４１ｂ及び４３ｂとして、中心波長４７３ｎｍの青色レーザ光を出射するレーザ光源（ＬＤ４７３）を用いることができ、狭帯域光源４３ｃとして、中心波長４０５ｎｍの青色レーザ光を出射するレーザ光源（ＬＤ４０５）を用いることができる。
【００４２】
また、投光ユニット７１ｂ及び７１ｃの光偏向・拡散部材５８は、狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの青色レーザ光Ｎ３、青緑色レーザ光Ｎ４及び青紫色レーザ光Ｎ５の各レーザ光を透過させる材料であればよく、例えば透光性を有する樹脂材料やガラス等が用いられる。更には、光偏向・拡散部材５８は、樹脂材料やガラスの表面等に、微小凹凸や屈折率の異なる粒子（フィラー等）を混在させた光拡散層を設けた構成や、半透明体の材料を用いた構成としてもよい。これにより、光偏向・拡散部材５８から出射する透過光は、所定の照射領域内で光量が均一化された狭帯域波長の照明光となる。
【００４３】
次に、内視鏡１１の撮像系は、図２に示すように、光源装置１２の光源制御部４９に各観察モードに応じて指示を与える制御部６５からの各観察モードに応じた指示に基づいて撮像素子２１に対して駆動信号を与える撮像制御部６２と、撮像制御部６２からの駆動信号に基づいて、各観察モードに応じた所定のフレームレートで、被検体の被観察領域を撮像し、画像情報を取得し、取得した撮像画像の画像信号を出力する撮像素子２１と、撮像素子２１からのアナログ画像を、プロセッサ１３のデジタル信号処理部６４におけるデジタル画像信号処理で扱うことができるようデジタル信号に処理するためのアナログ処理回路（ＡＦＥ（アナログフロントエンド：Analog Front End））６１と、を有する。
撮像制御部６２は、制御部６５からの各観察モードに応じた指示に基づいて撮像素子２１の駆動を制御するもので、各観察モードに応じて制御される光源装置１２の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１a〜４１ｂ、及び第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃの発光に応じて撮像素子２１による撮像及び撮像素子２１からの撮像画像信号の出力を撮像フレーム毎に制御するものである。
撮像制御部６２による撮像素子２１の撮像制御、即ち、撮像フレーム制御については、後に詳述する。
【００４４】
撮像素子２１は、被観察領域からの戻り光を受光して撮像画像情報を取得するＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等のカラーイメージセンサからなり、撮像制御部６２により各観察モードに応じて制御され、光源装置１２からの照明光が照射された被検体の被観察領域の様子を対物レンズユニット３９によって撮像素子２１の受光面上に結像させてフレーム毎に撮像するものである。本実施形態においては、撮像素子２１は、カラーＣＣＤイメージセンサであり、その受光面には、例えば、図５（Ｂ）に示す分光透過率を有するＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが設けられ、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を１組として、複数組の画素がマトリクス状に配列されている。
【００４５】
ここで、光源装置１２の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１aからの青色レーザ光（励起光）と蛍光体５７からの蛍光（励起発光光）とによる疑似白色光及び狭帯域光源４１ｂ、４３ａ〜４３ｃからの各レーザ光による狭帯域光Ｎ２〜Ｎ５からなる照明光は、光源制御部４９によって各観察モードに応じて制御され、内視鏡１１の先端部３５から被検体の被観察領域に向けて照射される。
したがって、撮像素子２１も、光源制御部４９によって各観察モードに応じて制御される光源装置１２からの照明光が照射された被観察領域を、撮像制御部６２によって制御される各観察モードに応じたフレーム毎に撮像する。その結果、撮像素子２１は、撮像制御部６２から、スコープケーブル５９を通じて伝送される、各観察モードに応じた撮像制御信号により制御され、所定のフレームレートで撮像画像の画像信号を出力する。
撮像素子２１から出力される撮像画像の画像信号は、スコープケーブル５９を通じて、アナログ処理回路（ＡＦＥ）６１に伝送され、種々のアナログ信号処理が施され、また、デジタル信号に変換され、コネクタ部２５ｂを介して、プロセッサ１３に入力される。
【００４６】
ＡＦＥ６１は、撮像素子２１で得た画像を、なるべく忠実に、ＤＳＰ６４等のデジタルバックエンドに伝えるために、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換の際に発生しうる様々なノイズを最小限に抑えつつ、デジタルに変換するものである。
ＡＦＥ６１は、例えば、図示しないが、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）、及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器から構成される。ＣＤＳは、撮像素子（ＣＣＤ）２１からの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、撮像素子２１の駆動により生じたノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、ＡＧＣで増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ１３に入力する。
プロセッサ１３では、各観察モードに応じてデジタル画像信号に種々の処理が施され、被検体の被観察領域の血管画像情報等の生体情報を含む画像情報が生成され、内視鏡診断・観察画像として表示部１５に表示される。
なお、プロセッサ１３の詳細については、後述する。
【００４７】
次に、内視鏡の先端部の構成について詳細に説明する。
図６は、内視鏡の先端部の概略的な構成を示す斜視図、図７は、図６に示す内視鏡の先端部の分解図である。
これらの図に示すように、内視鏡１１の先端部３５は、長手方向に沿って複数の穿設孔が形成されたステンレス鋼等からなる先端硬性部８７に、投光ユニット７１ａ〜７１ｄ等の各種部品が取り付けられて構成される。先端硬性部８７は、図２に示した撮像素子２１を含む撮像光学系が収容される穿設孔８７ａを有し、この穿設孔８７ａを中心とする両脇側に穿設孔８７ｂ１，８７ｂ２、及び８７ｃ１，８７ｃ２が形成されている。穿設孔８７ｂ１，８７ｂ２には投光ユニット７１ａ，７１ｃが挿入され、穿設孔８７ｃ１，８７ｃ２には投光ユニット７１ｂ，７１ｄが挿入される。
【００４８】
また、先端硬性部８７の先端側には先端ゴムキャップ８９が被せられ、また、先端硬性部８７の外周には図示はしない外皮チューブが被せられる。先端ゴムキャップ８９には先端硬性部８７の各穿設孔８７ａ，８７ｂ１，８７ｂ２，８７ｃ１，８７ｃ２，・・・に対応した穿設孔８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，・・・が形成されて、対物レンズユニット３９による観察窓４０や、投光ユニット７１ａ〜７１ｄの照射口３７ａ，３７ｂを開口させている。
ここで、図８に図６のＡ−Ａ断面図を示す。投光ユニット７１ａ，７１ｂは、先端硬性部８７の穿設孔８７ｂ１、８７ｃ１に挿入させた後、穿設孔８７ｂ１，８７ｃ１と連通する一対の横孔９１（図６及び図７参照）から止めネジ（イモビス）９３で締め付けることで、投光ユニット７１ａ，７１ｂが先端硬性部８７に固定される。また、投光ユニット７１Ｃ，７１ｄも同様に止めネジ９３で締め付けることで、先端硬性部８７に固定される。
【００４９】
上記の投光ユニット７１ａ〜７１ｄを備えた内視鏡の構成によれば、投光ユニット７１ａ〜７１ｄを先端硬性部８７の穿設孔８７ｂ１，８７ｂ２，８７ｃ１，８７ｃ２に挿通された状態で止めネジ９３によって着脱自在に固定するので、投光ユニット７１ａ〜７１ｄの交換が容易となり、内視鏡のメンテナンス性が向上する。つまり、内視鏡の長期使用により照明光強度の減衰や色調の変化等の症状が現れたときに、新しい投光ユニットへの取り換えが簡単に行える。
【００５０】
次に、上記の投光ユニット７１ａ〜７１ｄによりレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５からの各レーザ光を適宜組み合わせて出射させ、種々の照明光を生成する各照明パターンについて説明する。
図９は、図６に示す内視鏡１１の先端部のＢ方向から見た正面図である。上述したように、投光ユニット７１ａ，７１ｃは照射口３７ａから照射し、投光ユニット７１ｂ，７１ｄは照射口３７ｂから照射するように、対物レンズユニット３９の両脇側に各投光ユニット７１ａ〜７１ｄが配置される。そして、蛍光体（図４（Ａ）参照）を備えた投光ユニット７１ａ，７１ｄの対は、照明窓となる保護ガラス７５（図４参照）の位置同士を連結する線Ｌ１が、観察窓４０となる対物レンズユニット３９の領域内を横切るように配置される。また、光偏向・拡散部材５８（図４（Ｂ）参照）を備えた投光ユニット７１ｂ，７１ｃの対は、保護ガラス７５（図４参照）の位置同士を連結する線Ｌ２が、対物レンズユニット３９の領域内を横切るように配置される。
【００５１】
対物レンズユニット３９の領域内で、線Ｌ１とＬ２が交差点Ｐを有するように、各投光ユニット７１ａ〜７１ｄがスペース効率を高めた状態で配置されている。つまり、白色照明光を照射する投光ユニット７１ａ，７１ｄは、先端部３５の対物レンズユニット３９を挟んだ位置に配置され、対物レンズユニット３９の両脇側から白色光を照射することで、照明むらの発生を防止している。
