電子内視鏡システム
【課題】血管深さおよび酸素飽和度に関する情報を同時に取得して、深さの異なる血管の酸素飽和度に関する画像を同時に表示することができる電子内視鏡システムを提供する。
【解決手段】電子内視鏡システムは、波長帯域の異なる複数の光を順次照射する光源装置と、光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を順次出力する電子内視鏡と、電子内視鏡から出力された、波長帯域の異なる光の撮像信号に対応する各々の画像間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、位置合わせ手段により位置合わせが行われた各々の画像の撮像信号から、所定の深さの血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成する画像生成手段と、画像生成手段により生成された酸素飽和度画像を表示する画像表示手段とを備える。
【解決手段】電子内視鏡システムは、波長帯域の異なる複数の光を順次照射する光源装置と、光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を順次出力する電子内視鏡と、電子内視鏡から出力された、波長帯域の異なる光の撮像信号に対応する各々の画像間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、位置合わせ手段により位置合わせが行われた各々の画像の撮像信号から、所定の深さの血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成する画像生成手段と、画像生成手段により生成された酸素飽和度画像を表示する画像表示手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡で撮像した画像から血管に関する情報を取得し、取得した情報を表示する電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療分野では、電子内視鏡を用いた診断や治療が数多く行なわれている。電子内視鏡は、被検者の体腔内に挿入される細長の挿入部を備えており、この挿入部の先端にはＣＣＤなどの撮像装置が内蔵されている。また、電子内視鏡は光源装置に接続されており、光源装置で発せられた光は、挿入部の先端から体腔内部に対して照射される。このように体腔内部に光が照射された状態で、体腔内の被写体組織が、挿入部の先端の撮像装置によって撮像される。撮像により得られた画像は、電子内視鏡に接続されたプロセッサ装置で各種処理が施された後、モニタに表示される。したがって、電子内視鏡を用いることによって、被検者の体腔内の画像をリアルタイムに確認することができるため、診断などを確実に行うことができる。
【０００３】
光源装置には、波長が青色領域から赤色領域にわたる白色の広帯域光を発することができるキセノンランプなどの白色光源が用いられている。体腔内の照射に白色の広帯域光を用いることで、撮像画像から被写体組織全体を把握することができる。しかしながら、広帯域光を照射したときに得られる撮像画像からは、被写体組織全体を大まかに把握することはできるものの、微細血管、深層血管、ピットパターン（腺口構造）、陥凹や隆起といった凹凸構造などの被写体組織は明瞭に観察することが難しいことがある。このような被写体組織に対しては、波長を特定領域に制限した狭帯域光を照射することで、明瞭に観察できるようになることが知られている。また、狭帯域光を照射したときの画像データから、血管中の酸素飽和度など被写体組織に関する各種情報を取得し、その取得した情報を画像化させることが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、狭帯域光を用いて酸素飽和度画像を得るものとして、近赤外領域の３波長の狭帯域光（ＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３）と、可視光領域の３波長の狭帯域光（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の２つの例が示されている。いずれの組み合わせも、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて光の吸収度（吸光度）が変化する波長の狭帯域光と変化しない波長の狭帯域光とを組み合わせたものになっている。また、特許文献１には、３波長の狭帯域光に対応する３つの信号のうち２つを選択し、その差を検出して酸素飽和度画像をモノクロあるいは疑似カラーで表示することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２では、キセノンランプなどの放電ランプによる白色光を、フィルタを使って波長の異なるＲ，Ｇ，Ｂの３色に分けて照射することにより、対象表面から所望の深部の組織情報を得ることが記載されている。
【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３５８３７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年では、血管深さと酸素飽和度の両方を同時に把握しながら、診断等を行ないたいという要望がある。一般に、光の深達深さは波長によって異なるため、観察対象とする血管の深さによって、ヘモグロビンの変化を感知するのに適切な波長の組み合わせが変化する。ところが、特許文献１の方法では、酸素飽和度を計測できる深さは固定されており、１台の装置で異なる深さ条件の酸素飽和度を計測することはできない。また、特許文献２の方法では、所望深さの構造情報を得ることはできるが、血管内ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を取得することはできない。
【０００８】
本発明の目的は、血管深さおよび酸素飽和度に関する情報を同時に取得して、深さの異なる血管の酸素飽和度に関する画像を同時に表示することができる電子内視鏡システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、波長帯域の異なる複数の光を順次照射する光源装置と、
前記光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、該受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を順次出力する電子内視鏡と、
前記電子内視鏡から出力された、前記波長帯域の異なる光の撮像信号に対応する各々の画像間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた各々の画像の撮像信号から、所定の深さの血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された酸素飽和度画像を表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システムを提供するものである。
【００１０】
ここで、前記光源装置は、前記波長帯域の異なる複数の光として、前記酸素飽和度に応じて、前記血管中の還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光度の大小関係が逆転する波長帯域の少なくとも２つの第１光と、前記吸光度が同じになる波長帯域の少なくとも１つの第２光を照射するものであることが好ましい。
【００１１】
また、前記光源装置は、前記第１光および第２光として、中心波長±１０ｎｍの狭帯域光を照射するものであることが好ましい。
【００１２】
また、前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するカラーの撮像素子を有し、
前記光源装置は、前記撮像素子の各色のチャンネルの分光感度に対応した中心波長の狭帯域光を同時に照射するものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するモノクロの撮像素子を有し、
前記光源装置は、第１中心波長の狭帯域光の照射順序が、該第１中心波長の狭帯域光よりも前記被写体組織の特徴点情報を取得しやすい第２および第３中心波長の狭帯域光の間になるように照射するものであることが好ましい。
【００１４】
また、前記光源装置は、前記第１光および第２光として、さらに、４７０〜７００ｎｍの波長帯域の広帯域光を照射し、
前記画像生成手段は、前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた、前記狭帯域光の撮像信号および前記広帯域光の少なくとも１つの色のチャンネルの撮像信号から、前記酸素飽和度画像を生成するものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記画像生成手段は、深さの異なる複数の血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成し、
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を同時に表示するものであることが好ましい。
【００１６】
また、前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を各々別々の２次元画像として同時に表示するものであることが好ましい。
【００１７】
また、前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を１つの３次元画像として同時に表示するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、血管深さに応じて、被写体に照射する照明光の波長を切り替えることにより、血管深さおよび酸素飽和度に関する情報を同時に取得し、所定の深さの血管の酸素飽和度に関する画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。
【図２】図１に示す電子内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターの分光透過率を示すグラフである。
【図４】カラーＣＣＤで撮像する場合に、Ｂ，Ｇ，Ｒの各チャンネルの分光感度に対応する複数の狭帯域光を同時に照射する場合の概念図である。
【図５】（Ａ）は通常光画像モード時におけるＣＣＤの撮像動作を、（Ｂ）は特殊光画像モード時におけるＣＣＤの撮像動作を説明する説明図である。
【図６】モノクロＣＣＤで撮像する場合に、７種の狭帯域光を順次照射する場合の概念図である。
【図７】ヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。
【図８】第１及び２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ１／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。
【図９】（Ａ）は第１及び輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊，Ｓ２＊／Ｓ３＊から輝度座標系における座標（Ｘ＊，Ｙ＊）を求める方法を、（Ｂ）は座標（Ｘ＊，Ｙ＊）に対応する血管情報座標系の座標（Ｕ＊，Ｖ＊）を求める方法を説明する説明図である。
【図１０】血管密度と酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。
【図１１】酸素飽和度画像生成部内の具体的構成を示すブロック図である。
【図１２】酸素飽和度に対応する２色間色相環を示すグラフである。
【図１３】（Ａ）は血管深さに対応する濃淡を、（Ｂ）は血管深さに対応する２色間グラデーションを示すグラフである。
【図１４】表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像が同時表示されたモニタの画像図である。
【図１５】表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像が疑似３次元表示されたモニタの画像図である。
【図１６】表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度を撮像する場合の電子内視鏡システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の電子内視鏡システムを詳細に説明する。
【００２１】
本発明の電子内視鏡システムは、撮像対象となる血管の被写体組織表面からの深さに応じて、撮像時の照明波長を切り替えることにより、異なる深さの血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を同時に求め、深さの異なる複数の酸素飽和度画像を同時に表示する。
【００２２】
以下の実施形態では、深さの異なる血管の酸素飽和度分布を取得するための光源として、中心波長が異なる７種の狭帯域光（中心波長４０５，４４５，４７３，５３２，５６０，６５０，８００ｎｍ）を用いる。生体組織では、光源から照射される光の波長が長くなるほど、被写体組織表面からの光の深達深さが深くなるという一般的な特性から、撮像対象の血管の深さが深くなるほど長波の狭帯域光を用いる。
【００２３】
具体的には、表層血管（深さ約１０〜１００μｍの血管）、中層血管（深さ約１００〜５００μｍの血管）および深層血管（深さ約５００〜２０００μｍの血管）に対して、それぞれ、以下の３波長の狭帯域光の組み合わせを用いる。
・表層血管：中心波長４０５，４４５，４７３ｎｍ
・中層血管：中心波長４７３，５３２，５６０ｎｍ
・深層血管：中心波長５６０，６５０，８００ｎｍ
【００２４】
いずれの場合も、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光の吸収度（吸光度）の大小関係が逆転する波長帯域の２つの狭帯域光と、吸光度が同じになる波長帯域の１つの狭帯域光との組み合わせを用いる。
【００２５】
図１に示すように、本発明の一実施形態の電子内視鏡システム１０は、被検者（被写体）の体腔内を撮像する電子内視鏡（内視鏡スコープ）１１と、撮像により得られた信号に基づいて体腔内の血管領域を含む被写体組織の画像を生成するプロセッサ装置１２と、体腔内を照射する光を供給する光源装置１３と、体腔内の画像を表示するモニタ１４とを備えている。電子内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７とプロセッサ装置１２及び光源装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。
【００２６】
挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内撮影用の光学系等を内蔵した先端部１６ａが設けられており、この先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。また、操作部１７には、処置具等が挿入される挿入口２２が設けられている。
【００２７】
ユニバーサルコード１８には、プロセッサ装置１２および光源装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、プロセッサ装置１２および光源装置１３に着脱自在に接続される。
