電子内視鏡システム
【課題】波長帯域の異なる光を照射して撮像される複数種の画像の中から、２種以上の画像を同時に取得して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１以上の光を照射して撮像される複数種の画像の中から、同時に取得する複数の画像の組合せを指定する組合せ指定手段と、波長帯域の異なる光を発する複数の光源と、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて光源の発光を制御する光源制御手段と、光源から体腔内の血管を含む被写体組織に照射される光の反射光を受光して複数の波長帯域の画像データに光電変換する撮像素子と、撮像素子により光電変換される複数の波長帯域の画像データから、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに対応する複数の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る複数の画像を同時に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１以上の光を照射して撮像される複数種の画像の中から、同時に取得する複数の画像の組合せを指定する組合せ指定手段と、波長帯域の異なる光を発する複数の光源と、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて光源の発光を制御する光源制御手段と、光源から体腔内の血管を含む被写体組織に照射される光の反射光を受光して複数の波長帯域の画像データに光電変換する撮像素子と、撮像素子により光電変換される複数の波長帯域の画像データから、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに対応する複数の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る複数の画像を同時に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、Ｒ色の光、Ｇ色の光、Ｂ色の光の３種類の狭帯域光を照射し、各色光の照射毎に撮像を行なっている。光は波長を長くするほど、即ちＢ色、Ｇ色、Ｒ色の順で波長を長くするほど深い血管に到達する特性があるため、Ｂ色の光の照射時には表層血管が、Ｇ色の光の照射時には中層血管が、Ｒの光の照射時には深層血管が強調された画像が得られる。また、各色の光の照射時に得られた画像データに基づきカラー画像処理を行なうことによって、表層血管、中層血管、及び深層血管をそれぞれ異なる色で区別して画像化している。
【０００５】
また、特許文献２では、酸素飽和度の変化によって血管の吸光度が変化する近赤外領域の狭帯域光ＩＲ１，ＩＲ３と、血管の吸光度が変化しない近赤外領域の狭帯域光ＩＲ２とを照射し、各光の照射毎に撮像を行なっている。そして、血管の吸光度が変化する狭帯域光ＩＲ１，ＩＲ３を照射したきの画像と吸光度が変化しない狭帯域光ＩＲ２を照射したときの画像とに基づいて画像間の輝度の変化を算出し、算出した輝度の変化をモノクロあるいは擬似カラーで画像に反映させている。この画像から、血管中の酸素飽和度の情報を得ることができる。
【０００６】
また、特許文献３では、酸素飽和度の変化によって血管の吸光度が変化する波長６５０ｎｍ近傍の狭帯域光と、血管の吸光度が変化しない波長５６９ｎｍ近傍の狭帯域光及び波長８００ｎｍ近傍の狭帯域光とを照射したときに得られる画像から、ヘモグロビン量の分布に関する情報と酸素飽和度に関する情報を同時に取得し、これら２つの情報をカラー画像として撮像画像に反映させている。
【０００７】
さらに、特許文献４では、切換え回路にてフィルタ切換装置を制御し、バンドパスフィルタターレットの各フィルタのうちの１つを選択的に照明航路中に介装し、選択されたフィルタによって、回転フィルタを透過した光の波長帯域（波長領域）を制限して被写体に照射する。これによって、一般的な可視領域の通常画像と、血液中のヘモグロビンの酸素飽和度、血流量、血管の走行状態、ヘモグロビン量等の変化を示す特定の波長帯域の各画像を切換えて観察している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３５５９７５５号公報
【特許文献２】特許２６４８４９４号公報
【特許文献３】特許２７６１２３８号公報
【特許文献４】特許２６６０００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献４のように、被写体に照射する光の波長帯域を順次変えていくことにより、特定の波長帯域の各画像を順次切換えて観察することはできるが、例えば、通常画像と特定の波長帯域の画像とを同時に取得、表示して同時に観察することはできない。
【００１０】
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。しかしながら、ヘモグロビン量と酸素飽和度の両方の同時取得については、特許文献３に示すような狭帯域光の照射により可能であるものの、血管深さと酸素飽和度の両方の同時取得については、現時点のところ、血管中のヘモグロビンの吸光度が波長によって著しく変化する（図３参照）など様々な要因によって、容易ではない。
【００１１】