なお、図示例においては、内視鏡１１の先端部３５の、撮像素子２１のための対物レンズユニット３９を挟んだ位置に、蛍光体５７を備える２つの投光ユニット７１ａ及び７１ｂを含む４つの投光ユニット７１ａ〜７１ｄを配置する４灯式であるが、本発明はこれに限定されず、１つの投光ユニットが蛍光体５７を備えていれば、２つの投光ユニット７１ａ及び７１ｃ、又は７１ｂ及び７１ｄ、好ましくは撮像素子２１のための対物レンズユニット３９を挟んだ位置に、２つの投光ユニット７１ａ及び７１ｄ、又は７１ｂ及び７１ｃを、内視鏡１１の先端部３５に配置する２灯式であっても良い。
【００５２】
次に、図２及び図３を参照して、プロセッサ１３について詳細に説明する。
これらの図に示すように、プロセッサ１３は、内視鏡１１から伝送される各観察モードのデジタル画像信号にデジタル信号処理するデジタル信号処理部（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））６４と、各観察モードのデジタル信号処理済の画像データに対して各観察モードに応じた画像処理を行う画像処理部６３と、画像処理済の画像データを応じた観察画像を表示部１５に表示させるための表示制御や内視鏡１１、光源装置１２及びプロセッサ１３内の各部を制御する制御部６５と、各観察モードの撮像画像の画像データ信号を記憶する記憶部６７とを有する。
ＤＳＰ６４は、コネクタ部２５ｂを介して内視鏡１１の撮像系のＡＦＥ６１から伝送される、撮像素子２１で撮像された、各観察モードの撮像画像のデジタル画像信号を受信して、受信したデジタル画像信号に対して、色分離、色補間、色補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、輪郭強調等の各種の処理を行うことによって、デジタル信号処理済の各観察モードの撮像画像データを生成する。ＤＳＰ６４で生成された各観察モードの撮像画像の画像データは、画像処理部６３に伝送され、また、必要に応じて、記憶部６７に記憶される。
【００５３】
画像処理部６３は、図３に示すように、ＤＳＰ６４でデジタル信号処理された各観察モードの撮像画像の画像データに対して各観察モードに応じた画像処理を行うもので、通常観察モードにおける広帯域光（白色光）による撮像画像の画像処理を行う通常光画像処理部１０２と、特殊光観察モードにおける広帯域光及び狭帯域光による撮像画像の画像処理を行う特殊光画像処理部１０４とを有する。なお、画像処理部６３で画像処理された各観察モードの撮像画像の画像データは、制御部６５に伝送され、また、必要に応じて、記憶部６７に記憶される。
通常光画像処理部１０２は、通常観察モードの場合に、ＤＳＰ６４から伝送された、又は記憶部６７から読み出された撮像画像の画像データに対して、光源装置１２の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１a及び蛍光体５７からの白色光による通常観察画像に適した所定の画像処理を施し、通常光画像データを出力し、記憶部６７に記憶させると共に、表示部１５に白色光による通常観察画像を表示させる。
【００５４】
特殊光画像処理部１０４は、狭帯域光を用いる特殊光観察モードの場合に、ＤＳＰ６４から伝送された、又は記憶部６７から読み出された撮像画像の画像データに対して、狭帯域光による特殊光観察画像に適した所定の画像処理を施し、特殊光画像データを出力するもので、特殊光観察モードのスクリーニング診断モードにおける白色光及び第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ｂからの狭帯域光Ｎ２による撮像画像の画像処理を行う第１画像処理部１０６と、特殊光観察モードの精査診断モードにおける白色光及び第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ３、Ｎ４及びＮ５による撮像画像の画像処理を行う第２画像処理部１０８と、を有する。
ここで、図示例の実施形態においては、特殊光画像処理部１０４は、画像処理として、被検体の被観察領域の血管画像情報である酸素飽和度を算出して酸素飽和度画像を生成するものであり、したがって、第１画像処理部１０６及び第２画像処理部１０８も、酸素飽和度画像の生成を行う。
【００５５】
以下に、本発明の内視鏡装置における特殊光観察モードのスクリーニング診断モード及び精査診断モードにおける光源装置１２の制御、並びにプロセッサの画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部及び第２画像処理部について説明する。
図１０は、図３に示す画像処理部の特殊光画像処理部の第１画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。図１１は、スクリーニング診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。図１２は、血管中のヘモグロビンの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。図１３は、撮像画像の画素の分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３）と血液量および酸素飽和度との相関関係を表すグラフである。図１４は、図３に示す内視鏡装置の画像処理部の特殊光画像処理部の第２画像処理部の一実施例の構成を示すブロック図である。図１５は、図１に示す内視鏡装置の精査診断モードにおける酸素飽和度の算出のプロセスを説明する説明図である。図１６は、撮像画像の画素の分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３）と血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。
【００５６】
第１画像処理部１０６は、図１０に示すように、スクリーニング診断モードにおいて、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１a及び蛍光体５７からの疑似白色光及び狭帯域光源４１ｂ及び蛍光体５７による蛍光が混合された狭帯域光Ｎ２による撮像画像データに基づいて、被検体の血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を算出し、算出した酸素飽和度の情報に基づいて、酸素飽和度の分布を疑似カラー表示するための酸素飽和度画像を出力するもので、分光推定部１１０と、輝度比算出部１１２と、相関関係記憶部１１４と、血液量−酸素飽和度算出部１１６と、酸素飽和度画像生成部１１８とを有する。
スクリーニング診断モードでは、図１１及び以下の表１に示すように、系統１の第１の照明光源部４１が用いられ、第１フレームにおいて光源制御部４９によって点灯制御された狭帯域光源４１a（ＬＤ４４５）及び蛍光体５７の組み合わせからの疑似白色光による撮像画像データ（白色光ＲＧＢ画像データ）が撮像制御部６２によって制御される撮像素子２１によって取得され、通常観察画像が生成され、第２フレームにおいて光源制御部４９によって点灯制御された狭帯域光源４１ｂ（ＬＤ４７３）及び蛍光体５７の組み合わせからの狭帯域光Ｎ２と蛍光との組み合わせによる撮像画像データ（ＲＧＢ画像データ）が撮像制御部６２によって制御される撮像素子２１によって取得され、酸素飽和度画像が生成される。即ち、狭帯域光源４１a及び４１ｂは、フレーム毎に一方の点灯及び他方の消灯が繰り返される。
【００５７】
【表１】
【００５８】
第１フレームにおいて取得された白色光Ｂ画像データ、白色光Ｇ画像データ及び白色光Ｒ画像データは、上述のように図５（Ｂ）に示すカラーフィルタ（Ｂフィルタ２１Ｂ、Ｇフィルタ２１Ｇ及びＲフィルタ２１Ｒ）を持つ撮像素子２１によって照射白色光の戻り光のＢ波長領域全体、Ｇ波長領域全体及びＲ波長領域全体から得られたものである。なお、第１フレームでは、取得された白色光ＢＧＲ画像データに基づいて、通常光画像処理部１０２において白色光による通常観察画像の通常光画像データを生成しておき、記憶部６７に記憶させておく。なお、第１フレームにおいて取得された白色光ＲＧＢ画像データは記憶部６７に記憶させておくのが良い。
一方、第２フレームにおいて取得されたＢ画像データ及びＲ画像データは、狭帯域光Ｎ２（４７３ｎｍ）が支配的であっても、蛍光体５７から発光されたＧ〜Ｒ波長領域の蛍光を少ないが含むものであるので、狭帯域光Ｎ２（４７３ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データ（以下、４７３成分画像データという）を示すものではない。なお、第２フレームにおいて取得されたＲＧＢ画像データは記憶部６７に記憶させておくのが良い。
【００５９】
このため、分光推定部１１０は、スクリーニング診断モードにおいて、第２フレームにおいて取得されたＲＧＢ画像データを記憶部６７から読み出し、読み出されたＲＧＢ画像データから分光推定によって４７３成分画像データを求めるためのものである。即ち、分光推定部１１０は、図１１に示すように、第２フレームにおいて、狭帯域光源４１ｂ（ＬＤ４７３）及び蛍光体５７の組み合わせから射出された狭帯域光Ｎ２と蛍光との組み合わせから取得された撮像画像データ（ＲＧＢ画像データ）から分光推定を行って、Ｇ画像データ中のＧ蛍光成分を算出し、算出されたＧ蛍光成分と所定光量の狭帯域光Ｎ２を励起光とした時の蛍光体５７の蛍光特性とから、即ちＧ蛍光成分の割合を蛍光体５７の蛍光特性に乗算して、算出されたＧ蛍光成分に対するＢ画像データ中のＢ蛍光成分を算出し、算出されたＢ蛍光成分をＢ画像データから減算して、４７３成分画像データを求めるものである。
ここで、ＲＧＢ画像データから４７３成分画像データを求める分光推定方法としては、特に制限的ではなく、従来公知の分光推定方法を用いれば良く、例えば、特開２００３−９３３３６号公報に記載の分光画像を得る分光推定方法を挙げることができる。
【００６０】