【００２８】
光源装置１３は、波長帯域の異なる複数の光を照射するものであり、図２に示すように、広帯域光源３０と、シャッター３１と、シャッター駆動部３２と、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７と、カプラー３６と、光源切替部３７とを備えている。
【００２９】
広帯域光源３０はキセノンランプ、白色ＬＥＤ、マイクロホワイト光源などであり、波長が青色領域から赤色領域（約４７０〜７００ｎｍ）にわたる広帯域光ＢＢを発生する。広帯域光源３０は、電子内視鏡１１の使用中、常時点灯している。広帯域光源３０から発せられた広帯域光ＢＢは、集光レンズ３９により集光されて、広帯域用光ファイバ４０に入射する。
【００３０】
シャッター３１は、広帯域光源３０と集光レンズ３９との間に設けられており、広帯域光ＢＢの光路に挿入されて広帯域光ＢＢを遮光する挿入位置と、挿入位置から退避して広帯域光ＢＢが集光レンズ３９に向かうことを許容する退避位置との間で移動自在となっている。シャッター駆動部３２はプロセッサ装置内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９からの指示に基づいてシャッター３１の駆動を制御する。
【００３１】
なお、広帯域光源３０、シャッター３１、集光レンズ３９、広帯域用光ファイバ４０等の広帯域光に関する部材は、本実施形態では必須の構成要素ではないが、広帯域光は、後述する通常光画像モードの撮像時に利用される。
【００３２】
第１〜第７狭帯域光源９１〜９７はレーザーダイオードなどである。第１狭帯域光源９１は、波長帯域が４４５±１０ｎｍに、好ましくは中心波長４４５ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第１狭帯域光Ｎ１」とする）を、第２狭帯域光源９２は波長帯域が４７３±１０ｎｍに、好ましくは中心波長４７３ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第２狭帯域光Ｎ２」とする）を、第３狭帯域光源９３は波長帯域が４０５±１０ｎｍに、好ましくは中心波長４０５ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第３狭帯域光Ｎ３」とする）を、第４狭帯域光源９４は、波長帯域が５３２±１０ｎｍに、好ましくは中心波長５３２ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第４狭帯域光Ｎ４」とする）を、第５狭帯域光源９５は、波長帯域が５６０±１０ｎｍに、好ましくは中心波長５６０ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第５狭帯域光Ｎ５」とする）を、第６狭帯域光源９６は、波長帯域が６５０±１０ｎｍに、好ましくは中心波長６５０ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第６狭帯域光Ｎ６」とする）を、第７狭帯域光源９７は、波長帯域が８００±１０ｎｍに、好ましくは中心波長８００ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第７狭帯域光Ｎ７」とする）を発生する。第１〜第７狭帯域光源９１〜９７はそれぞれ第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａに接続されており、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７で発せられた第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７は第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａに入射する。
【００３３】
カプラー３６は、電子内視鏡１１内のライトガイド４３と、広帯域用光ファイバ４０及び第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａとを連結する。これにより、広帯域光ＢＢは、広帯域用光ファイバ４０を介して、ライトガイド４３に入射することが可能となる。また、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７は、第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａを介して、ライトガイド４３に入射することが可能となる。
【００３４】
光源切替部３７はプロセッサ装置内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９からの指示に基づいて、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７をＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）に切り替える。本実施形態では、広帯域光ＢＢを用いた通常光画像モードに設定されている場合には、広帯域光源３０はＯＮ（シャッター３１が退避位置）に切り替えられて通常光画像の撮像が行なわれる一方、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７はＯＦＦにされる。これに対して、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７を用いた特殊光画像モードに設定されている場合には、広帯域光源３０はＯＦＦ（シャッター３１が挿入位置）にされる一方、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７が順次ＯＮに切り替えられて特殊光画像の撮像が行なわれる。
【００３５】
具体的には、まず、第１狭帯域光源９１が光源切替部３７によりＯＮに切り替えられる。そして、第１狭帯域光Ｎ１が体腔内に照射された状態で、被写体組織の撮像が行なわれる。撮像が完了すると、コントローラー５９から光源切替の指示がなされ、第１狭帯域光源９１がＯＦＦに、第２狭帯域光源９２がＯＮに切り替えられる。以後同様にして、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７が順次ＯＮに切り替えられて撮像が行われ、第７狭帯域光Ｎ７を体腔内に照射した状態での撮像が完了すると、第７狭帯域光源９７がＯＦＦに切り替えられる。
【００３６】
本実施形態では、中心波長の異なる７種の狭帯域光（第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７）を１フレーム時間毎に順次切り替えて被写体に照射することにより、７フレーム時間を１セットとして、各波長に対応する７フレーム分の画像（７枚の静止画像）を取得する。
【００３７】
ここで、撮像対象の生体（被写体）等の動きによる各フレームの画像間の位置ズレ（画素ズレ）を最低限に留めるために、計測（画像の取得）は短時間で行われることが望ましい。後述するように、図３のような分光感度を持つカラーＣＣＤを用いる場合は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各チャンネルの分光感度に対応する複数の狭帯域光を同時に照射することにより、３回の計測（３フレーム時間）で７種の狭帯域光の各々に対応する計測結果を得ることができる。
【００３８】
例えば、図４に示すように、最初の１フレーム時間ｔで、中心波長が４０５ｎｍの第３狭帯域光Ｎ３、５３２ｎｍの第４狭帯域光Ｎ４および６５０ｎｍの第６狭帯域光Ｎ６を同時に照射することにより、Ｂチャンネルで撮像信号Ｂからなる第３狭帯域信号が、Ｇチャンネルで撮像信号Ｇからなる第４狭帯域信号が、Ｒチャンネルで撮像信号Ｒからなる第６狭帯域信号が同時に得られる。次の１フレーム時間ｔ＋１で、４４５ｎｍの第１狭帯域光Ｎ１、５６０ｎｍの第５狭帯域信号Ｎ５および８００ｎｍの第７狭帯域信号Ｎ７を同時に照射することにより、Ｂチャンネルで撮像信号Ｂからなる第１狭帯域信号が、Ｇチャンネルで撮像信号Ｇからなる第５狭帯域信号が、Ｒチャンネルで撮像信号Ｒからなる第７狭帯域信号が同時に得られる。その次の１フレーム時間ｔ＋２で、４７３ｎｍの第２狭帯域信号を照射することにより、Ｂチャンネルで撮像信号Ｂからなる第２狭帯域信号が得られる。
【００３９】
続いて、電子内視鏡１１は、光源装置１３から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を出力するものであり、ライトガイド４３、ＣＣＤ４４、アナログ処理回路４５（ＡＦＥ：Analog Front End）、撮像制御部４６を備えている。
【００４０】
ライトガイド４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内のカプラー３６に挿入されており、出射端が先端部１６ａに設けられた照射レンズ４８に向けられている。光源装置１３で発せられた光は、ライトガイド４３により導光された後、照射レンズ４８に向けて出射する。照射レンズ４８に入射した光は、先端部１６ａの端面に取り付けられた照明窓４９を通して、体腔内に照射される。体腔内で反射した広帯域光ＢＢ及び第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７は、先端部１６ａの端面に取り付けられた観察窓５０を通して、集光レンズ５１に入射する。
【００４１】
ＣＣＤ（撮像素子）４４は、集光レンズ５１からの光を撮像面４４ａで受光し、受光した光を光電変換して信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を撮像信号として読み出す。読み出された撮像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。また、本実施形態のＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のいずれかのカラーフィルターが設けられたＲ画素（Ｒチャンネル）、Ｇ画素（Ｇチャンネル）、Ｂ画素（Ｂチャンネル）の３色の画素が配列されている。なお、ＣＣＤ４４として、モノクロＣＣＤを使用することもできる。
【００４２】
Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターは、図３に示すような分光透過率５２，５３，５４を有している。集光レンズ５１に入射する光のうち、広帯域光ＢＢは波長が約４７０〜７００ｎｍにわたるため、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターは、広帯域光ＢＢのうちそれぞれの分光透過率５２，５３，５４に応じた波長の光を透過する。ここで、Ｒ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｒ、Ｇ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｇ、Ｂ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｂとすると、ＣＣＤ４４に広帯域光ＢＢが入射した場合には、撮像信号Ｒ、撮像信号Ｇ、及び撮像信号Ｂからなる広帯域撮像信号が得られる。
【００４３】
一方、集光レンズ５１に入射する光のうち、例えば、第１狭帯域光Ｎ１は、波長が４４０±１０ｎｍであるため、Ｂ色のカラーフィルターのみを透過する。したがって、ＣＣＤ４４に第１狭帯域光Ｎ１が入射することで、撮像信号Ｂからなる第１狭帯域撮像信号が得られる。また、第２狭帯域光Ｎ２は、波長が４７０±１０ｎｍであるため、Ｂ色及びＲ色のカラーフィルターを透過する。したがって、ＣＣＤ４４に第２狭帯域光Ｎ２が入射することで、撮像信号Ｂと撮像信号Ｇとからなる第２狭帯域撮像信号が得られる。また、第３狭帯域光Ｎ３は、波長が４００±１０ｎｍであるため、Ｂ色のカラーフィルターのみを透過する。したがって、ＣＣＤ４４に第３狭帯域光Ｎ３が入射することで、撮像信号Ｂからなる第３狭帯域撮像信号が得られる。以後同様に、第４〜第７狭帯域光Ｎ４〜Ｎ７は、各々の波長帯域に対応するカラーフィルターを通過して各々対応する撮像信号からなる第４〜第７狭帯域信号が得られる。
【００４４】
ＡＦＥ４５は、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／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）（いずれも図示省略）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ４４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、ＣＣＤ４４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装置１２に入力する。
【００４５】
撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９から指示がなされたときにＣＣＤ４４に対して駆動信号を送る。ＣＣＤ４４は、撮像制御部４６からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで撮像信号をＡＦＥ４５に出力する。本実施形態では、通常光画像モードに設定された場合、図５（Ａ）に示すように、１フレーム時間の取得期間内で、広帯域光ＢＢを光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を広帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作が行なわれる。この動作は、通常光画像モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。
【００４６】
これに対して、通常光画像モードから特殊光画像モードに切り替えられると、図５（Ｂ）に示すように、まず、１フレーム時間の取得期間内で、第１狭帯域光Ｎ１を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第１狭帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作が行なわれる。第１狭帯域撮像信号の読み出しが完了すると、次の１フレーム時間の取得期間内で、第２狭帯域光Ｎ２を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第２狭帯域撮像信号として読み出すステップとが行なわれる。第２狭帯域撮像信号の読み出しが完了すると、その次の１フレーム時間の取得期間内で、第３狭帯域光Ｎ３を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第３狭帯域撮像信号として読み出すステップとが行なわれる。以後同様にして、７フレーム時間を１セットとして、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７について、１フレーム時間毎に、蓄積と読み出しのステップが行われる。この動作は、特殊光画像モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。
【００４７】