例えば、特許文献１のように、Ｒ色の光、Ｇ色の光、Ｂ色の光の３種類の狭帯域光を照射することで、血管深さに関する情報を得ることはできるものの、酸素飽和度に関する情報を得ることはできない。一方、特許文献２のように、近赤外領域の狭帯域光ＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３を照射することで、酸素飽和度に関する情報を得ることができるものの、血管深さに関する情報を得ることはできない。そして、特許文献１と特許文献２の両方の波長帯域を満たすような光を照射したとしても、血管深さに関する情報と酸素飽和度に関する情報の両方を同時に取得することは困難である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、波長帯域の異なる光を照射して撮像される複数種の画像の中から、２種以上の画像を同時に取得して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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、波長帯域の異なる１以上の光を照射して撮像される複数種の画像の中から、同時に取得する複数の画像の組合せを指定する組合せ指定手段と、
前記波長帯域の異なる光を発する複数の光源と、
前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて前記光源の発光を制御する光源制御手段と、
前記光源から体腔内の血管を含む被写体組織に照射される光の反射光を受光して複数の波長帯域の画像データに光電変換する撮像素子を有する電子内視鏡と、
前記撮像素子により光電変換される複数の波長帯域の画像データから、前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに対応する複数の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る複数の画像を同時に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。
【００１４】
ここで、前記組合せ指定手段は、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像を含む特殊光画像との中から前記複数の画像の組合せを指定するものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記光源は、通常光画像用のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源を含む広帯域光源と、血管深さ画像用のＢ色および近赤色を発する光源を含む第１狭帯域光源と、酸素飽和度画像およびヘモグロビン量用のＢ色およびＧ色を発する光源を含む第２狭帯域光源と、微細血管画像用のＢ色を発する光源を含む第３狭帯域光源とを備えていることが好ましい。
【００１６】
また、前記光源制御手段は、前記画像の組合せが、前記通常光画像と前記特殊光画像の組合せである場合、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の強度が、前記通常光画像用の広帯域光源のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源のうちの、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の色の光源の強度よりも強くなるように制御するものであることが好ましい。
【００１７】
また、前記光源制御手段は、前記画像の組合せが２種の画像の組合せである場合、該２種の画像に対応する光源から同時に光が発せられるように制御するものであることが好ましい。
【００１８】
また、前記光源制御手段は、前記画像の組合せが３種以上の画像の組合せである場合、該３種の画像に対応する光源から１フレーム時間毎に順次１種の光が発せられるように制御するものであることが好ましい。
【００１９】
また、前記撮像素子は、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラー撮像素子であり、前記光源制御手段は、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて、前記撮像素子で分離可能なように、同時に発光させることが可能な光源を選択するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電子内視鏡システムでは、波長帯域の異なる２種以上の光を体腔内の血管を含む被写体組織に同時にまたは１フレーム時間毎に順次照射し、取得された複数の画像データに所定の画像処理を施すことにより、通常光画像、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像、および、血管深さ画像等の複数種の画像の中から２種以上の画像を同時に取得し、取得した２種以上の画像を同時に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の電子内視鏡システムの一実施形態の外観図である。
【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】（Ａ）は通常光画像モード時におけるＣＣＤの撮像動作を、（Ｂ）および（Ｃ）は特殊光画像モード時に２種および３種の光源がＯＮに切り替えられる場合におけるＣＣＤの撮像動作を説明する説明図である。
【図４】ヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。
【図５】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６】（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７】（Ａ）は血管深さ画像生成部内の具体的構成を、（Ｂ）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８】（Ａ）は血管深さに対応する２色間色相環を、（Ｂ）は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９】（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１０】血管深さ画像又は酸素飽和度画像の両方が同時表示されるモニタの画像図である。