輝度比算出部１１２は、記憶部６７から読み出された第１フレームの白色光Ｇ画像データ及び白色光Ｒ画像データと、第２フレームにおいて取得されたＢ画像データ及びＲ画像データから分光推定部１１０で算出された４７３成分画像データとから、血管が含まれる血管領域を特定する。そして、輝度比算出部１１２は、血管領域内の同じ位置の画素について、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光係数（吸光度）（図１２参照）の大小関係が逆転する波長範囲の２つの照明光の反射光に対応する画像データ画素の輝度値をＳ１及びＳ２とし、吸光係数が同じになる波長範囲の１つの照明光の反射光に対応する画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を求める。ここでは、Ｓ１は、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は４７３成分画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は白色光Ｇ画像データの画素の輝度値を表している。なお、血管領域の特定方法としては、例えば、血管部分の輝度値とそれ以外の輝度値の差から血管領域を求める方法を挙げることができる。
【００６１】
相関関係記憶部１１４は、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および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、血管が図１２に示すヘモグロビンの吸光係数を有する場合の相関関係であり、これまでの診断等で蓄積された多数の画像データを分析することにより得られたものである。
ところで、図１２に示すように、血中ヘモグロビンは、照射する光の波長によって吸光係数μａが変化する吸光特性を持っている。吸光係数μａは、ヘモグロビンの光の吸収の大きさである吸光度を表す。例えば、吸光係数μａは、ヘモグロビンに照射された光の減衰状況を表すＩ０ｅｘｐ（−μａ×ｘ）の式の係数である。ここで、Ｉ０は光源装置から被写体組織に照射される光の強度であり、ｘ（ｃｍ）は被写体組織内の血管までの深さである。
【００６２】
また、図１２に示すように、酸素と結合していない還元ヘモグロビン８０と、酸素と結合した酸化ヘモグロビン８１とは、異なる吸光特性を持っており、同じ吸光度（吸光係数μａ）を示す等吸収点（図１２における各ヘモグロビン８０と８１との交点）を除いて、吸光度に差が生じる。吸光度に差があると、同じ血管に対して、同じ強度かつ同じ波長の光を照射しても、輝度値が変化する。また、同じ強度の光を照射しても、波長が異なれば吸光係数μａが変わるので、輝度値が変化する。
一般的に、図１２の分布は撮像対象の部位によって非線形に変化するため、実際の生体組織の計測や光伝播シミュレーション等により予め求めておく必要がある。
【００６３】
図１３は、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および酸素飽和度との相関関係を表すグラフである。このグラフの横軸はｌｏｇ（Ｓ１／Ｓ３）、縦軸はｌｏｇ（Ｓ２／Ｓ３）であり、第１輝度比Ｓ１／Ｓ３は、白色光Ｒ画像データ／白色光Ｇ画像データに対応し、第２輝度比Ｓ２／Ｓ３は、４７３成分画像データ／白色光Ｇ画像データに対応する。このグラフに示すように、第１輝度比Ｓ１／Ｓ３の値は、血液量に依存して変化し、血液量が大きくなるほど大きくなる。また、第２輝度比Ｓ２／Ｓ３の値は、血液量および酸素飽和度の両方に依存して変化する。即ち、第２輝度比Ｓ２／Ｓ３の値は、血液量が大きくなるほど大きくなるとともに、酸素飽和度が低くなるほど大きくなる。
【００６４】
ここで、輝度値Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を用いた血液量及び酸素飽和度の算出について説明する。
一般に、被検体の粘膜組織内に光が入射すると、その一部は血管のところで吸収され、吸収されなかった光のさらに一部が反射光として戻ってくる。この時、血管の深さが深くなるほど、その上の組織からの散乱の影響を大きく受けることになる。
ところで、４７０〜７００ｎｍの波長範囲の光は、粘膜組織内での散乱係数が小さく、かつ波長依存性が小さいという性質がある。このため、この波長範囲の光を照明光として用いることによって、血管の深さの影響を低減しつつ、血液量および酸素飽和度の情報を含む血液情報を得ることができる。従って、内視鏡装置１０では、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つ以上の波長範囲の反射光および変化しない１つ以上の波長範囲の反射光を含む、４６０〜７００ｎｍの波長範囲の異なる３つ以上の反射光に対応する画像信号を用いて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。
【００６５】
ここで、図１２に示す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Ｂの波長範囲）では酸素飽和度の変化に応じて吸光係数が大きく変化し、酸化ヘモグロビン８１の吸光係数の方が還元ヘモグロビン８０の吸光係数より大きい。
・５４０〜５８０ｎｍのＧ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。即ち、酸化ヘモグロビン８１の吸光係数と還元ヘモグロビン８０の吸光係数との差は小さいとみなせる。
・５９０〜７００ｎｍのＲ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、還元ヘモグロビン８０の吸光係数の方が酸化ヘモグロビン８１の吸光係数より大きい。しかしながら、この範囲では、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といえる。
【００６６】
また、粘膜の反射スペクトルから以下の２つの性質がある。
・Ｒの波長範囲ではヘモグロビンの影響がほとんどないと見なせるが、Ｇの波長範囲では吸収が生じるので、血液量（血管の太さあるいは血管の密度に対応）が大きいほど、Ｇの波長範囲での反射率とＲの波長範囲での反射率との差が大きくなる。
・波長４７０ｎｍ近辺の反射率とＧの波長範囲での反射率との差は、酸素飽和度が低いほど大きくなり、同時に、血液量が大きいほど大きくなる。
即ち、４７３成分画像データの画素の輝度値と白色光Ｇ画像データの画素の輝度値との間の第２輝度比Ｓ２／Ｓ３は、その値が酸素飽和度及び血液量の両方に依存して変化し、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値と白色光Ｇ画像データの画素の輝度値との間の第１輝度比Ｓ１／Ｓ３は、その値が主に血液量だけに依存して変化する。従って、この性質を利用することによって、波長４７０ｎｍ近辺、ＧおよびＲの波長範囲を含む３波長範囲の分光画像から、酸素飽和度と血液量とを分離してそれぞれの値を正確に算出することができる。これに基づいて作成したものが、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および酸素飽和度との相関関係を表す前述の図１３のグラフである。
【００６７】
血液量−酸素飽和度算出部１１６は、相関関係記憶部１１４に記憶された相関関係に基づき、輝度比算出部１１２で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３およびＳ２／Ｓ３に対応する血液量および酸素飽和度を算出する。
酸素飽和度画像生成部１１８は、酸素飽和度の大小に応じてカラー情報が割り当てられたカラーテーブル（図示せず）を備えている。カラーテーブルには、例えば、低酸素飽和度であるときにはシアン、中酸素飽和度であるときにはマゼンダ、高酸素飽和度であるときにはイエローというように、酸素飽和度の程度に応じて、明瞭に区別することができる色が割り当てられている。酸素飽和度画像生成部１１８は、このようなカラーテーブルを用い、血液量−酸素飽和度算出部１１６で算出された酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。なお、カラーテーブルは、入力部１７から入力される指示によって切り替えが可能であり、例えば、胃、十二指腸、小腸等のように、観察する部位に合ったものが選択される。
そして、酸素飽和度画像生成部１１８は、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報を特定すると、第１フレームにおいて通常光画像処理部１０２において生成され、記憶部６７に記憶されている白色光による通常観察画像の通常光画像データを読み出し、読み出された通常光画像データに対してカラー情報を反映、重畳させる、即ち、通常観察画像に対してカラー情報画像を合成することにより、血中ヘモグロビンの酸素飽和度が反映（疑似カラー表示）された酸素飽和度画像データを生成する。
【００６８】
第１画像処理部１０６で生成された酸素飽和度画像データは、制御部６５に送られ、制御部６５で各種情報と共に、内視鏡観察画像にされて、スクリーニング診断画像として表示部１５に表示され、必要に応じて、メモリやストレージ装置からなる記憶部６７に記憶される。
このように、スクリーニング診断モードにおいては、第１フレームで生成された白色光による通常観察画像に第２フレームにおいて生成された酸素飽和度に対応するカラー情報を重畳して表示部１５に表示することができるので、即ち、２フレームで血管画像情報（生体情報）取得して表示するので、表示された血管画像情報を含む画像は、高フレームレートで得られた滑らかな画像であり、スクリーニング診断に適した画像である。
【００６９】