図２に示すように、プロセッサ装置１２は、デジタル信号処理部５５（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））と、フレームメモリ５６と、血管画像生成部５７と、表示制御回路５８を備えており、コントローラー５９が各部を制御している。ＤＳＰ５５は、電子内視鏡のＡＦＥ４５から出力された広帯域撮像信号及び第１〜第７狭帯域撮像信号に対し、色分離、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などを行うことによって、広帯域画像データ及び第１〜第７狭帯域画像データを作成する。フレームメモリ５６は、ＤＳＰ５５で作成された広帯域画像データ及び第１〜第７狭帯域画像データを記憶する。広帯域画像データは、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色が含まれるカラー画像データ、第１〜第７狭帯域画像データは、各々対応する色のみが含まれるカラー画像データである。
【００４８】
血管画像生成部５７は、画像位置合わせ処理部６５と、輝度比算出部６０と、相関関係記憶部６１と、血管深さ−酸素飽和度算出部６２と、酸素飽和度画像生成部６４とを備えている。
【００４９】
画像位置合わせ処理部６５は、特殊光画像モードで７フレーム時間を１セットとして取得される第１〜第７狭帯域画像データに対応する各々の画像について、生体組織（被写体）や電子内視鏡１１の動きによる各フレームの画像間の位置ズレを補正するために、各々の画像間の位置合わせ処理を行う。位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域画像データはフレームメモリ５６に記憶される。位置合わせの手法は何ら限定されず、公知技術を含む各種の手法を採用することができる。例えば、異なる時刻に撮像された血管像間で共通する特徴点を検出して位置ズレを補正するための変換行列を作成し、この変換行列を用いて各フレームの画像間の位置ズレを補正する手法などを例示することができる。
【００５０】
ここで、計測波長（撮像時の照明光の波長）が長波であるほど、位置合わせに適した特徴点情報が少なくなるという問題がある。図３に示す分光感度を持つカラーＣＣＤを用いる構成の場合、例えば、特徴点情報を取得しやすい、４０５，４４５，４７３ｎｍのＢチャンネル情報（Ｂ画素で取得された撮像信号の画像データ）から変換行列を求め、ＧおよびＲチャンネルには、同時に計測されるＢチャンネル情報で求めた変換行列を適用することで、この問題に対応できる。
【００５１】
また、モノクロＣＣＤを用いる場合には、各フレームの画像間の位置合わせ精度を上げるため、図６に示すように、計測する波長の順番を工夫することが望ましい。すなわち、同図に示すように、特徴点情報を取得しにくい中心波長の狭帯域光の照射順序が、特徴点情報を取得しやすい中心波長の狭帯域光の間になるように、本実施形態では図６に示すように、８００ｎｍと４７３ｎｍの狭帯域光の照射順序が４０５ｎｍの狭帯域光と４４５ｎｍの狭帯域光との間に、６５０ｎｍと５３２ｎｍの狭帯域光の照射順序が４４５ｎｍの狭帯域光と５６０ｎｍの狭帯域光との間になるように照射することにより、特徴点情報が少ないフレームの変換行列を、特徴点情報が多い前後のフレームで求めた変換行列から補完して求めることができる。
【００５２】
続いて、輝度比算出部６０は、フレームメモリ５６に記憶された位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域光画像データから、例えば、血管部分の輝度値とそれ以外の部分の輝度値との差から、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６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、例えば、第１及び第３狭帯域画像データ間の第１輝度比Ｓ１／Ｓ３を求めるとともに、第２及び第３狭帯域画像データ間の第２輝度比Ｓ２／Ｓ３を求める。ここで、Ｓ１は第１狭帯域光画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は第２狭帯域光画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は第３狭帯域光画像データの画素の輝度値を表している。
【００５３】
相関関係記憶部６１は、例えば、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３と、血管中の酸素飽和度及び血管深さとの相関関係を記憶している。この相関関係は、血管が図７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第１〜第７狭帯域光画像データを分析することにより得られたものである。図７に示すように、血管中のヘモグロビンは、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もので、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。
【００５４】
また、酸素と結合していない還元ヘモグロビン７０と、酸素と結合した酸化ヘモグロビン７１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７における各ヘモグロビン７０，７１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。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。
【００５５】
相関関係記憶部６１は、図８に示すように、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３を表す輝度座標系６６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６７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６６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６７は輝度座標系６６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６６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６６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。
【００５６】
また、血管情報座標系６７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１狭帯域光Ｎ１の照射時と第２狭帯域光Ｎ２の照射時とで吸光度の大小関係が逆転しているためである。図７に示すように、例えば、波長が４４０±１０ｎｍである第１狭帯域光Ｎ１を照射した場合には、還元ヘモグロビン７０の吸光係数は、酸素飽和度が高い酸化ヘモグロビン７１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２狭帯域光Ｎ２を照射した場合には、酸化ヘモグロビン７１の吸光係数のほうが還元ヘモグロビン７０の吸光係数よりも大きくなっているため、吸光度の大小関係が逆転している。なお、第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３に代えて、吸光度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１狭帯域光Ｎ１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同じになっている。
【００５７】
血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づき、輝度比算出部６０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、輝度比算出部６０で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３のうち、血管領域内の所定画素についての第１輝度比をＳ１＊／Ｓ３＊とし、第２輝度比をＳ２＊／Ｓ３＊とする。
【００５８】
血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、図９（Ａ）に示すように、輝度座標系６６において、第１及び第２輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊，Ｓ２＊／Ｓ３＊に対応する座標（Ｘ＊，Ｙ＊）を特定する。座標（Ｘ＊，Ｙ＊）が特定されたら、図９（Ｂ）に示すように、血管情報座標系６７において、座標（Ｘ＊，Ｙ＊）に対応する座標（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Ｕ＊及び酸素飽和度Ｖ＊が求まる。ここで、血管深さは数値情報で表され、血管深さが浅いほど数値は小さく、血管深さが深くなるほど数値は大きくなる。酸素飽和度についても、血管深さと同様に、数値情報で表される。
【００５９】
上記のように、例えば、中心波長４４５，４７３，４０５ｎｍの第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３に対応する第１〜第３狭帯域画像データを用いて血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊を求めることができる。上記例は、血管深さの分解能が高い表層血管の酸素飽和度を求める場合に適している。一方、波長４７３ｎｍ以降の波長においては、短波に比べ血管深さの分解能が落ちるため、表層血管の場合と同様にして酸素飽和度を求めることが難しくなってくる。以下に、４７３ｎｍ以降の中層血管および深層血管に対応する狭帯域光の波長の組み合わせに適した酸素飽和度の算出手法について説明する。
【００６０】
ここで、ヘモグロビンの酸素飽和度によらず吸光度が同じ波長の狭帯域光源をＬ１，酸素飽和度が高いほど吸光度が強くなる波長の狭帯域光源をＬ２，酸素飽和度が高いほど吸光度が弱くなる波長の狭帯域光源をＬ３とする。
【００６１】
例えば、中層血管の場合、波長５３２ｎｍの第４狭帯域光源９４がＬ１に、波長４７３ｎｍの第２狭帯域光源９２がＬ２に、波長５６０ｎｍの第５狭帯域光源９５がＬ３に対応する。各狭帯域光源Ｌ１〜Ｌ３を照射して得られた反射信号（狭帯域画像データの画素の輝度値）をＭ１〜Ｍ３とすると、輝度値Ｍ１が被写体組織内の血管密度に対応し、Ｍ２とＭ３の輝度比Ｍ２／Ｍ３が酸素飽和度の大小に対応する。このことから、輝度値Ｍ１と輝度比Ｍ２／Ｍ３の相関を取ると図１０のような分布が得られ、この分布図から中層血管中の酸素飽和度Ｖ＊を得ることができる。
【００６２】
この場合、輝度比算出部６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、第４狭帯域画像データの輝度値Ｍ１と、第２及び第５狭帯域画像データ間の輝度比Ｍ２／Ｍ３を求める。また、相関関係記憶部６１には、輝度値Ｍ１及び輝度比Ｍ２／Ｍ３と、中層血管中の酸素飽和度Ｖ＊との相関関係が記憶される。血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の図１０に示す相関関係に基づき、輝度比算出部６０で算出された輝度値Ｍ１と輝度比Ｍ２／Ｍ３に対応する酸素飽和度Ｖ＊を特定する。また、深層血管の場合も中層血管の場合と同様にして酸素飽和度を求めることができる。
【００６３】
一般的に、図１０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。なお、中層血管および深層血管の酸素飽和度Ｖ＊を別途求めることは必須ではない。
【００６４】
酸素飽和度画像生成部６４は、図１１に示すように、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胃用カラーテーブル６４ａ、十二指腸用カラーテーブル６４ｂ、小腸用カラーテーブル６４ｃを備えている。これらカラーテーブル６４ａ〜６４ｃは、コンソール２３の切替操作により切り替えが可能であり、観察する部位に合ったものが選択される。胃用カラーテーブル６４ａは胃における酸素飽和度に対応したカラー情報が、十二指腸用カラーテーブル６４ｂは十二指腸における酸素飽和度に対応したカラー情報が、小腸用カラーテーブル６４ｃは小腸における酸素飽和度に対応したカラー情報が割り当てられている。酸素飽和度画像生成部６４は、コンソール２３により選択されたカラーテーブル６４ａ〜６４ｃのいずれかを用い、血管深さ−酸素飽和度算出部６２で算出された血管深さＵ＊に基づいて決定される表層血管、中層血管および深層血管のそれぞれについて、酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する。
【００６５】
なお、本実施形態では、胃、十二指腸、小腸用の３種類のカラーテーブルを使用するが、カラーテーブルの種類に制限はなく、例えば、その他の被写体組織の部位に対応したカラーテーブルをさらに加えてもよい。
【００６６】
酸素飽和度画像生成部６４の各カラーテーブル６４ａ〜６４ｃのカラー情報は、図１２に示すように、Ｃｙ（シアン）からＲ（赤）までの２色間色相環で表される。図１２では、カラー情報は、酸素飽和度が小さいときにはＣｙであり、酸素飽和度を大きくするほどＢ（ブルー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｒの順で変化する。
【００６７】
本実施形態では、カラー情報を色相環で表すが、図１３（Ａ）に示すように、白、黒などの無彩色または有彩色について、濃淡、即ち明度でカラー情報を表してもよい。図１３（Ａ）では、酸素飽和度が小さいときには濃くし（明度を低くし）、酸素飽和度が大きくなるほど薄くする（明度を高くする）。また、図１３（Ｂ）に示すように、カラー情報をＲからＣｙまでの２色間グラデーションで表してもよい。図１３（Ｂ）では、カラー情報は補色関係にある２色の、酸素飽和度に応じて彩度がＲとＣｙとの間で変化し、酸素飽和度が小さいときにはＲで表され、酸素飽和度が大きくなるほどＣｙに近づく。２色間グラデーションの場合は、中間値にグレーが含まれているため、２色色相環と異なり、補色同士間で変化するときにグレーを通過する。視認性の実験をしたところ、２色間グラデーションの視認性は良好な結果を得ている。
【００６８】
酸素飽和度画像生成部６４は、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報が特定されると、フレームメモリ５６から広帯域画像データを読み出し、読み出された広帯域画像データに対してカラー情報を反映させる。これにより、表層血管、中層血管および深層血管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が生成される。生成された酸素飽和度画像データは再度フレームメモリ５６に記憶される。なお、カラー情報は、広帯域画像データにではなく、第１〜第７狭帯域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。また、広帯域画像データをモノクロ画像に変換して、カラー情報を反映させてもよい。第１〜第７狭帯域画像データやモノクロ画像に反映させることで、カラー情報の識別性が向上する。