【図１１】（Ａ）は通常光画像と微細血管画像の組合せ、（Ｂ）は通常光画像と酸素飽和度画像の組合せ、（Ｃ）は酸素飽和度画像と血管深さ画像の組合せの場合の光源の状態を示す説明図である。
【図１２】血管深さ−酸素飽和度を算出する手順と、それらを反映した血管深さ画像及び酸素飽和度画像を生成する手順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】
【００２２】
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。
【００２３】
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１１と、撮像により得られた信号に基づいて体腔内の血管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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図２に示すように、光源装置１３は、広帯域光源３０と、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５と、ハーフミラー群３６と、光源切替部３７とを備えている。広帯域光源３０は、通常光画像用のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する３つの光源（Ｂ光源３０Ｂ、Ｇ光源３０ＧおよびＲ光源３０Ｒ）を備えており、波長が青色領域から赤色領域（約４７０〜７００ｎｍ）にわたる広帯域光（Ｂ光、Ｇ光およびＲ光を含む）ＢＢを発生する。
【００２７】
第１狭帯域光源３３は、血管深さ画像（深部血管画像）用のＢ色および近赤色を発する２つの光源（Ｂ光源３３Ｂおよび近赤光源３３Ｒ）を、第２狭帯域光源３４は、酸素飽和度画像用のＢ色およびＧ色を発する２つの光源（Ｂ光源３４ＢおよびＧ光源３４Ｇ）を、第３狭帯域光源３５は、微細血管画像（毛細血管画像）用のＢ色を発する光源（Ｂ光源３５Ｂ）を、それぞれ備えている。第１狭帯域光源３３は、波長が４４５±１０ｎｍに、好ましくは４４５ｎｍに制限された狭帯域のＢ光（以下「第１狭帯域光Ｎ１１」とする）および波長が７３０±１０ｎｍに、好ましくは７３０ｎｍに制限された狭帯域の近赤光（以下「第１狭帯域光Ｎ１２」とする）を、第２狭帯域光源３４は、波長が４７３±１０ｎｍに、好ましくは４７３ｎｍに制限された狭帯域のＢ光（以下「第２狭帯域光Ｎ２１」とする）および波長が５３２±１０ｎｍに、好ましくは５３２ｎｍに制限された狭帯域のＧ光（以下「第２狭帯域光Ｎ２２」とする）を、第３狭帯域光源３５は波長が４０５±１０ｎｍに、好ましくは４０５ｎｍに制限された狭帯域のＢ光（以下「第３狭帯域光Ｎ３」とする）を発生する。
【００２８】
広帯域光源３０および狭帯域光源３３〜３５の各色光源は、例えば、光の強度変調やパルス幅変調などにより光量を変化させることが容易な、レーザーダイオードもしくはＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源である。広帯域光源３０の各色光源から発せられる広帯域光ＢＢのＢ光、Ｇ光およびＲ光と、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５の各色光源から照射される狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３とは、ハーフミラー群３６により合成（合波）されて電子内視鏡内のライトガイド４３に入射する。
【００２９】
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、広帯域光源３０および第１〜第３狭帯域光源３３〜３５の各色光源をＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）に切り替えたり、照射強度を制御したりする。本実施形態では、例えば、広帯域光ＢＢを用いた通常光画像モードに設定された場合には、広帯域光源３０がＯＮ、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５がＯＦＦに切り替えられて通常光画像の撮像が行なわれる。
【００３０】
これに対して、第１〜第３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３を用いた特殊光画像モードに設定された場合には、広帯域光源３０および第１〜第３狭帯域光源３３〜３５のうちの２種以上の光源がＯＮ、残りの光源がＯＦＦに切り替えられて特殊光画像の撮像が行なわれる。２種の光源がＯＮに切り替えられる場合、２種の光源が同時にＯＮに切り替えられ、ＯＮに切り替えられた２種の光源から発せられる光が体腔内に同時に照射されて被写体組織の撮像が行なわれる。また、３種以上の光源がＯＮに切り替えられる場合、１フレーム時間毎に１種の光源だけが順次ＯＮに切り替えられ、ＯＮに切り替えられた１種の光源から発せられる光が時分割で体腔内に順次照射されて撮像が行われることが繰り返される。
【００３１】
電子内視鏡１１は、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。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ハーフミラー群３６に向けられており、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３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３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。