一方、第２画像処理部１０８は、図１４に示すように、精査診断モードにおいて、第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び蛍光体５７からの疑似白色光、及び第２の照明光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃからの狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５による撮像画像データに基づいて、被検体の血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を算出し、算出した酸素飽和度の情報に基づいて、酸素飽和度の分布を疑似カラー表示するための酸素飽和度画像を出力するもので、輝度比算出部１２０と、相関関係記憶部１２２と、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４と、酸素飽和度画像生成部１２６と、血管深さ画像生成部１２８と、を有する。
【００７０】
精査診断モードでは、図１５及び上記の表１に示すように、系統１の第１の照明光源部４１の狭帯域光源４１aと系統２の第２の照明光源部４３の両方が用いられ、第１フレームにおいて狭帯域光源４１a（ＬＤ４４５）及び蛍光体５７の組み合わせからの疑似白色光による撮像画像データ（白色光ＲＧＢ画像データ）が取得され、通常観察画像が生成され、第２フレームにおいて狭帯域光源４３ａ（ＬＤ４４５）からの狭帯域光Ｎ３（４４５ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データ（以下、４４５成分画像データという）が取得され、第３フレームにおいて狭帯域光源４３ｂ（ＬＤ４４５）からの狭帯域光Ｎ４（４７３ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データである４７３成分画像データが取得され、第４フレームにおいて狭帯域光源４３ｃ（ＬＤ４０５）からの狭帯域光Ｎ３（４０５ｎｍ）成分のみのスペクトル画像データ（以下、４０５成分画像データという）が取得され、酸素飽和度画像が生成される。
光源制御部４９は、狭帯域光源４１ａ及び４３ａ〜４３ｃをそれぞれ第１〜第４フレームにのみ点灯するように点灯制御し、撮像制御部６２は、撮像素子２１を各フレーム毎に駆動し、それぞれの画像データを取得するように撮像フレーム制御する。
【００７１】
精査診断モードの第１フレームにおいては、スクリーニング診断モードの第１フレームと同様に、取得された白色光ＢＧＲ画像データに基づいて、通常光画像処理部１０２において白色光による通常観察画像の通常光画像データを生成しておき、記憶部６７に記憶させておく。
一方、第２フレームにおいては、スクリーニング診断モードと異なり、４４５ｎｍの狭帯域光Ｎ３のみが被検体に照射されるので、図５（Ｂ）に示すカラーフィルタを持つ撮像素子２１においても、４４５成分画像データを取得することができる。同様に、第３フレームにおいては、４７３ｎｍの狭帯域光Ｎ４のみが被検体に照射されるので、撮像素子２１において４７３成分画像データを取得することができ、第４フレームにおいては、４０５ｎｍの狭帯域光Ｎ５のみが被検体に照射されるので、撮像素子２１において４０５成分画像データを取得することができる。なお、第２〜４フレームにおいて取得された４４５成分画像データ、４７３成分画像データ及び４０５成分画像データは記憶部６７に記憶させておくのが良い。
【００７２】
輝度比算出部１２０は、第２〜４フレームにおいて取得された４４５成分画像データ、４７３成分画像データ及び４０５成分画像データとから、血管が含まれる血管領域を特定する。そして、輝度比算出部１２０は、血管領域内の同じ位置の画素について、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光係数（吸光度）の大小関係が逆転する波長範囲の２つの狭帯域光の反射光に対応する画像データ画素の輝度値をＳ１及びＳ２とし、吸光係数が同じになる波長範囲の１つの狭帯域光の反射光に対応する画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を求める。ここでは、Ｓ１は、４４５成分画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は４７３成分画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は４０５成分画像データの画素の輝度値を表している。
【００７３】
図１２に示すようなヘモグロビンの吸光特性を鑑みると、酸素飽和度によって吸光度に違いが出る波長が４４５ｎｍと４０５ｎｍにあること、及び血管深さ情報抽出のためには深達度の短い短波長領域が必要となることから、第３〜第５狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５には、中心波長が４５０ｎｍ以下の波長領域を持つ狭帯域光を少なくとも１つ含めることが好ましい。このような狭帯域光は、本実施形態では第３及び第５狭帯域光に相当する。また、酸素飽和度が同じでも、波長が異なれば吸収係数の値も異なり、粘膜中の深達度も異なっている。したがって、波長によって深達度が異なる光の特性を利用することで、輝度比と血管深さの相関関係を得ることができる。
【００７４】
相関関係記憶部１２２は、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係も、血管が図１２に示すヘモグロビンの吸光係数を有する場合の相関関係であり、これまでの診断等で蓄積された多数の画像データを分析することにより得られたものである。
相関関係記憶部１２２は、図１６に示すように、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を表す輝度座標系８２の座標と、酸素飽和度及び血管深さを表す血管情報座標系８３の座標との対応付けによって、相関関係を記憶している。輝度座標系８２はＸＹ座標系であり、Ｘ軸は第１輝度比Ｓ１／Ｓ３を、Ｙ軸は第２輝度比Ｓ２／Ｓ３を表している。血管情報座標系８３は輝度座標系８２上に設けられたＵＶ座標系であり、Ｕ軸は血管深さを、Ｖ軸は酸素飽和度を表している。Ｕ軸は、血管深さが輝度座標系８２に対して正の相関関係があることから、正の傾きを有している。このＵ軸に関して、右斜め上に行くほど血管は浅いことを、左斜め下に行くほど血管が深いことを示している。一方、Ｖ軸は、酸素飽和度が輝度座標系８２に対して負の相関関係を有することから、負の傾きを有している。このＶ軸に関して、左斜め上に行くほど酸素飽和度が低いことを、右斜め下に行くほど酸素飽和度が高いことを示している。
【００７５】
また、血管情報座標系８３においては、Ｕ軸とＶ軸とは、交点Ｐで直交している。これは、第２フレームの第３狭帯域光Ｎ３の照射時と第３フレームの第４狭帯域光Ｎ４の照射時とで吸光の大小関係が逆転しているためである。即ち、図１２に示すように、波長が４４０±１０ｎｍである第３狭帯域光Ｎ３を照射した場合には、還元ヘモグロビン８０の吸光係数は、酸素飽和度が高い酸化ヘモグロビン８１の吸光係数よりも大きくなるのに対して、波長が４７０±１０ｎｍである第４狭帯域光Ｎ４を照射した場合には、酸化ヘモグロビン８１の吸光係数のほうが還元ヘモグロビン８０の吸光係数よりも大きくなっているため、吸光の大小関係が逆転している。
なお、第３〜第５狭帯域光Ｎ３〜Ｎ５に代えて、吸光の大小関係が逆転しない狭帯域光を照射したときには、Ｕ軸とＶ軸とは直交しなくなる。また、波長が４００±１０ｎｍである第５狭帯域光Ｎ５を照射したときには、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数はほぼ等しくなっている。
【００７６】
血管深さ−酸素飽和度算出部１２４は、相関関係記憶部１２２の相関関係に基づき、輝度比算出部１２０で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３に対応する酸素飽和度と血管深さを特定する。ここで、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４は、輝度比算出部１２０で算出された、血管領域内の所定画素についての第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３から、輝度座標系８２において対応する座標点（Ｘ、Ｙ）を特定し、特定された座標点（Ｘ、Ｙ）を血管情報座標系８３上の座標点としたＵＶ座標上の値を求め、座標点（Ｕ、Ｖ）を特定する。これにより、血管領域内の所定位置の画素について、血管深さ情報Ｕ及び酸素飽和度情報Ｖを求めることができる。
【００７７】
酸素飽和度画像生成部１２６は、第１画像処理部１０６の酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、酸素飽和度の大小に応じてカラー情報が割り当てられたカラーテーブル（図示せず）を備えている。酸素飽和度画像生成部１２６は、カラーテーブルから血管深さ−酸素飽和度算出部１２４で算出された酸素飽和度情報Ｖに対応するカラー情報を特定する。
そして、酸素飽和度画像生成部１２６は、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報を特定すると、酸素飽和度画像生成部１１８と同様にして、血中ヘモグロビンの酸素飽和度が反映（疑似カラー表示）された酸素飽和度画像データを生成する。
【００７８】
血管深さ画像生成部１２８は、血管深さの程度に応じてカラー情報が割り当てられたカラーテーブル（図示せず）を備えている。カラーテーブルには、例えば、血管深さが表層であるときには青、中層であるときには緑、深層であるときには赤というように、血管深さの程度に応じて、明瞭に区別することができる色が割り当てられている。血管深さ画像生成部１２８は、カラーテーブルから、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４で算出された血管深さ情報Ｕに対応するカラー情報を特定する。