【００６９】
表示制御回路５８は、フレームメモリ５６に記憶された酸素飽和度画像データに基づいて、本実施形態の場合、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像を同時にモニタに表示する。各層血管の酸素飽和度画像では、低酸素飽和度の領域（画素）がシアン（Ｃｙ）で、中酸素飽和度の領域がマゼンダ（Ｍ）で、高酸素飽和度の領域が赤（Ｒ）で疑似カラー表示される。表示制御回路５８は、図１４に示すように、例えば、各層血管の３枚の酸素飽和度画像（２次元画像）を同時に横一列に並べて表示することができる。この表示方法では、各層の血管について、酸素飽和度の２次元分布が確認しやすいという利点がある。また、図１５に示すように、表示制御回路５８は、各層血管の酸素飽和度画像を疑似３次元画像で表示することもできる。この表示方法では、血管深さに応じた酸素飽和度の変化が視認しやすいという利点がある。なお、各層血管の酸素飽和度画像の表示方法は何ら制限されず、画像切替ＳＷ６８により、モニタ１４に表示する画像の枚数（１枚以上）、同時に表示する画像の種類、表示位置等を切り替えることができる。
【００７０】
次に、図１６に示すフローチャートを参照して、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度を撮像する場合の電子内視鏡システム１０の動作を説明する。
【００７１】
まず、コンソール２３の操作により、通常光画像モードから特殊光画像モードに切り替える（ステップＳ０１）。特殊光画像モードに切り替えられると、この切替時点での広帯域画像データが、各層血管の酸素飽和度画像の生成に用いられる画像データとしてフレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０２）。また、コンソール２３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を指定する。これにより、酸素飽和度画像生成部６４において、その観察部位に応じたカラーテーブル６４ａ〜６４ｃのいずれか一つが選択される。なお、酸素飽和度画像の生成に用いる広帯域画像データは、コンソール操作前のものを使用してもよい。
【００７２】
そして、コントローラー５９からシャッター駆動部３２に対して照射停止信号が送られると、シャッター駆動部３２は、シャッター３１を退避位置から挿入位置に移動させ、体腔内への広帯域光ＢＢの照射を停止する。広帯域光ＢＢの照射が停止されると、コントローラー５９から光源切替部３７に対して照射開始指示が送られる。これにより、光源切替部３７は、第１狭帯域光源９１をＯＮにし、第１狭帯域光Ｎ１を体腔内に照射する（ステップＳ０３）。第１狭帯域光Ｎ１が体腔内に照射されると、コントローラー５９から撮像駆動部４６に対して撮像指示が送られる。これにより、第１狭帯域光Ｎ１が照射された状態で撮像が行なわれ、撮像により得られた第１狭帯域撮像信号は、ＡＦＥ４５を介して、ＤＳＰ５５に送られる。ＤＳＰ５５では第１狭帯域撮像信号に基づいて第１狭帯域画像データが生成される。生成された第１狭帯域画像データは、フレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０４）。
【００７３】
第１狭帯域画像データがフレームメモリ５６に記憶されたら、光源切替部３７は、コントローラー５９からの光源切替指示により、体腔内に照射する光を第１狭帯域光Ｎ１から第２狭帯域光Ｎ２へと切り替える。以後同様にして、体腔内に照射する光を順次切り替えて撮像を行うことにより、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７に各々対応する第１〜第７狭帯域画像データが順次生成され、フレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０５）。
【００７４】
画像位置合わせ処理部６５は、フレームメモリ５６に第１〜第７狭帯域画像データが記憶されると、第１〜第７狭帯域画像データに対応する各々の画像について、生体組織等の動きによる各フレームの画像間の位置ズレを補正するために、各々の画像間の位置合わせ処理を行う。位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域画像データはフレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０６）。
【００７５】
続いて、輝度比算出部６０は、まず、位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域画像データから、血管を含む血管領域を特定する（ステップＳ０７）。
【００７６】
また、輝度比算出部６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、第１及び第２狭帯域画像データ間の第１輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊と、第２及び第３狭帯域画像データ間の第２輝度比Ｓ２＊／Ｓ３＊を算出する（ステップＳ０８）。そして、血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づいて、第１及び第２輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊，Ｓ２＊／Ｓ３＊に対応する血管深さＵ＊及び表層血管の酸素飽和度Ｖ＊を求める（ステップＳ０９）。
【００７７】
また、輝度比算出部６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、第４狭帯域画像データの輝度値Ｍ１と、第２及び第５狭帯域画像データの輝度比Ｍ２／Ｍ３を算出する（ステップＳ１０）。続いて、血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づいて、輝度値Ｍ１と輝度比Ｍ２／Ｍ３に対応する中層血管の酸素飽和度Ｖ＊を特定する（ステップＳ１１）。
【００７８】
また、中層血管の場合と同様にして、深層血管の場合の酸素飽和度Ｖ＊が求められる（ステップＳ１２）。
【００７９】
酸素飽和度画像生成部６４では、血管深さＵ＊と、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度Ｖ＊が求められると、コンソール２３によりいずれかに選択されたカラーテーブル６４ａ〜６４ｃに基づき、血管深さＵ＊に基づいて決定された表層血管、中層血管および深層血管の各層について、酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報が特定される。特定されたカラー情報は、プロセッサ装置１２内のＲＡＭ（図示省略）に記憶される（ステップＳ１３）。
【００８０】
そして、カラー情報がＲＡＭに記憶されると、血管領域内の全ての画素について、上述した手順で、血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊を求めるとともに、各層血管の酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する（ステップＳ１４）。
【００８１】
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６４は、フレームメモリ５６から広帯域画像データを読み出し、この広帯域画像データに対して、ＲＡＭに記憶されたカラー情報を反映させることにより、各層血管の酸素飽和度画像データを生成する。生成された各層血管の酸素飽和度画像データは、再度フレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ１５）。
【００８２】
そして、表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から各層血管の酸素飽和度画像データを読み出し、これら読み出した画像データに基づいて、例えば、図１４に示すように、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像を同時に横一列に並べてモニタ１４に表示する。また、画像切替ＳＷ６８で切り替えることにより、表示制御回路５８は、図１５に示すように、各層血管の酸素飽和度画像を疑似３次元画像で表示することもできる（ステップＳ１６）。
【００８３】
各層血管の酸素飽和度画像は、本実施形態の場合、低酸素飽和度の領域（画素）がシアン（Ｃｙ）で、中酸素飽和度の領域がマゼンダ（Ｍ）で、高酸素飽和度の領域が赤（Ｒ）で疑似カラー表示される。
【００８４】
上記のように、電子内視鏡システム１０では、血管深さに応じて、被写体に照射する照明光の波長を切り替えることにより、血管深さおよび酸素飽和度に関する情報を同時に取得し、深さの異なる血管の酸素飽和度画像を同時に表示することができる。
【００８５】
なお、上記実施形態では、表層血管、中層血管および深層血管に対応する狭帯域光のみの組み合わせを用いて酸素飽和度の情報を取得しているが、本発明はこれに限定されず、狭帯域光に加えて広帯域光の一部の色のチャンネル情報を組み合わせて各層血管の酸素飽和度の情報を取得することもできる。一例として、表層血管および深層血管に対して、それぞれ、以下の組み合わせを示す。
・表層血管：中心波長４４５，４７３ｎｍの狭帯域光および広帯域光のＧチャンネル
・深層血管：中心波長８００ｎｍの狭帯域光および広帯域光のＲチャンネル
【００８６】
この場合、表層血管は、４４５ｎｍと４７３ｎｍの狭帯域光を照射したときの反射信号の輝度比が酸素飽和度の大小に、広帯域光を照射したときのＧチャンネルの反射信号の輝度値が組織内血管密度の情報に対応する。また、深層血管は、広帯域光を照射したときのＲチャンネルの反射信号の輝度値が酸素飽和度の大小に、８００ｎｍの狭帯域光を照射したときの反射信号の輝度値が組織内血管密度の情報に対応する。この性質を用い、図１０と同様の分布図から酸素飽和度を求めることができる。
【００８７】
また、本発明は、表層血管、中層血管および深層血管の３層に限らず、深さの異なる、任意深さの複数の血管の酸素飽和度の分布を同時に取得し、これを画像化して表示することができる。また、本発明において、深さの異なる複数の血管の酸素飽和度情報を取得するために使用される狭帯域光の数は上記実施形態の７種に限定されない。
【００８８】
さらに、本発明は、挿入部等を有する挿入型の電子内視鏡の他、ＣＣＤなどの撮像素子等をカプセルに内蔵させたカプセル型の電子内視鏡に対しても適用することができる。
【００８９】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明につい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、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００９０】
１０ 電子内視鏡システム
１１ 電子内視鏡
１２ プロセッサ装置
１３ 光源装置
１４ モニタ
１６ 挿入部
１６ａ 先端部
１７ 操作部
１８ ユニバーサルコード
１９ 湾曲部
２１ アングルノブ
２２ 挿入口
２４ コネクタ
３０ 広帯域光源
３１ シャッター
３２ シャッター駆動部
３６ カプラー
３７ 光源切替部
３９ 集光レンズ
４０ 広帯域用光ファイバ
４３ ライトガイド
４４ ＣＣＤ
４４ａ 撮像面
４５ アナログ処理回路
４６ 撮像制御部
４８ 照射レンズ
４９ 照明窓
５０ 観察窓
５１ 集光レンズ
５２，５３，５４ 分光透過率
５５ デジタル信号処理部
５６ フレームメモリ
５７ 血管画像生成部
５８ 表示制御回路
５９ コントローラー
６０ 輝度比算出部
６１ 相関関係記憶部
６２ 血管深さ−酸素飽和度算出部
６４ 酸素飽和度画像生成部
６４ａ〜６４ｃ カラーテーブル
６５ 画像位置合わせ処理部
６６ 輝度座標系
６７ 血管情報座標系
６８ 画像切替ＳＷ
７０ 還元ヘモグロビン
７１ 酸化ヘモグロビン
９１〜９７ 第１〜第７狭帯域光源
９１ａ〜９７ａ 第１〜第７狭帯域用光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡で撮像した画像から血管に関する情報を取得し、取得した情報を表示する電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療分野では、電子内視鏡を用いた診断や治療が数多く行なわれている。電子内視鏡は、被検者の体腔内に挿入される細長の挿入部を備えており、この挿入部の先端にはＣＣＤなどの撮像装置が内蔵されている。また、電子内視鏡は光源装置に接続されており、光源装置で発せられた光は、挿入部の先端から体腔内部に対して照射される。このように体腔内部に光が照射された状態で、体腔内の被写体組織が、挿入部の先端の撮像装置によって撮像される。撮像により得られた画像は、電子内視鏡に接続されたプロセッサ装置で各種処理が施された後、モニタに表示される。したがって、電子内視鏡を用いることによって、被検者の体腔内の画像をリアルタイムに確認することができるため、診断などを確実に行うことができる。
【０００３】
光源装置には、波長が青色領域から赤色領域にわたる白色の広帯域光を発することができるキセノンランプなどの白色光源が用いられている。体腔内の照射に白色の広帯域光を用いることで、撮像画像から被写体組織全体を把握することができる。しかしながら、広帯域光を照射したときに得られる撮像画像からは、被写体組織全体を大まかに把握することはできるものの、微細血管、深層血管、ピットパターン（腺口構造）、陥凹や隆起といった凹凸構造などの被写体組織は明瞭に観察することが難しいことがある。このような被写体組織に対しては、波長を特定領域に制限した狭帯域光を照射することで、明瞭に観察できるようになることが知られている。また、狭帯域光を照射したときの画像データから、血管中の酸素飽和度など被写体組織に関する各種情報を取得し、その取得した情報を画像化させることが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、狭帯域光を用いて酸素飽和度画像を得るものとして、近赤外領域の３波長の狭帯域光（ＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３）と、可視光領域の３波長の狭帯域光（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の２つの例が示されている。いずれの組み合わせも、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて光の吸収度（吸光度）が変化する波長の狭帯域光と変化しない波長の狭帯域光とを組み合わせたものになっている。また、特許文献１には、３波長の狭帯域光に対応する３つの信号のうち２つを選択し、その差を検出して酸素飽和度画像をモノクロあるいは疑似カラーで表示することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２では、キセノンランプなどの放電ランプによる白色光を、フィルタを使って波長の異なるＲ，Ｇ，Ｂの３色に分けて照射することにより、対象表面から所望の深部の組織情報を得ることが記載されている。