【００３２】
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。
【００３３】
ＣＣＤ４４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。ＣＣＤ４４は、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、分離可能な各波長帯域に対応する色のいずれかのカラーフィルターが設けられた各色の画素が配列されている。
【００３４】
ＣＣＤ４４は、本実施形態の場合、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＢ色、第１狭帯域光源３３から発せられる第１狭帯域光Ｎ１１のＢ色、第２狭帯域光源３４から発せられる第２狭帯域光Ｎ２１のＢ色、および、第３狭帯域光源３５から発せられる第３狭帯域光Ｎ３のＢ色に対応する第１カラーフィルターと、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＧ色、および、第２狭帯域光源３４から発せられる第２狭帯域光Ｎ２２のＧ色に対応する第２カラーフィルターと、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＲ色、および、第１狭帯域光源３３から発せられる第１狭帯域光Ｎ１２の近赤に対応する第３カラーフィルターとを備えている。
【００３５】
ここで、第１〜第３カラーフィルターに対応する各色の画素で光電変換された信号をそれぞれ撮像信号Ｃ１〜Ｃ３とすると、ＣＣＤ４４に広帯域光ＢＢが入射した場合には、撮像信号Ｃ１〜Ｃ３からなる広帯域撮像信号が得られる。一方、ＣＣＤ４４に第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２が入射した場合には、撮像信号Ｃ１，Ｃ３からなる第１狭帯域撮像信号が得られる。また、ＣＣＤ４４に第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２が入射した場合には、撮像信号Ｃ１，Ｃ２からなる第２狭帯域撮像信号が得られ、ＣＣＤ４４に第３狭帯域光Ｎ３が入射した場合には、撮像信号Ｃ１からなる第３狭帯域撮像信号が得られる。
【００３６】
なお、ＣＣＤ４４は、前述のように、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラーＣＣＤであればよい。ＣＣＤ４４は、例えば、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＢ色、Ｇ色およびＲ色、第１狭帯域光源３３から発せられる第１狭帯域光Ｎ１１のＢ色および第１狭帯域光Ｎ１２の近赤色、第２狭帯域光源３４から発せられる第２狭帯域光Ｎ２１のＢ色および第２狭帯域光Ｎ２２のＧ色、および、第３狭帯域光源３５から発せられる第３狭帯域光Ｎ３のＢ色の各々に対応する、８種のカラーフィルターを備えていてもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
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３（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。
【００３９】
また、特殊光画像モードに設定され、２種の光源がＯＮに切り替えられる場合には、図３（Ｂ）に示すように、１フレーム時間の取得期間内で、２種の光源から同時に発せられる光ＣＣ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、特殊光画像モードに設定され、同一の２種の光源がＯＮに切り替えられている間、繰り返し行なわれる。
【００４０】
これに対して、特殊光画像モードに設定され、例えば、３種の光源がＯＮに切り替えられる場合には、図３（Ｃ）に示すように、まず第１フレームの１フレーム時間の取得期間内で、３種の光源のうちの第１光源から発せられる光ＣＣ１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。続いて、第２フレームの１フレーム時間の取得期間内で、３種の光源のうちの第２光源から発せられる光ＣＣ２について光ＣＣ１と同様の動作が行われ、さらに、３種の光源のうちの第３光源から発せられる光ＣＣ３について光ＣＣ１と同様の動作が行なわれる。この３フレーム時間からなる一連の動作は、特殊光画像モードに設定され、同一の３種の光源がＯＮに切り替えられている間、繰り返し行なわれる。また、４種以上の光源がＯＮに切り替えられる場合も同様である。
【００４１】
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３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３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３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色およびＢ色の画像データが含まれるカラー画像データである。また、第１狭帯域画像データはＢ色および近赤色の画像データ、第２狭帯域画像データはＢ色およびＧ色の画像データ、第３狭帯域画像データはＢ色の画像データが含まれるカラー画像データである。
【００４２】
血管画像生成部５７は、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、血管深さ画像生成部６３と、酸素飽和度画像生成部６４とを備えている。輝度比算出部６０は、フレームメモリ５６に記憶した広帯域画像データおよび第１〜３狭帯域画像データから、血管が含まれる血管領域を特定する。