血管深さ画像生成部１２８は、血管領域内の全ての画素についてカラー情報が特定されると、酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、記憶部６７に記憶されている通常観察画像の通常光画像データを読み出し、読み出された通常光画像データに対してカラー情報を反映、重畳させる、即ち、通常観察画像に対してカラー情報画像を合成することにより、血管深さの情報が反映された血管深さ画像データを生成する。生成された血管深さ画像データは再度記憶部６７に記憶される。なお、カラー情報は、通常光画像データにではなく、第３〜第５狭帯域光の成分画像データのいずれか、あるいはこれらを合成した合成画像に対して反映させてもよい。
なお、血管深さ画像を必要としない場合には、血管深さ画像生成部１２８は設けなくても良い。
【００７９】
第２画像処理部１０８で生成された酸素飽和度画像データ及び血管深さ画像データは、制御部６５に送られ、制御部６５で各種情報と共に、内視鏡観察のための酸素飽和度画像及び血管深さ画像にされ、それぞれ入力部１７の画像切替ＳＷ１７ａによって切り替えられ、酸素飽和度画像及び血管深さ画像がそれぞれ精査診断画像として表示部１５に表示され、必要に応じて、記憶部６７に記憶される。
このように、精査診断モードにおいては、第２〜第４フレームで酸素飽和度や血管深さの算出に最も適した３種の狭帯域光を用いて各狭帯域光成分の画像データを取得して酸素飽和度や血管深さの算出を行っているので、フレームレートは低くなるが、正確かつ高精度に酸素飽和度や血管深さを算出することができるので、表示された血管画像情報を含む画像は、高精度で正確な酸素飽和度画像や血管深さ画像であり、病変部等の詳細かつ正確な診断を行うことができる精査診断に適した画像である。
【００８０】
制御部６５は、各診断モードにおいて画像処理済の画像データを応じた観察画像を表示部１５に表示させるための表示制御部６５ａと、内視鏡１１、光源装置１２及びプロセッサ１３内の各部を制御するコントローラ６５ｂとを有する。
表示制御回路６５ａは、記憶部６７から１又は複数の画像を読み出し、読み出した画像を表示部１５に表示するためのものである。画像の表示形態としては様々なパターンが考えられる。例えば、表示部１５の一方の側に通常画像を表示させ、他方の側に、酸素飽和度画像を表示させるようにしても良いし、血管深さ画像や、血液量を表す画像を表示させるようにしても良い。また、酸素飽和度画像、血管深さ画像、及び血液量を表す画像の中から、入力部１７の画像切替ＳＷ１７ａ（図３参照）により選択された血管深さ画像、酸素飽和度画像又は血管深さ画像のいずれか、若しくは、２以上を表示させるようにしても良い。ここで、酸素飽和度画像では、例えば、低酸素飽和度を示す血管画像はシアンで、中酸素飽和度を示す血管画像はマゼンダで、高酸素飽和度を示す血管画像はイエローで表すことができる。一方、血管深さ画像では、例えば、表層血管を示す血管画像は青色で、中層血管を示す血管画像は緑色で、深層血管を示す血管画像は赤色で表すことができる。
なお、酸素飽和度、血管深さ及び血液量等を文字情報等の線画像として表示部１５に表示しても良い。
【００８１】
コントローラ６５ｂは、上記表１に示すように、各診断モードに応じて各フレーム毎に光源装置１２の光源制御部４９が第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ及び４１ｂ並びに第２の光源部４３の狭帯域光源４３ａ〜４３ｃの点灯制御するように、光源制御部４９に各光源の点灯制御信号を伝送して、光源制御部４９を制御する。また、コントローラ６５ｂは、内視鏡１１の撮影制御部６２が、各診断モードに応じた各フレーム毎の光源制御部４９による各光源の点灯に応じて撮像素子２１による撮像を行わせるように、撮影制御部６２に撮影指示信号を伝送して、撮影制御部６２を制御する。
記憶部６７は、メモリやストレージ装置からなり、各観察モードの撮像画像の画像データや、画像処理部６３で生成される酸素飽和度画像、血管深さ画像、及び血液量を表す画像の画像データや、その他、内視鏡装置１０、特に、内視鏡１１、プロセッサ１３及び光源装置１２等の駆動、操作、制御等において必要となる各種データやプログラムを記憶するものである。
【００８２】
次に、本実施形態の内視鏡診断装置の作用を説明する。
まず、通常観察モードの場合の作用を説明する。
観察モード等の指示が、内視鏡装置１０の入力部１７からプロセッサ１３の制御部６５に入力され、通常観察モードに設定される。
通常観察モードの場合、プロセッサ１３の制御部６５により光源装置１２の光源制御部４９の動作が制御され、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃがオフとされ、ＬＤ４４５から通常観察用の励起光Ｅが発せられる。
【００８３】
内視鏡１１では、光源装置１２から発せられる通常観察用の励起光Ｅが、それぞれ光ファイバ５５ａ、５５ｄによってスコープ先端部３５の蛍光体５７へ導光される。これにより、蛍光体５７から疑似白色光が発せられ、それぞれ、照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。そして、被観察領域からの反射光が対物レンズユニット３９により集光され、撮像素子２１により光電変換されて白色光画像の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
白色光画像の撮像信号（アナログ信号）は、ＡＦＥ６１により画像信号（デジタル信号）に変換され、画像処理部６３に入力され、ＤＳＰ６４によりデジタル信号処理され、観察モードに従って、通常光画像処理部７２により通常観察画像に適した所定の画像処理が施され、通常光画像データが出力される。そして、制御部６５により、通常光画像データに基づいて通常観察画像が表示部１５上に表示される。
【００８４】
次に、特殊光観察モードの場合の動作を説明する。
まず、観察モード等の指示が、内視鏡装置１０の入力部１７からプロセッサ１３の制御部６５に入力され、特殊光観察モードのスクリーニング診断モードに設定される。又は、通常光画像モードから特殊光観察モードのスクリーニング診断モードに切り替えられる。特殊光観察モードになると、入力部１７の操作によって、胃、十二指腸、小腸など現時点での観察部位の情報が指定される。これにより、酸素飽和度画像生成部１１８、１２６及び血管深さ画像生成部１２８において、その観察部位に応じたカラーテーブルが選択される。
【００８５】
スクリーニング診断モードでは、２フレームを１組として、１フレーム毎に照射パターンの異なる照明光が照射される。
まず、第１フレームにおいて、通常観察モードと同様に、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃがオフとされ、ＬＤ４４５から通常観察用の励起光Ｅが発せられ、撮像素子２１により撮像されて撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて白色光ＲＧＢ画像データとされ、記憶部６７に記憶されると共に、通常光画像処理部１０２により通常観察画像に適した所定の画像処理が施され、通常光画像データが出力され、記憶部６７に記憶される。
【００８６】
続いて、第２フレームにおいて、系統１のＬＤ４４５がオフとされ、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ｂ（ＬＤ４７３）がオン、残りの狭帯域光源４３ａ〜４３ｃもオフのまま維持され、ＬＤ４７３から狭帯域光Ｎ２が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ２が、それぞれ光ファイバ５５ａ、５５ｄによってスコープ先端部３５の蛍光体５７へ導光される。これにより、蛍光体５７を透過したほとんどの狭帯域光Ｎ２と、蛍光体５７で発生した少しの蛍光との合成光が、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第１フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されてＲＧＢ画像データとされ、必要に応じて記憶部６７に記憶されると共に、画像処理部６３の特殊光画像処理部１０４の第１画像処理部１０６に送られる。
【００８７】
次に、第１画像処理部１０６の分光推定部１１０で第２フレームで得られたＲＧＢ画像データを用いて分光推定され、４７３成分画像データが生成され、輝度比算出部１１２に送られる。
次に、輝度比算出部１１２では、記憶部６７に記憶された白色光Ｇ画像データ及び白色光Ｒ画像データが読み出され、送られた４７３成分画像データから、血管を含む血管領域を特定する。続いて、輝度比算出部１１２は、血管領域内の同じ位置の画素について、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値をＳ１、４７３成分画像データの画素の輝度値をＳ２、白色光Ｇ画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を算出する。
【００８８】
こうして得られた第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３は、血液量−酸素飽和度算出部１１６に送られる。
続いて、血液量−酸素飽和度算出部１１６では、相関関係記憶部１１４に記憶されている、図１３に示す分光輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、血液量および酸素飽和度との間の相関関係に基づいて、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３に対応する、血液量および酸素飽和度の情報を算出する。こうして算出された血液量および酸素飽和度の情報は、酸素飽和度画像生成部１１８に送られる。
【００８９】