【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３５８３７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年では、血管深さと酸素飽和度の両方を同時に把握しながら、診断等を行ないたいという要望がある。一般に、光の深達深さは波長によって異なるため、観察対象とする血管の深さによって、ヘモグロビンの変化を感知するのに適切な波長の組み合わせが変化する。ところが、特許文献１の方法では、酸素飽和度を計測できる深さは固定されており、１台の装置で異なる深さ条件の酸素飽和度を計測することはできない。また、特許文献２の方法では、所望深さの構造情報を得ることはできるが、血管内ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を取得することはできない。
【０００８】
本発明の目的は、血管深さおよび酸素飽和度に関する情報を同時に取得して、深さの異なる血管の酸素飽和度に関する画像を同時に表示することができる電子内視鏡システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、波長帯域の異なる複数の光を順次照射する光源装置と、
前記光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、該受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を順次出力する電子内視鏡と、
前記電子内視鏡から出力された、前記波長帯域の異なる光の撮像信号に対応する各々の画像間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた各々の画像の撮像信号から、所定の深さの血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された酸素飽和度画像を表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システムを提供するものである。
【００１０】
ここで、前記光源装置は、前記波長帯域の異なる複数の光として、前記酸素飽和度に応じて、前記血管中の還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光度の大小関係が逆転する波長帯域の少なくとも２つの第１光と、前記吸光度が同じになる波長帯域の少なくとも１つの第２光を照射するものであることが好ましい。
【００１１】
また、前記光源装置は、前記第１光および第２光として、中心波長±１０ｎｍの狭帯域光を照射するものであることが好ましい。
【００１２】
また、前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するカラーの撮像素子を有し、
前記光源装置は、前記撮像素子の各色のチャンネルの分光感度に対応した中心波長の狭帯域光を同時に照射するものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するモノクロの撮像素子を有し、
前記光源装置は、第１中心波長の狭帯域光の照射順序が、該第１中心波長の狭帯域光よりも前記被写体組織の特徴点情報を取得しやすい第２および第３中心波長の狭帯域光の間になるように照射するものであることが好ましい。
【００１４】
また、前記光源装置は、前記第１光および第２光として、さらに、４７０〜７００ｎｍの波長帯域の広帯域光を照射し、
前記画像生成手段は、前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた、前記狭帯域光の撮像信号および前記広帯域光の少なくとも１つの色のチャンネルの撮像信号から、前記酸素飽和度画像を生成するものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記画像生成手段は、深さの異なる複数の血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成し、
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を同時に表示するものであることが好ましい。
【００１６】
また、前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を各々別々の２次元画像として同時に表示するものであることが好ましい。
【００１７】
また、前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を１つの３次元画像として同時に表示するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、血管深さに応じて、被写体に照射する照明光の波長を切り替えることにより、血管深さおよび酸素飽和度に関する情報を同時に取得し、所定の深さの血管の酸素飽和度に関する画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。
【図２】図１に示す電子内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターの分光透過率を示すグラフである。
【図４】カラーＣＣＤで撮像する場合に、Ｂ，Ｇ，Ｒの各チャンネルの分光感度に対応する複数の狭帯域光を同時に照射する場合の概念図である。
【図５】（Ａ）は通常光画像モード時におけるＣＣＤの撮像動作を、（Ｂ）は特殊光画像モード時におけるＣＣＤの撮像動作を説明する説明図である。
【図６】モノクロＣＣＤで撮像する場合に、７種の狭帯域光を順次照射する場合の概念図である。
【図７】ヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。
【図８】第１及び２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ１／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。
【図９】（Ａ）は第１及び輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊，Ｓ２＊／Ｓ３＊から輝度座標系における座標（Ｘ＊，Ｙ＊）を求める方法を、（Ｂ）は座標（Ｘ＊，Ｙ＊）に対応する血管情報座標系の座標（Ｕ＊，Ｖ＊）を求める方法を説明する説明図である。
【図１０】血管密度と酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。
【図１１】酸素飽和度画像生成部内の具体的構成を示すブロック図である。
【図１２】酸素飽和度に対応する２色間色相環を示すグラフである。
【図１３】（Ａ）は血管深さに対応する濃淡を、（Ｂ）は血管深さに対応する２色間グラデーションを示すグラフである。
【図１４】表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像が同時表示されたモニタの画像図である。
【図１５】表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像が疑似３次元表示されたモニタの画像図である。
【図１６】表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度を撮像する場合の電子内視鏡システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の電子内視鏡システムを詳細に説明する。
【００２１】
本発明の電子内視鏡システムは、撮像対象となる血管の被写体組織表面からの深さに応じて、撮像時の照明波長を切り替えることにより、異なる深さの血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を同時に求め、深さの異なる複数の酸素飽和度画像を同時に表示する。
【００２２】
以下の実施形態では、深さの異なる血管の酸素飽和度分布を取得するための光源として、中心波長が異なる７種の狭帯域光（中心波長４０５，４４５，４７３，５３２，５６０，６５０，８００ｎｍ）を用いる。生体組織では、光源から照射される光の波長が長くなるほど、被写体組織表面からの光の深達深さが深くなるという一般的な特性から、撮像対象の血管の深さが深くなるほど長波の狭帯域光を用いる。
【００２３】
具体的には、表層血管（深さ約１０〜１００μｍの血管）、中層血管（深さ約１００〜５００μｍの血管）および深層血管（深さ約５００〜２０００μｍの血管）に対して、それぞれ、以下の３波長の狭帯域光の組み合わせを用いる。
・表層血管：中心波長４０５，４４５，４７３ｎｍ
・中層血管：中心波長４７３，５３２，５６０ｎｍ
・深層血管：中心波長５６０，６５０，８００ｎｍ
【００２４】
いずれの場合も、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光の吸収度（吸光度）の大小関係が逆転する波長帯域の２つの狭帯域光と、吸光度が同じになる波長帯域の１つの狭帯域光との組み合わせを用いる。
【００２５】
図１に示すように、本発明の一実施形態の電子内視鏡システム１０は、被検者（被写体）の体腔内を撮像する電子内視鏡（内視鏡スコープ）１１と、撮像により得られた信号に基づいて体腔内の血管領域を含む被写体組織の画像を生成するプロセッサ装置１２と、体腔内を照射する光を供給する光源装置１３と、体腔内の画像を表示するモニタ１４とを備えている。電子内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７とプロセッサ装置１２及び光源装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。
【００２６】
挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内撮影用の光学系等を内蔵した先端部１６ａが設けられており、この先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。また、操作部１７には、処置具等が挿入される挿入口２２が設けられている。
【００２７】
ユニバーサルコード１８には、プロセッサ装置１２および光源装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、プロセッサ装置１２および光源装置１３に着脱自在に接続される。
【００２８】
光源装置１３は、波長帯域の異なる複数の光を照射するものであり、図２に示すように、広帯域光源３０と、シャッター３１と、シャッター駆動部３２と、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７と、カプラー３６と、光源切替部３７とを備えている。
【００２９】
広帯域光源３０はキセノンランプ、白色ＬＥＤ、マイクロホワイト光源などであり、波長が青色領域から赤色領域（約４７０〜７００ｎｍ）にわたる広帯域光ＢＢを発生する。広帯域光源３０は、電子内視鏡１１の使用中、常時点灯している。広帯域光源３０から発せられた広帯域光ＢＢは、集光レンズ３９により集光されて、広帯域用光ファイバ４０に入射する。
【００３０】
シャッター３１は、広帯域光源３０と集光レンズ３９との間に設けられており、広帯域光ＢＢの光路に挿入されて広帯域光ＢＢを遮光する挿入位置と、挿入位置から退避して広帯域光ＢＢが集光レンズ３９に向かうことを許容する退避位置との間で移動自在となっている。シャッター駆動部３２はプロセッサ装置内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９からの指示に基づいてシャッター３１の駆動を制御する。
【００３１】
なお、広帯域光源３０、シャッター３１、集光レンズ３９、広帯域用光ファイバ４０等の広帯域光に関する部材は、本実施形態では必須の構成要素ではないが、広帯域光は、後述する通常光画像モードの撮像時に利用される。
【００３２】
第１〜第７狭帯域光源９１〜９７はレーザーダイオードなどである。第１狭帯域光源９１は、波長帯域が４４５±１０ｎｍに、好ましくは中心波長４４５ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第１狭帯域光Ｎ１」とする）を、第２狭帯域光源９２は波長帯域が４７３±１０ｎｍに、好ましくは中心波長４７３ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第２狭帯域光Ｎ２」とする）を、第３狭帯域光源９３は波長帯域が４０５±１０ｎｍに、好ましくは中心波長４０５ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第３狭帯域光Ｎ３」とする）を、第４狭帯域光源９４は、波長帯域が５３２±１０ｎｍに、好ましくは中心波長５３２ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第４狭帯域光Ｎ４」とする）を、第５狭帯域光源９５は、波長帯域が５６０±１０ｎｍに、好ましくは中心波長５６０ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第５狭帯域光Ｎ５」とする）を、第６狭帯域光源９６は、波長帯域が６５０±１０ｎｍに、好ましくは中心波長６５０ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第６狭帯域光Ｎ６」とする）を、第７狭帯域光源９７は、波長帯域が８００±１０ｎｍに、好ましくは中心波長８００ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第７狭帯域光Ｎ７」とする）を発生する。第１〜第７狭帯域光源９１〜９７はそれぞれ第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａに接続されており、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７で発せられた第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７は第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａに入射する。
【００３３】
カプラー３６は、電子内視鏡１１内のライトガイド４３と、広帯域用光ファイバ４０及び第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａとを連結する。これにより、広帯域光ＢＢは、広帯域用光ファイバ４０を介して、ライトガイド４３に入射することが可能となる。また、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７は、第１〜第７狭帯域用光ファイバ９１ａ〜９７ａを介して、ライトガイド４３に入射することが可能となる。
【００３４】