【００４３】
血管領域は、例えば、２次元フィルタを用いて、第１〜第３狭帯域画像データから、血管の太さに対応する特定周波数成分のデータを取り出すことにより特定することができる。電子内視鏡による撮像では、被写体組織表面に照射される照明光の波長帯域に応じて、被写体組織の粘膜表層から所定の深さ（表面から１００μｍ程度までの深さ）にある血管が最も高コントラストに描出される。例えば、照明光の波長が短い場合には表層の微細血管、長くなるに従って中層、深層の太い血管が高コントラストに撮像される。
【００４４】
特定周波数成分のデータを取り出すための２次元フィルタは、例えば、以下のようにして作成される。まず、内視鏡先端と被写体組織表面との間の距離・拡大倍率等を考慮して、撮像される血管の太さに対応する画像上の周波数成分を求める。続いて、その周波数成分を強調するフィルタを周波数空間で設計し、これをフーリエ変換して実空間でのフィルタを作成する。そして、フィルタのサイズが、例えば、５×５程度の現実的なサイズに収まるように、周波数空間におけるフィルタ特性を調整する。
【００４５】
ここで、これらの画像データのＧ色、Ｒ色ないし近赤色、および、Ｂ色の画像データを第１〜３画像データとすると、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３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画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は第２画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は第３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等もある。
【００４６】
相関関係記憶部６１は、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４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３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４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。
【００４７】
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４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。
【００４８】
以上のようなヘモグロビンの吸光特性を鑑みると、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、血管深さ画像を観察する場合には、第１〜第３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３として、酸素飽和度によって吸光度に違いが出る波長帯域、例えば、中心波長が４５０ｎｍ以下の波長帯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。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。
【００４９】
相関関係記憶部６１は、図５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。
【００５０】
また、図５に示す血管情報座標系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Ｎ１１の照射時と第２狭帯域光Ｎ２１の照射時とで吸光の大小関係が逆転している場合である。即ち、図４に示すように、第１狭帯域光Ｎ１１を照射した場合に、還元ヘモグロビン７０の吸光係数が、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り、第２狭帯域光Ｎ２１を照射した場合に、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る場合には、吸光の大小関係が逆転する。なお、第１〜第３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ３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。以下、血管情報座標系６７において、Ｕ軸とＶ軸とが交点Ｐで直交する場合を例に挙げて説明を続ける。
【００５１】
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。
【００５２】
血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、図６（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６（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。
【００５３】