次に、酸素飽和度画像生成部１１８は、血液量および酸素飽和度が求まると、選択されたカラーテーブルに基づき、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について、上述した手順で、血液量および酸素飽和度を求め、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について酸素飽和度とそれに対応するカラー情報が得られると、酸素飽和度画像生成部１１８は、記憶部６７から参照画像となる通常観察画像の通常光画像データを読み出し、この通常観察画像に対してカラー情報を反映させることにより、酸素飽和度画像データを生成する。生成された酸素飽和度画像データは、記憶部６７に記憶される。
【００９０】
そして、制御部６５は、記憶部６７から酸素飽和度画像データを読み出し、読み出した酸素飽和度画像データに基づいて、酸素飽和度画像を表示部１５に疑似カラー表示する。
上記のようにして、内視鏡装置１０では、血管の深さの影響を低減しつつ、血液量を考慮して酸素飽和度の情報を正確に算出し、通常観察画像に酸素飽和度の分布を疑似カラー画像として重畳した滑らかなスクリーニング診断画像を内視鏡１１の動きに対して追随可能な高フレームレートで表示することができる。
【００９１】
次に、特殊光観察モードのスクリーニング診断モードから精査診断モードに切り替えられる。
精査診断モードでは、４フレームを１組として、１フレーム毎に照射パターンの異なる照明光が照射される。
まず、第１フレームにおいて、スクリーニング診断モードと同様に、系統１の第１の光源部４１の狭帯域光源４１ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ａ〜４３ｃがオフとされ、ＬＤ４４５から通常観察用の励起光Ｅが発せられ、撮像素子２１により撮像されて撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて白色光ＲＧＢ画像データとされ、記憶部６７に記憶されると共に、通常光画像処理部１０２により通常観察画像に適した所定の画像処理が施され、通常光画像データが出力され、記憶部６７に記憶される。
【００９２】
続いて、第２フレームにおいて、系統１のＬＤ４４５がオフとされ、系統２の第２の光源部４３の狭帯域光源４３ａ（ＬＤ４４５）がオン、残りの狭帯域光源４１ｂ及び４３ｂ〜４３ｃもオフのまま維持され、系統２のＬＤ４４５から狭帯域光Ｎ３が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ３が、それぞれ光ファイバ５５ｂ、５５ｃによってスコープ先端部３５の光偏向・拡散部材５８へ導光される。これにより、光偏向・拡散部材５８で光量が均一化された狭帯域光Ｎ３が、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第１フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて、４４５成分画像データとされ、記憶部６７に記憶される。
【００９３】
続いて、第３フレームにおいて、系統２のＬＤ４４５がオフとされ、系統２の狭帯域光源４３ｂ（ＬＤ４７３）がオン、残りの狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ及び４３ｃもオフのまま維持され、系統２のＬＤ４７３から狭帯域光Ｎ４が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ４が、第２フレームと同様に、それぞれ光ファイバ５５ｂ、５５ｃによってスコープ先端部３５へ導光され、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第２フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて、４７３成分画像データとされ、記憶部６７に記憶される。
【００９４】
続いて、第４フレームにおいて、系統２のＬＤ４７３がオフとされ、系統２の狭帯域光源４３ｃ（ＬＤ４０５）がオン、残りの狭帯域光源４１ａ〜４１ｂ及び４３ａもオフのまま維持され、系統２のＬＤ４０５から狭帯域光Ｎ５が発せられる。
内視鏡１１では、光源装置１２からの狭帯域光Ｎ５が、第３フレームと同様に、それぞれ光ファイバ５５ｂ、５５ｃによってスコープ先端部３５へ導光され、それぞれ照明窓３７ａ、３７ｂから被検体の被観察領域に照射される。
続いて、第３フレームと同様に、撮像素子２１により撮像され、撮像画像の画像信号が取得され、ＡＦＥ６１でデジタル化され、画像処理部６３のＤＳＰ６４によりデジタル信号処理されて、４０５成分画像データとされ、記憶部６７に記憶されると共に、画像処理部６３の特殊光画像処理部１０４の第２画像処理部１０８に送られる。
【００９５】
次に、第２画像処理部１０６の輝度比算出部１２０では、記憶部６７に記憶された４４５成分画像データ、４７３成分画像データ及び４０５成分画像データを読み出し、これらの成分画像データから血管を含む血管領域を特定する。続いて、輝度比算出部１２０は、血管領域内の同じ位置の画素について、４４５成分画像データの画素の輝度値をＳ１、４７３成分画像データの画素の輝度値をＳ２、４０５成分画像データの画素の輝度値をＳ３として、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３を算出する。
【００９６】
こうして得られた第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３は、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４に送られる。
血管深さ−酸素飽和度算出部１２４では、相関関係記憶部１２２に記憶されている、図１６に示す分光輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３と、酸素飽和度及び血管深さとの間の相関関係に基づいて、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３に対応する酸素飽和度及び血管深さの情報を算出する。こうして算出された酸素飽和度及び血管深さの情報は、酸素飽和度画像生成部１２６及び／又は血管深さ画像生成部１２８に送られる。
【００９７】
酸素飽和度画像生成部１２６は、酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、酸素飽和度が求まると、選択されたカラーテーブルに基づき、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について、上述した手順で酸素飽和度を求め、酸素飽和度に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について酸素飽和度とそれに対応するカラー情報が得られると、酸素飽和度画像生成部１２６は、記憶部６７から参照画像となる通常観察画像の通常光画像データを読み出し、この通常観察画像に対してカラー情報を反映させることにより、酸素飽和度画像データを生成する。生成された酸素飽和度画像データは、記憶部６７に記憶される。
【００９８】
血管深さ画像生成部１２８は、血管深さ情報が求まると、選択されたカラーテーブルに基づき、血管深さ情報に対応するカラー情報を特定する。そして、血管領域内の全ての画素について、上述の手順で血管深さを求め、血管深さに対応するカラー情報を特定する。
血管領域内の全ての画素についてカラー情報が特定されると、血管深さ画像生成部１２８は、酸素飽和度画像生成部１１８と同様に、記憶部６７に記憶されている通常観察画像の通常光画像データを読み出し、読み出された通常光画像データに対してカラー情報を反映させることにより、血管深さ情報が反映された血管深さ画像データを生成する。生成された血管深さ画像データは再度記憶部６７に記憶される。
【００９９】
そして、制御部６５は、記憶部６７から酸素飽和度画像データ及び／又は血管深さ画像データを読み出し、読み出した酸素飽和度画像データ及び／又は血管深さ画像データに基づいて、酸素飽和度画像及び／又は血管深さ画像を表示部１５に疑似カラー表示する。
上記のようにして、内視鏡装置１０では、血管の深さを考慮して酸素飽和度の情報を正確に算出し、通常観察画像に酸素飽和度の分布を疑似カラー画像として重畳した高精度かつ正確な精査診断画像を表示することができる。
【０１００】
上述した実施例においては、第１画像処理部１０６において、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と血液量及び酸素飽和度との相関関係から酸素飽和度を算出し、第２画像処理部１０８において、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と酸素飽和度及び血管深さとの相関関係から酸素飽和度及び血管深さを算出しているが、本発明はこれに限定されず、図１７（Ａ）に示すように、第１画像処理部１０６ａにおいて、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と酸素飽和度及び血管深さとの相関関係から酸素飽和度及び血管深さを算出し、図１７（Ｂ）に示すように、第２画像処理部１０８ａにおいて、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と血液量及び酸素飽和度との相関関係から酸素飽和度を算出しても良いし、第１画像処理部１０６及び第２画像処理部１０８ａにおいて、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と血液量及び酸素飽和度との相関関係から酸素飽和度を算出しても良いし、第１画像処理部１０６ａ及び第２画像処理部１０８において、分光輝度比（Ｓ１／Ｓ３及びＳ２／Ｓ３）と酸素飽和度及び血管深さとの相関関係から酸素飽和度及び血管深さを算出しても良い。
【０１０１】
第１画像処理部１０６ａは、図１７（Ａ）に示すように、分光推定部１１０と、輝度比算出部１１２と、相関関係記憶部１２２ａと、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４ａと、酸素飽和度画像生成部１２６ａとを有する。なお、第１画像処理部１０６ａは、血管深さ画像生成部を有していても良い。