光源切替部３７はプロセッサ装置内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９からの指示に基づいて、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７をＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）に切り替える。本実施形態では、広帯域光ＢＢを用いた通常光画像モードに設定されている場合には、広帯域光源３０はＯＮ（シャッター３１が退避位置）に切り替えられて通常光画像の撮像が行なわれる一方、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７はＯＦＦにされる。これに対して、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７を用いた特殊光画像モードに設定されている場合には、広帯域光源３０はＯＦＦ（シャッター３１が挿入位置）にされる一方、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７が順次ＯＮに切り替えられて特殊光画像の撮像が行なわれる。
【００３５】
具体的には、まず、第１狭帯域光源９１が光源切替部３７によりＯＮに切り替えられる。そして、第１狭帯域光Ｎ１が体腔内に照射された状態で、被写体組織の撮像が行なわれる。撮像が完了すると、コントローラー５９から光源切替の指示がなされ、第１狭帯域光源９１がＯＦＦに、第２狭帯域光源９２がＯＮに切り替えられる。以後同様にして、第１〜第７狭帯域光源９１〜９７が順次ＯＮに切り替えられて撮像が行われ、第７狭帯域光Ｎ７を体腔内に照射した状態での撮像が完了すると、第７狭帯域光源９７がＯＦＦに切り替えられる。
【００３６】
本実施形態では、中心波長の異なる７種の狭帯域光（第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７）を１フレーム時間毎に順次切り替えて被写体に照射することにより、７フレーム時間を１セットとして、各波長に対応する７フレーム分の画像（７枚の静止画像）を取得する。
【００３７】
ここで、撮像対象の生体（被写体）等の動きによる各フレームの画像間の位置ズレ（画素ズレ）を最低限に留めるために、計測（画像の取得）は短時間で行われることが望ましい。後述するように、図３のような分光感度を持つカラーＣＣＤを用いる場合は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各チャンネルの分光感度に対応する複数の狭帯域光を同時に照射することにより、３回の計測（３フレーム時間）で７種の狭帯域光の各々に対応する計測結果を得ることができる。
【００３８】
例えば、図４に示すように、最初の１フレーム時間ｔで、中心波長が４０５ｎｍの第３狭帯域光Ｎ３、５３２ｎｍの第４狭帯域光Ｎ４および６５０ｎｍの第６狭帯域光Ｎ６を同時に照射することにより、Ｂチャンネルで撮像信号Ｂからなる第３狭帯域信号が、Ｇチャンネルで撮像信号Ｇからなる第４狭帯域信号が、Ｒチャンネルで撮像信号Ｒからなる第６狭帯域信号が同時に得られる。次の１フレーム時間ｔ＋１で、４４５ｎｍの第１狭帯域光Ｎ１、５６０ｎｍの第５狭帯域信号Ｎ５および８００ｎｍの第７狭帯域信号Ｎ７を同時に照射することにより、Ｂチャンネルで撮像信号Ｂからなる第１狭帯域信号が、Ｇチャンネルで撮像信号Ｇからなる第５狭帯域信号が、Ｒチャンネルで撮像信号Ｒからなる第７狭帯域信号が同時に得られる。その次の１フレーム時間ｔ＋２で、４７３ｎｍの第２狭帯域信号を照射することにより、Ｂチャンネルで撮像信号Ｂからなる第２狭帯域信号が得られる。
【００３９】
続いて、電子内視鏡１１は、光源装置１３から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を出力するものであり、ライトガイド４３、ＣＣＤ４４、アナログ処理回路４５（ＡＦＥ：Analog Front End）、撮像制御部４６を備えている。
【００４０】
ライトガイド４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内のカプラー３６に挿入されており、出射端が先端部１６ａに設けられた照射レンズ４８に向けられている。光源装置１３で発せられた光は、ライトガイド４３により導光された後、照射レンズ４８に向けて出射する。照射レンズ４８に入射した光は、先端部１６ａの端面に取り付けられた照明窓４９を通して、体腔内に照射される。体腔内で反射した広帯域光ＢＢ及び第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７は、先端部１６ａの端面に取り付けられた観察窓５０を通して、集光レンズ５１に入射する。
【００４１】
ＣＣＤ（撮像素子）４４は、集光レンズ５１からの光を撮像面４４ａで受光し、受光した光を光電変換して信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を撮像信号として読み出す。読み出された撮像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。また、本実施形態のＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のいずれかのカラーフィルターが設けられたＲ画素（Ｒチャンネル）、Ｇ画素（Ｇチャンネル）、Ｂ画素（Ｂチャンネル）の３色の画素が配列されている。なお、ＣＣＤ４４として、モノクロＣＣＤを使用することもできる。
【００４２】
Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターは、図３に示すような分光透過率５２，５３，５４を有している。集光レンズ５１に入射する光のうち、広帯域光ＢＢは波長が約４７０〜７００ｎｍにわたるため、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターは、広帯域光ＢＢのうちそれぞれの分光透過率５２，５３，５４に応じた波長の光を透過する。ここで、Ｒ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｒ、Ｇ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｇ、Ｂ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｂとすると、ＣＣＤ４４に広帯域光ＢＢが入射した場合には、撮像信号Ｒ、撮像信号Ｇ、及び撮像信号Ｂからなる広帯域撮像信号が得られる。
【００４３】
一方、集光レンズ５１に入射する光のうち、例えば、第１狭帯域光Ｎ１は、波長が４４０±１０ｎｍであるため、Ｂ色のカラーフィルターのみを透過する。したがって、ＣＣＤ４４に第１狭帯域光Ｎ１が入射することで、撮像信号Ｂからなる第１狭帯域撮像信号が得られる。また、第２狭帯域光Ｎ２は、波長が４７０±１０ｎｍであるため、Ｂ色及びＲ色のカラーフィルターを透過する。したがって、ＣＣＤ４４に第２狭帯域光Ｎ２が入射することで、撮像信号Ｂと撮像信号Ｇとからなる第２狭帯域撮像信号が得られる。また、第３狭帯域光Ｎ３は、波長が４００±１０ｎｍであるため、Ｂ色のカラーフィルターのみを透過する。したがって、ＣＣＤ４４に第３狭帯域光Ｎ３が入射することで、撮像信号Ｂからなる第３狭帯域撮像信号が得られる。以後同様に、第４〜第７狭帯域光Ｎ４〜Ｎ７は、各々の波長帯域に対応するカラーフィルターを通過して各々対応する撮像信号からなる第４〜第７狭帯域信号が得られる。
【００４４】
ＡＦＥ４５は、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／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）（いずれも図示省略）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ４４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、ＣＣＤ４４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装置１２に入力する。
【００４５】
撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９から指示がなされたときにＣＣＤ４４に対して駆動信号を送る。ＣＣＤ４４は、撮像制御部４６からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで撮像信号をＡＦＥ４５に出力する。本実施形態では、通常光画像モードに設定された場合、図５（Ａ）に示すように、１フレーム時間の取得期間内で、広帯域光ＢＢを光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を広帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作が行なわれる。この動作は、通常光画像モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。
【００４６】
これに対して、通常光画像モードから特殊光画像モードに切り替えられると、図５（Ｂ）に示すように、まず、１フレーム時間の取得期間内で、第１狭帯域光Ｎ１を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第１狭帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作が行なわれる。第１狭帯域撮像信号の読み出しが完了すると、次の１フレーム時間の取得期間内で、第２狭帯域光Ｎ２を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第２狭帯域撮像信号として読み出すステップとが行なわれる。第２狭帯域撮像信号の読み出しが完了すると、その次の１フレーム時間の取得期間内で、第３狭帯域光Ｎ３を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第３狭帯域撮像信号として読み出すステップとが行なわれる。以後同様にして、７フレーム時間を１セットとして、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７について、１フレーム時間毎に、蓄積と読み出しのステップが行われる。この動作は、特殊光画像モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。
【００４７】
図２に示すように、プロセッサ装置１２は、デジタル信号処理部５５（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））と、フレームメモリ５６と、血管画像生成部５７と、表示制御回路５８を備えており、コントローラー５９が各部を制御している。ＤＳＰ５５は、電子内視鏡のＡＦＥ４５から出力された広帯域撮像信号及び第１〜第７狭帯域撮像信号に対し、色分離、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などを行うことによって、広帯域画像データ及び第１〜第７狭帯域画像データを作成する。フレームメモリ５６は、ＤＳＰ５５で作成された広帯域画像データ及び第１〜第７狭帯域画像データを記憶する。広帯域画像データは、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色が含まれるカラー画像データ、第１〜第７狭帯域画像データは、各々対応する色のみが含まれるカラー画像データである。
【００４８】
血管画像生成部５７は、画像位置合わせ処理部６５と、輝度比算出部６０と、相関関係記憶部６１と、血管深さ−酸素飽和度算出部６２と、酸素飽和度画像生成部６４とを備えている。
【００４９】
画像位置合わせ処理部６５は、特殊光画像モードで７フレーム時間を１セットとして取得される第１〜第７狭帯域画像データに対応する各々の画像について、生体組織（被写体）や電子内視鏡１１の動きによる各フレームの画像間の位置ズレを補正するために、各々の画像間の位置合わせ処理を行う。位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域画像データはフレームメモリ５６に記憶される。位置合わせの手法は何ら限定されず、公知技術を含む各種の手法を採用することができる。例えば、異なる時刻に撮像された血管像間で共通する特徴点を検出して位置ズレを補正するための変換行列を作成し、この変換行列を用いて各フレームの画像間の位置ズレを補正する手法などを例示することができる。
【００５０】
ここで、計測波長（撮像時の照明光の波長）が長波であるほど、位置合わせに適した特徴点情報が少なくなるという問題がある。図３に示す分光感度を持つカラーＣＣＤを用いる構成の場合、例えば、特徴点情報を取得しやすい、４０５，４４５，４７３ｎｍのＢチャンネル情報（Ｂ画素で取得された撮像信号の画像データ）から変換行列を求め、ＧおよびＲチャンネルには、同時に計測されるＢチャンネル情報で求めた変換行列を適用することで、この問題に対応できる。
【００５１】
また、モノクロＣＣＤを用いる場合には、各フレームの画像間の位置合わせ精度を上げるため、図６に示すように、計測する波長の順番を工夫することが望ましい。すなわち、同図に示すように、特徴点情報を取得しにくい中心波長の狭帯域光の照射順序が、特徴点情報を取得しやすい中心波長の狭帯域光の間になるように、本実施形態では図６に示すように、８００ｎｍと４７３ｎｍの狭帯域光の照射順序が４０５ｎｍの狭帯域光と４４５ｎｍの狭帯域光との間に、６５０ｎｍと５３２ｎｍの狭帯域光の照射順序が４４５ｎｍの狭帯域光と５６０ｎｍの狭帯域光との間になるように照射することにより、特徴点情報が少ないフレームの変換行列を、特徴点情報が多い前後のフレームで求めた変換行列から補完して求めることができる。
【００５２】
続いて、輝度比算出部６０は、フレームメモリ５６に記憶された位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域光画像データから、例えば、血管部分の輝度値とそれ以外の部分の輝度値との差から、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６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、例えば、第１及び第３狭帯域画像データ間の第１輝度比Ｓ１／Ｓ３を求めるとともに、第２及び第３狭帯域画像データ間の第２輝度比Ｓ２／Ｓ３を求める。ここで、Ｓ１は第１狭帯域光画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は第２狭帯域光画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は第３狭帯域光画像データの画素の輝度値を表している。
【００５３】
相関関係記憶部６１は、例えば、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３と、血管中の酸素飽和度及び血管深さとの相関関係を記憶している。この相関関係は、血管が図７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第１〜第７狭帯域光画像データを分析することにより得られたものである。図７に示すように、血管中のヘモグロビンは、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もので、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。
【００５４】