分光推定部１１０及び輝度比算出部１１２は、第１画像処理部１０６で用いられるものと全く同様の構成である。
相関関係記憶部１２２ａ、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４ａ及び酸素飽和度画像生成部１２６ａは、それぞれ第２画像処理部１０８の相関関係記憶部１２２、血管深さ−酸素飽和度算出部１２４及び酸素飽和度画像生成部１２６と、輝度値Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の値が、それぞれ４４５成分画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び４０５成分画像データの画素の輝度値であるのに対し、白色光Ｒ画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び白色光Ｇ画像データの画素の輝度値である点で異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、その説明は省略する。
【０１０２】
第２画像処理部１０８ａは、図１７（Ｂ）に示すように、輝度比算出部１２０と、相関関係記憶部１１４ａと、血液量−酸素飽和度算出部１１６ａと、酸素飽和度画像生成部１１８ａとを有する。
輝度比算出部１２０は、第１画像処理部１０６で用いられるものと全く同様の構成である。
相関関係記憶部１１４ａ、血液量−酸素飽和度算出部１１６ａ及び酸素飽和度画像生成部１１８ａは、それぞれ第１画像処理部１０６の相関関係記憶部１１４、血液量−酸素飽和度算出部１１６及び酸素飽和度画像生成部１１８と、輝度値Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の値が、それぞれ白色光Ｒ画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び白色光Ｇ画像データの画素の輝度値であるのに対し、４４５成分画像データの画素の輝度値、４７３成分画像データの画素の輝度値及び４０５成分画像データの画素の輝度値である点で異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、その説明は省略する。
【０１０３】
以上、本発明に係る内視鏡装置について種々の実施形態及び実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 内視鏡装置
１１ 内視鏡
１２ 光源装置
１３ プロセッサ
１５ 表示部
１７ 入力部
１９ 挿入部
２１ 撮像素子
２３ 操作部
２４ ユニバーサルコード
２５ａ、２５ｂ コネクタ部
３１ 軟性部
３３ 湾曲部
３５ 先端部
３７ａ、３７ｂ 照射口
３９ 対物レンズユニット
４０ 観察窓
４１、４３ 照明光源部
４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 狭帯域光源
４９ 光源制御部
５１ａ、５１ｂ コンバイナ
５３ａ、５３ｂ カプラ
５５ａ〜５５ｄ 光ファイバ
５７ 蛍光体
５８ 光偏向・拡散部材
６１ アナログ処理回路（ＡＦＥ）
６２ 撮像制御部
６３ 画像処理部
６４ デジタル信号処理回部（ＤＳＰ）
６５ 制御部
６５ａ 表示制御回路
６５ｂ コントローラ
６７ 記憶部
７１ａ、７１ｂ ７１ｃ、７１ｄ 投光ユニット
１０２ 通常光画像処理部
１０４ 特殊光画像処理部
１０６、１０６ａ 第１画像処理部
１０８，１０８ａ 第２画像処理部
１１０ 分光推定部
１１２、１２０ 輝度比算出部
１１４、１１４ａ、１２２、１２２ａ 相関関係記憶部
１１６、１１６ａ 血液量−酸素飽和度算出部
１１８、１１８ａ、１２６、１２６ａ 酸素飽和度画像生成部
１２４、１２４ａ 血管深さ−酸素飽和度算出部
１２８ 血管深さ画像生成部
Ｅ 励起光
Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５ 狭帯域光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも広帯域光を含む第１の照明光を出射する第１の照明手段と、
狭帯域光のみを複数含む第２の照明光を出射する第２の照明手段と、
前記第１の照明手段からの前記第１の照明光及び前記第２の照明手段からの前記第２の照明光の発光波長を切り替える発光波長切替手段と、
該発光波長切替手段によって切り替えられた前記発光波長の前記第１の照明光又は前記第２の照明光が照射された被写体からの戻り光を受光して撮像フレーム毎に撮像し、撮像信号を出力する撮像手段と、
該撮像手段で撮像された前記撮像信号から前記被写体となる生体の形態及び／又は機能に関する生体情報を取得する生体情報取得手段と、
該生体情報取得手段によって取得される前記生体情報に応じた、少なくとも２以上の診断モードを切り替えるモード切替手段と、を有し、
該モード切替手段で切り替えられる診断モードによって、前記生体情報を取得するための前記第１の照明光及び前記第２の照明光の発光波長を前記発光波長切替手段で切り替える、前記撮像手段による撮像フレーム数を可変させることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記少なくとも２以上の診断モードは、第１の診断モードと第２の診断モードを含み、
該第１の診断モードは、フレームレートを優先するフレームレート優先モードであり、
前記第２の診断モードは、前記生体情報を優先する生体情報優先モードであり、
前記第１の診断モードの前記撮像フレーム数は、前記第２の診断モードの前記撮像フレーム数より少ない請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記フレームレート優先モードは、前記生体情報を用いて前記被写体をスクリーニングするモードであり、
前記生体情報優先モードは、前記フレームレート優先モードにおける前記スクリーニングで特定された前記被写体の特定部位の前記生体情報を取得するモードである請求項２に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記第１の診断モードは、前記第１の照明手段からの前記第１の照明光のみによって前記被写体を照明するものであり、
前記第２の診断モードは、前記第２の照明手段からの前記第２の照明光よって前記被写体を照明することを少なくとも含むものである請求項２又は３のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記第１の照明手段から出射される前記第１の照明光と、前記第２の照明手段から出射される前記第２の照明光は、異なる照明口から出射され、前記被写体を照明する請求項１〜４のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項６】
前記第１の照明手段は、
互いに異なる波長の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源と、
該２以上の狭帯域光源から出射される各狭帯域光の少なくとも一部を透過すると共に、前記２以上の狭帯域光源の１つ狭帯域光源からの１つの狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体とを有し、
前記１つの狭帯域光による前記蛍光体の透過光と前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として前記蛍光体から出射するものであり、
前記第１の照明光は、前記広帯域光である前記合成光と、前記２以上の狭帯域光源の他の１以上の狭帯域光源からの１以上の狭帯域光とを含むものであり、
前記第２の照明手段は、
前記第２の照明光として異なる波長の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源を有する請求項１〜５のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項７】
前記第１の照明手段は、
互いに異なる波長の第１及び第２の狭帯域光をそれぞれ出射する２つの第１及び第２の狭帯域光源と、
前記第１及び第２の狭帯域光のそれぞれの少なくとも一部を透過すると共に、前記第１の狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体とを有し、
前記蛍光体を透過した前記第１の狭帯域光と該第１の狭帯域光で励起された前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として出射するものであり、
前記第２の照明手段は、
互いに異なる波長の狭帯域光を出射する３つの狭帯域光源を有し、
該３つの狭帯域光源は、それぞれ前記第１及び第２の狭帯域光源と、前記第１及び第２の狭帯域光と波長の異なる第３の狭帯域光を出射する第３の狭帯域光源と、を含む請求項１〜６のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項８】
前記第１の狭帯域光は、前記蛍光体から前記蛍光を励起発光させて前記広帯域光として疑似白色光を生成するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、
前記第２の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の血液の酸素飽和度を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、
前記第３の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の表層血管の情報を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光である請求項７に記載の内視鏡装置。
【請求項９】
前記第１の狭帯域光源は、前記第１の狭帯域光として青色領域の波長の狭帯域光を出射する第１青色レーザであり、
前記第２の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも長波長の青色領域から青緑色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第２青色レーザであり、
前記第３の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも短波長の青紫色領域から青色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第３青色レーザである請求項７または８に記載の内視鏡装置。
【請求項１０】
前記第１の狭帯域光の波長領域は４４０±１０ｎｍであり、前記第２の狭帯域光の波長領域は４７０±１０ｎｍであり、前記第３の狭帯域光の波長領域は４００±１０ｎｍである請求項７〜９のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１１】
前記撮像手段は、少なくとも３つ以上の波長帯域を分離して撮像可能なカラー撮像素子である請求項１〜１０のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１２】
さらに、前記広帯域光を前記被写体に照射して前記撮像手段によって撮像された前記撮像信号から、分光推定によって狭帯域画像信号を生成する手段を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１３】
前記生体情報取得手段は、前記生体の血液の酸素飽和度を演算する請求項１〜１２のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１】
少なくとも広帯域光を含む第１の照明光を出射する第１の照明手段と、
狭帯域光のみを複数含む第２の照明光を出射する第２の照明手段と、
前記第１の照明手段からの前記第１の照明光及び前記第２の照明手段からの前記第２の照明光の発光波長を切り替える発光波長切替手段と、
該発光波長切替手段によって切り替えられた前記発光波長の前記第１の照明光又は前記第２の照明光が照射された被写体からの戻り光を受光して撮像フレーム毎に撮像し、撮像信号を出力する撮像手段と、
該撮像手段で撮像された前記撮像信号から前記被写体となる生体の形態及び／又は機能に関する生体情報を取得する生体情報取得手段と、
該生体情報取得手段によって取得される前記生体情報に応じた、少なくとも２以上の診断モードを切り替えるモード切替手段と、を有し、
該モード切替手段で切り替えられる診断モードによって、前記生体情報を取得するための前記第１の照明光及び前記第２の照明光の発光波長を前記発光波長切替手段で切り替える、前記撮像手段による撮像フレーム数を可変させることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記少なくとも２以上の診断モードは、第１の診断モードと第２の診断モードを含み、
該第１の診断モードは、フレームレートを優先するフレームレート優先モードであり、
前記第２の診断モードは、前記生体情報を優先する生体情報優先モードであり、
前記第１の診断モードの前記撮像フレーム数は、前記第２の診断モードの前記撮像フレーム数より少ない請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記フレームレート優先モードは、前記生体情報を用いて前記被写体をスクリーニングするモードであり、
前記生体情報優先モードは、前記フレームレート優先モードにおける前記スクリーニングで特定された前記被写体の特定部位の前記生体情報を取得するモードである請求項２に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記第１の診断モードは、前記第１の照明手段からの前記第１の照明光のみによって前記被写体を照明するものであり、
前記第２の診断モードは、前記第２の照明手段からの前記第２の照明光よって前記被写体を照明することを少なくとも含むものである請求項２又は３のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記第１の照明手段から出射される前記第１の照明光と、前記第２の照明手段から出射される前記第２の照明光は、異なる照明口から出射され、前記被写体を照明する請求項１〜４のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項６】
前記第１の照明手段は、
互いに異なる波長の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源と、
該２以上の狭帯域光源から出射される各狭帯域光の少なくとも一部を透過すると共に、前記２以上の狭帯域光源の１つ狭帯域光源からの１つの狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体とを有し、
前記１つの狭帯域光による前記蛍光体の透過光と前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として前記蛍光体から出射するものであり、
前記第１の照明光は、前記広帯域光である前記合成光と、前記２以上の狭帯域光源の他の１以上の狭帯域光源からの１以上の狭帯域光とを含むものであり、
前記第２の照明手段は、
前記第２の照明光として異なる波長の狭帯域光を出射する２以上の狭帯域光源を有する請求項１〜５のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項７】
前記第１の照明手段は、
互いに異なる波長の第１及び第２の狭帯域光をそれぞれ出射する２つの第１及び第２の狭帯域光源と、
前記第１及び第２の狭帯域光のそれぞれの少なくとも一部を透過すると共に、前記第１の狭帯域光によって励起されて蛍光を発光する蛍光体とを有し、
前記蛍光体を透過した前記第１の狭帯域光と該第１の狭帯域光で励起された前記蛍光体から発光する前記蛍光との合成光を前記広帯域光として出射するものであり、
前記第２の照明手段は、
互いに異なる波長の狭帯域光を出射する３つの狭帯域光源を有し、
該３つの狭帯域光源は、それぞれ前記第１及び第２の狭帯域光源と、前記第１及び第２の狭帯域光と波長の異なる第３の狭帯域光を出射する第３の狭帯域光源と、を含む請求項１〜６のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項８】
前記第１の狭帯域光は、前記蛍光体から前記蛍光を励起発光させて前記広帯域光として疑似白色光を生成するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、
前記第２の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の血液の酸素飽和度を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光であり、
前記第３の狭帯域光は、前記生体情報として前記生体の表層血管の情報を取得するのに適した波長を持つ狭帯域光である請求項７に記載の内視鏡装置。
【請求項９】
前記第１の狭帯域光源は、前記第１の狭帯域光として青色領域の波長の狭帯域光を出射する第１青色レーザであり、
前記第２の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも長波長の青色領域から青緑色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第２青色レーザであり、
前記第３の狭帯域光源は、前記第１青色レーザの発光波長域よりも短波長の青紫色領域から青色領域の波長域にある狭帯域光を出射する第３青色レーザである請求項７または８に記載の内視鏡装置。
【請求項１０】
前記第１の狭帯域光の波長領域は４４０±１０ｎｍであり、前記第２の狭帯域光の波長領域は４７０±１０ｎｍであり、前記第３の狭帯域光の波長領域は４００±１０ｎｍである請求項７〜９のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１１】
前記撮像手段は、少なくとも３つ以上の波長帯域を分離して撮像可能なカラー撮像素子である請求項１〜１０のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１２】
さらに、前記広帯域光を前記被写体に照射して前記撮像手段によって撮像された前記撮像信号から、分光推定によって狭帯域画像信号を生成する手段を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１３】
前記生体情報取得手段は、前記生体の血液の酸素飽和度を演算する請求項１〜１２のいずれかに記載の内視鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１３０４２９（Ｐ２０１２−１３０４２９Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３３８１（Ｐ２０１０−２８３３８１）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【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７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【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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