また、酸素と結合していない還元ヘモグロビン７０と、酸素と結合した酸化ヘモグロビン７１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７における各ヘモグロビン７０，７１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。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。
【００５５】
相関関係記憶部６１は、図８に示すように、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３を表す輝度座標系６６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６７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６６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６７は輝度座標系６６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６６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６６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。
【００５６】
また、血管情報座標系６７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１狭帯域光Ｎ１の照射時と第２狭帯域光Ｎ２の照射時とで吸光度の大小関係が逆転しているためである。図７に示すように、例えば、波長が４４０±１０ｎｍである第１狭帯域光Ｎ１を照射した場合には、還元ヘモグロビン７０の吸光係数は、酸素飽和度が高い酸化ヘモグロビン７１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２狭帯域光Ｎ２を照射した場合には、酸化ヘモグロビン７１の吸光係数のほうが還元ヘモグロビン７０の吸光係数よりも大きくなっているため、吸光度の大小関係が逆転している。なお、第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３に代えて、吸光度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１狭帯域光Ｎ１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同じになっている。
【００５７】
血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づき、輝度比算出部６０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、輝度比算出部６０で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３のうち、血管領域内の所定画素についての第１輝度比をＳ１＊／Ｓ３＊とし、第２輝度比をＳ２＊／Ｓ３＊とする。
【００５８】
血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、図９（Ａ）に示すように、輝度座標系６６において、第１及び第２輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊，Ｓ２＊／Ｓ３＊に対応する座標（Ｘ＊，Ｙ＊）を特定する。座標（Ｘ＊，Ｙ＊）が特定されたら、図９（Ｂ）に示すように、血管情報座標系６７において、座標（Ｘ＊，Ｙ＊）に対応する座標（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Ｕ＊及び酸素飽和度Ｖ＊が求まる。ここで、血管深さは数値情報で表され、血管深さが浅いほど数値は小さく、血管深さが深くなるほど数値は大きくなる。酸素飽和度についても、血管深さと同様に、数値情報で表される。
【００５９】
上記のように、例えば、中心波長４４５，４７３，４０５ｎｍの第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３に対応する第１〜第３狭帯域画像データを用いて血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊を求めることができる。上記例は、血管深さの分解能が高い表層血管の酸素飽和度を求める場合に適している。一方、波長４７３ｎｍ以降の波長においては、短波に比べ血管深さの分解能が落ちるため、表層血管の場合と同様にして酸素飽和度を求めることが難しくなってくる。以下に、４７３ｎｍ以降の中層血管および深層血管に対応する狭帯域光の波長の組み合わせに適した酸素飽和度の算出手法について説明する。
【００６０】
ここで、ヘモグロビンの酸素飽和度によらず吸光度が同じ波長の狭帯域光源をＬ１，酸素飽和度が高いほど吸光度が強くなる波長の狭帯域光源をＬ２，酸素飽和度が高いほど吸光度が弱くなる波長の狭帯域光源をＬ３とする。
【００６１】
例えば、中層血管の場合、波長５３２ｎｍの第４狭帯域光源９４がＬ１に、波長４７３ｎｍの第２狭帯域光源９２がＬ２に、波長５６０ｎｍの第５狭帯域光源９５がＬ３に対応する。各狭帯域光源Ｌ１〜Ｌ３を照射して得られた反射信号（狭帯域画像データの画素の輝度値）をＭ１〜Ｍ３とすると、輝度値Ｍ１が被写体組織内の血管密度に対応し、Ｍ２とＭ３の輝度比Ｍ２／Ｍ３が酸素飽和度の大小に対応する。このことから、輝度値Ｍ１と輝度比Ｍ２／Ｍ３の相関を取ると図１０のような分布が得られ、この分布図から中層血管中の酸素飽和度Ｖ＊を得ることができる。
【００６２】
この場合、輝度比算出部６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、第４狭帯域画像データの輝度値Ｍ１と、第２及び第５狭帯域画像データ間の輝度比Ｍ２／Ｍ３を求める。また、相関関係記憶部６１には、輝度値Ｍ１及び輝度比Ｍ２／Ｍ３と、中層血管中の酸素飽和度Ｖ＊との相関関係が記憶される。血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の図１０に示す相関関係に基づき、輝度比算出部６０で算出された輝度値Ｍ１と輝度比Ｍ２／Ｍ３に対応する酸素飽和度Ｖ＊を特定する。また、深層血管の場合も中層血管の場合と同様にして酸素飽和度を求めることができる。
【００６３】
一般的に、図１０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。なお、中層血管および深層血管の酸素飽和度Ｖ＊を別途求めることは必須ではない。
【００６４】
酸素飽和度画像生成部６４は、図１１に示すように、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胃用カラーテーブル６４ａ、十二指腸用カラーテーブル６４ｂ、小腸用カラーテーブル６４ｃを備えている。これらカラーテーブル６４ａ〜６４ｃは、コンソール２３の切替操作により切り替えが可能であり、観察する部位に合ったものが選択される。胃用カラーテーブル６４ａは胃における酸素飽和度に対応したカラー情報が、十二指腸用カラーテーブル６４ｂは十二指腸における酸素飽和度に対応したカラー情報が、小腸用カラーテーブル６４ｃは小腸における酸素飽和度に対応したカラー情報が割り当てられている。酸素飽和度画像生成部６４は、コンソール２３により選択されたカラーテーブル６４ａ〜６４ｃのいずれかを用い、血管深さ−酸素飽和度算出部６２で算出された血管深さＵ＊に基づいて決定される表層血管、中層血管および深層血管のそれぞれについて、酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する。
【００６５】
なお、本実施形態では、胃、十二指腸、小腸用の３種類のカラーテーブルを使用するが、カラーテーブルの種類に制限はなく、例えば、その他の被写体組織の部位に対応したカラーテーブルをさらに加えてもよい。
【００６６】
酸素飽和度画像生成部６４の各カラーテーブル６４ａ〜６４ｃのカラー情報は、図１２に示すように、Ｃｙ（シアン）からＲ（赤）までの２色間色相環で表される。図１２では、カラー情報は、酸素飽和度が小さいときにはＣｙであり、酸素飽和度を大きくするほどＢ（ブルー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｒの順で変化する。
【００６７】
本実施形態では、カラー情報を色相環で表すが、図１３（Ａ）に示すように、白、黒などの無彩色または有彩色について、濃淡、即ち明度でカラー情報を表してもよい。図１３（Ａ）では、酸素飽和度が小さいときには濃くし（明度を低くし）、酸素飽和度が大きくなるほど薄くする（明度を高くする）。また、図１３（Ｂ）に示すように、カラー情報をＲからＣｙまでの２色間グラデーションで表してもよい。図１３（Ｂ）では、カラー情報は補色関係にある２色の、酸素飽和度に応じて彩度がＲとＣｙとの間で変化し、酸素飽和度が小さいときにはＲで表され、酸素飽和度が大きくなるほどＣｙに近づく。２色間グラデーションの場合は、中間値にグレーが含まれているため、２色色相環と異なり、補色同士間で変化するときにグレーを通過する。視認性の実験をしたところ、２色間グラデーションの視認性は良好な結果を得ている。
【００６８】
酸素飽和度画像生成部６４は、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報が特定されると、フレームメモリ５６から広帯域画像データを読み出し、読み出された広帯域画像データに対してカラー情報を反映させる。これにより、表層血管、中層血管および深層血管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が生成される。生成された酸素飽和度画像データは再度フレームメモリ５６に記憶される。なお、カラー情報は、広帯域画像データにではなく、第１〜第７狭帯域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。また、広帯域画像データをモノクロ画像に変換して、カラー情報を反映させてもよい。第１〜第７狭帯域画像データやモノクロ画像に反映させることで、カラー情報の識別性が向上する。
【００６９】
表示制御回路５８は、フレームメモリ５６に記憶された酸素飽和度画像データに基づいて、本実施形態の場合、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像を同時にモニタに表示する。各層血管の酸素飽和度画像では、低酸素飽和度の領域（画素）がシアン（Ｃｙ）で、中酸素飽和度の領域がマゼンダ（Ｍ）で、高酸素飽和度の領域が赤（Ｒ）で疑似カラー表示される。表示制御回路５８は、図１４に示すように、例えば、各層血管の３枚の酸素飽和度画像（２次元画像）を同時に横一列に並べて表示することができる。この表示方法では、各層の血管について、酸素飽和度の２次元分布が確認しやすいという利点がある。また、図１５に示すように、表示制御回路５８は、各層血管の酸素飽和度画像を疑似３次元画像で表示することもできる。この表示方法では、血管深さに応じた酸素飽和度の変化が視認しやすいという利点がある。なお、各層血管の酸素飽和度画像の表示方法は何ら制限されず、画像切替ＳＷ６８により、モニタ１４に表示する画像の枚数（１枚以上）、同時に表示する画像の種類、表示位置等を切り替えることができる。
【００７０】
次に、図１６に示すフローチャートを参照して、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度を撮像する場合の電子内視鏡システム１０の動作を説明する。
【００７１】
まず、コンソール２３の操作により、通常光画像モードから特殊光画像モードに切り替える（ステップＳ０１）。特殊光画像モードに切り替えられると、この切替時点での広帯域画像データが、各層血管の酸素飽和度画像の生成に用いられる画像データとしてフレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０２）。また、コンソール２３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を指定する。これにより、酸素飽和度画像生成部６４において、その観察部位に応じたカラーテーブル６４ａ〜６４ｃのいずれか一つが選択される。なお、酸素飽和度画像の生成に用いる広帯域画像データは、コンソール操作前のものを使用してもよい。
【００７２】
そして、コントローラー５９からシャッター駆動部３２に対して照射停止信号が送られると、シャッター駆動部３２は、シャッター３１を退避位置から挿入位置に移動させ、体腔内への広帯域光ＢＢの照射を停止する。広帯域光ＢＢの照射が停止されると、コントローラー５９から光源切替部３７に対して照射開始指示が送られる。これにより、光源切替部３７は、第１狭帯域光源９１をＯＮにし、第１狭帯域光Ｎ１を体腔内に照射する（ステップＳ０３）。第１狭帯域光Ｎ１が体腔内に照射されると、コントローラー５９から撮像駆動部４６に対して撮像指示が送られる。これにより、第１狭帯域光Ｎ１が照射された状態で撮像が行なわれ、撮像により得られた第１狭帯域撮像信号は、ＡＦＥ４５を介して、ＤＳＰ５５に送られる。ＤＳＰ５５では第１狭帯域撮像信号に基づいて第１狭帯域画像データが生成される。生成された第１狭帯域画像データは、フレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０４）。
【００７３】
第１狭帯域画像データがフレームメモリ５６に記憶されたら、光源切替部３７は、コントローラー５９からの光源切替指示により、体腔内に照射する光を第１狭帯域光Ｎ１から第２狭帯域光Ｎ２へと切り替える。以後同様にして、体腔内に照射する光を順次切り替えて撮像を行うことにより、第１〜第７狭帯域光Ｎ１〜Ｎ７に各々対応する第１〜第７狭帯域画像データが順次生成され、フレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０５）。
【００７４】
画像位置合わせ処理部６５は、フレームメモリ５６に第１〜第７狭帯域画像データが記憶されると、第１〜第７狭帯域画像データに対応する各々の画像について、生体組織等の動きによる各フレームの画像間の位置ズレを補正するために、各々の画像間の位置合わせ処理を行う。位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域画像データはフレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ０６）。
【００７５】
続いて、輝度比算出部６０は、まず、位置合わせ処理終了後の第１〜第７狭帯域画像データから、血管を含む血管領域を特定する（ステップＳ０７）。
【００７６】
また、輝度比算出部６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、第１及び第２狭帯域画像データ間の第１輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊と、第２及び第３狭帯域画像データ間の第２輝度比Ｓ２＊／Ｓ３＊を算出する（ステップＳ０８）。そして、血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づいて、第１及び第２輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊，Ｓ２＊／Ｓ３＊に対応する血管深さＵ＊及び表層血管の酸素飽和度Ｖ＊を求める（ステップＳ０９）。
【００７７】
また、輝度比算出部６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、第４狭帯域画像データの輝度値Ｍ１と、第２及び第５狭帯域画像データの輝度比Ｍ２／Ｍ３を算出する（ステップＳ１０）。続いて、血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づいて、輝度値Ｍ１と輝度比Ｍ２／Ｍ３に対応する中層血管の酸素飽和度Ｖ＊を特定する（ステップＳ１１）。
【００７８】
また、中層血管の場合と同様にして、深層血管の場合の酸素飽和度Ｖ＊が求められる（ステップＳ１２）。
【００７９】
酸素飽和度画像生成部６４では、血管深さＵ＊と、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度Ｖ＊が求められると、コンソール２３によりいずれかに選択されたカラーテーブル６４ａ〜６４ｃに基づき、血管深さＵ＊に基づいて決定された表層血管、中層血管および深層血管の各層について、酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報が特定される。特定されたカラー情報は、プロセッサ装置１２内のＲＡＭ（図示省略）に記憶される（ステップＳ１３）。
【００８０】
そして、カラー情報がＲＡＭに記憶されると、血管領域内の全ての画素について、上述した手順で、血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊を求めるとともに、各層血管の酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する（ステップＳ１４）。
【００８１】
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６４は、フレームメモリ５６から広帯域画像データを読み出し、この広帯域画像データに対して、ＲＡＭに記憶されたカラー情報を反映させることにより、各層血管の酸素飽和度画像データを生成する。生成された各層血管の酸素飽和度画像データは、再度フレームメモリ５６に記憶される（ステップＳ１５）。
【００８２】
そして、表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から各層血管の酸素飽和度画像データを読み出し、これら読み出した画像データに基づいて、例えば、図１４に示すように、表層血管、中層血管および深層血管の酸素飽和度画像を同時に横一列に並べてモニタ１４に表示する。また、画像切替ＳＷ６８で切り替えることにより、表示制御回路５８は、図１５に示すように、各層血管の酸素飽和度画像を疑似３次元画像で表示することもできる（ステップＳ１６）。
【００８３】
各層血管の酸素飽和度画像は、本実施形態の場合、低酸素飽和度の領域（画素）がシアン（Ｃｙ）で、中酸素飽和度の領域がマゼンダ（Ｍ）で、高酸素飽和度の領域が赤（Ｒ）で疑似カラー表示される。
【００８４】
上記のように、電子内視鏡システム１０では、血管深さに応じて、被写体に照射する照明光の波長を切り替えることにより、血管深さおよび酸素飽和度に関する情報を同時に取得し、深さの異なる血管の酸素飽和度画像を同時に表示することができる。
【００８５】
なお、上記実施形態では、表層血管、中層血管および深層血管に対応する狭帯域光のみの組み合わせを用いて酸素飽和度の情報を取得しているが、本発明はこれに限定されず、狭帯域光に加えて広帯域光の一部の色のチャンネル情報を組み合わせて各層血管の酸素飽和度の情報を取得することもできる。一例として、表層血管および深層血管に対して、それぞれ、以下の組み合わせを示す。
・表層血管：中心波長４４５，４７３ｎｍの狭帯域光および広帯域光のＧチャンネル
・深層血管：中心波長８００ｎｍの狭帯域光および広帯域光のＲチャンネル
【００８６】
この場合、表層血管は、４４５ｎｍと４７３ｎｍの狭帯域光を照射したときの反射信号の輝度比が酸素飽和度の大小に、広帯域光を照射したときのＧチャンネルの反射信号の輝度値が組織内血管密度の情報に対応する。また、深層血管は、広帯域光を照射したときのＲチャンネルの反射信号の輝度値が酸素飽和度の大小に、８００ｎｍの狭帯域光を照射したときの反射信号の輝度値が組織内血管密度の情報に対応する。この性質を用い、図１０と同様の分布図から酸素飽和度を求めることができる。
【００８７】
また、本発明は、表層血管、中層血管および深層血管の３層に限らず、深さの異なる、任意深さの複数の血管の酸素飽和度の分布を同時に取得し、これを画像化して表示することができる。また、本発明において、深さの異なる複数の血管の酸素飽和度情報を取得するために使用される狭帯域光の数は上記実施形態の７種に限定されない。
【００８８】
さらに、本発明は、挿入部等を有する挿入型の電子内視鏡の他、ＣＣＤなどの撮像素子等をカプセルに内蔵させたカプセル型の電子内視鏡に対しても適用することができる。
【００８９】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明につい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、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００９０】
１０ 電子内視鏡システム
１１ 電子内視鏡
１２ プロセッサ装置
１３ 光源装置
１４ モニタ
１６ 挿入部
１６ａ 先端部
１７ 操作部
１８ ユニバーサルコード
１９ 湾曲部
２１ アングルノブ
２２ 挿入口
２４ コネクタ
３０ 広帯域光源
３１ シャッター
３２ シャッター駆動部
３６ カプラー
３７ 光源切替部
３９ 集光レンズ
４０ 広帯域用光ファイバ
４３ ライトガイド
４４ ＣＣＤ
４４ａ 撮像面
４５ アナログ処理回路
４６ 撮像制御部
４８ 照射レンズ
４９ 照明窓
５０ 観察窓
５１ 集光レンズ
５２，５３，５４ 分光透過率
５５ デジタル信号処理部
５６ フレームメモリ
５７ 血管画像生成部
５８ 表示制御回路
５９ コントローラー
６０ 輝度比算出部
６１ 相関関係記憶部
６２ 血管深さ−酸素飽和度算出部
６４ 酸素飽和度画像生成部
６４ａ〜６４ｃ カラーテーブル
６５ 画像位置合わせ処理部
６６ 輝度座標系
６７ 血管情報座標系
６８ 画像切替ＳＷ
７０ 還元ヘモグロビン
７１ 酸化ヘモグロビン
９１〜９７ 第１〜第７狭帯域光源
９１ａ〜９７ａ 第１〜第７狭帯域用光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域の異なる複数の光を順次照射する光源装置と、
前記光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、該受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を順次出力する電子内視鏡と、
前記電子内視鏡から出力された、前記波長帯域の異なる光の撮像信号に対応する各々の画像間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた各々の画像の撮像信号から、所定の深さの血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された酸素飽和度画像を表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記光源装置は、前記波長帯域の異なる複数の光として、前記酸素飽和度に応じて、前記血管中の還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光度の大小関係が逆転する波長帯域の少なくとも２つの第１光と、前記吸光度が同じになる波長帯域の少なくとも１つの第２光を照射するものであることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記光源装置は、前記第１光および第２光として、中心波長±１０ｎｍの狭帯域光を照射するものであることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するカラーの撮像素子を有し、
前記光源装置は、前記撮像素子の各色のチャンネルの分光感度に対応した中心波長の狭帯域光を同時に照射するものであることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。
【請求項５】
前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するモノクロの撮像素子を有し、
前記光源装置は、第１中心波長の狭帯域光の照射順序が、該第１中心波長の狭帯域光よりも前記被写体組織の特徴点情報を取得しやすい第２および第３中心波長の狭帯域光の間になるように照射するものであることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記光源装置は、前記第１光および第２光として、さらに、４７０〜７００ｎｍの波長帯域の広帯域光を照射し、
前記画像生成手段は、前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた、前記狭帯域光の撮像信号および前記広帯域光の少なくとも１つの色のチャンネルの撮像信号から、前記酸素飽和度画像を生成するものであることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記画像生成手段は、深さの異なる複数の血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成し、
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を同時に表示するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項８】
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を各々別々の２次元画像として同時に表示するものであることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【請求項９】
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を１つの３次元画像として同時に表示するものであることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【請求項１】
波長帯域の異なる複数の光を順次照射する光源装置と、
前記光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、該受光した光の波長帯域に対応する撮像信号を順次出力する電子内視鏡と、
前記電子内視鏡から出力された、前記波長帯域の異なる光の撮像信号に対応する各々の画像間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた各々の画像の撮像信号から、所定の深さの血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された酸素飽和度画像を表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記光源装置は、前記波長帯域の異なる複数の光として、前記酸素飽和度に応じて、前記血管中の還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸光度の大小関係が逆転する波長帯域の少なくとも２つの第１光と、前記吸光度が同じになる波長帯域の少なくとも１つの第２光を照射するものであることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記光源装置は、前記第１光および第２光として、中心波長±１０ｎｍの狭帯域光を照射するものであることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するカラーの撮像素子を有し、
前記光源装置は、前記撮像素子の各色のチャンネルの分光感度に対応した中心波長の狭帯域光を同時に照射するものであることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。
【請求項５】
前記電子内視鏡は、前記受光した光を前記撮像信号に光電変換するモノクロの撮像素子を有し、
前記光源装置は、第１中心波長の狭帯域光の照射順序が、該第１中心波長の狭帯域光よりも前記被写体組織の特徴点情報を取得しやすい第２および第３中心波長の狭帯域光の間になるように照射するものであることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記光源装置は、前記第１光および第２光として、さらに、４７０〜７００ｎｍの波長帯域の広帯域光を照射し、
前記画像生成手段は、前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた、前記狭帯域光の撮像信号および前記広帯域光の少なくとも１つの色のチャンネルの撮像信号から、前記酸素飽和度画像を生成するものであることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記画像生成手段は、深さの異なる複数の血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成し、
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を同時に表示するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項８】
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を各々別々の２次元画像として同時に表示するものであることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【請求項９】
前記画像表示手段は、前記深さの異なる複数の血管の酸素飽和度画像を１つの３次元画像として同時に表示するものであることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【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】
【公開番号】特開２０１１−２００５１７（Ｐ２０１１−２００５１７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１９１３（Ｐ２０１０−７１９１３）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【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２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【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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