図７（Ａ）に示すように、血管深さ画像生成部６３は、血管深さ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６３ａ、十二指腸用カラーテーブル６３ｂ、小腸用カラーテーブル６３ｃを備えている。これらカラーテーブル６３ａ〜６３ｃは、コンソール２３の切替操作により、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６３ａは胃における血管深さに対応したカラー情報が、十二指腸用カラーテーブル６３ｂは十二指腸における血管深さに対応したカラー情報が、小腸用カラーテーブル６３ｃは小腸における血管深さに対応したカラー情報が割り当てられている。血管深さ画像生成部６３は、コンソール２３により選択されたカラーテーブル６３ａ〜６３ｃ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＊に対応するカラー情報を特定する。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、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。
【００５４】
酸素飽和度画像生成部６４は、図７（Ｂ）に示すように、血管深さ画像生成部６３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についても、コンソール２３の切替操作により切り替えが可能である。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で算出された酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する。
【００５５】
血管深さ画像生成部の各カラーテーブル６３ａ〜６３ｃのカラー情報は、図８（Ａ）に示すように、補色関係にある２色の、例えばＲ（赤）からＣｙ（シアン）までの２色間色相環で表される。図８（Ａ）では、カラー情報は、血管深さが小さいときにはＲであり、血管深さが大きくなるに従ってＹｅ（イエロー）、Ｇ（グリーン）、Ｃｙの順で変化する。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８（Ｂ）に示すように、ＣｙからＲまでの２色間色相環で表される。図８（Ｂ）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。なお、ＲからＣｙまでを酸素飽和度に、ＣｙからＲまでを血管深さというように２色相環の割り当てを逆にしてもよい。また、酸素飽和度と血管深さに対して別々の色を割り当てたが、１本の血管内に酸素飽和度に関する色及び血管深さに関する色の両方を反映させるような場合を除いては、酸素飽和度と血管深さに対する色の割り当てを、両方ともＲ→Ｇ→Ｃｙのように同じにしてもよい。
【００５６】
本実施形態では、カラー情報を色相環で表すが、図９（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９（Ａ）では、血管深さが小さいときには濃くし（明度を低くし）、血管深さが大きくなるほど薄くする（明度を高くする）。また、図９（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９（Ｂ）では、カラー情報は補色関係にある２色の、例えば血管深さに応じて彩度がＲとＣｙとの間で変化し、血管深さが小さいときにはＲで表され、血管深さが大きくなるほど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。また、酸素飽和度のカラー情報についても、図９（Ａ）、（Ｂ）と同様に表してもよい。なお、血管深さのカラー情報と酸素飽和度のカラー情報は同じ種類である必要はなく、例えば、血管深さのカラー情報を２色相環で表した場合には、酸素飽和度のカラー情報を、２色相環の他、濃淡や、２色間グラデーションで表してもよい。
【００５７】
血管深さ画像生成部６３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、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光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、血管深さが反映された血管深さ画像データが生成される。生成された血管深さ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、広帯域光画像データにではなく、第１〜第３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３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。
【００５８】
酸素飽和度画像生成部６４は、血管深さ画像生成部６３と同様に、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報を広帯域画像データに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、血管深さ画像データと同様、フレームメモリ５６に記憶される。
【００５９】
表示制御回路５８は、フレームメモリ５６に記憶された画像データに基づいて、モニタに画像を表示する。例えば、図１０に示すように、モニタ１４の一方の側には、広帯域画像データに基づく広帯域画像７２が表示され、他方の側に、血管深さ画像データに基づく血管深さ画像７３と、酸素飽和度画像データに基づく酸素飽和度画像７４との両方が表示される。画像切替ＳＷ６８により、モニタ１４に表示する画像や表示位置を切り替えることができる。血管深さ画像７３では、血管画像７５は表層血管を示す赤（Ｒ）で、血管画像７６は中層血管を示す緑（Ｇ）で、血管画像７７は深層血管を示すシアン（Ｃｙ）で表されている。一方、酸素飽和度画像７４では、血管画像８０は低酸素飽和度を示すシアン（Ｃｙ）で、血管画像８１は中酸素飽和度を示すマゼンダ（Ｍ）で、血管画像８２は高酸素飽和度を示す赤（Ｒ）で表されている。
【００６０】
血管深さ画像７３にはＲからＣｙまでの色相環を示すカラーバー７３ａが、酸素飽和度画像７４にはＣｙからＲまでの色相環を示すカラーバー７４ａが、それぞれの画面右上に表示されている。カラーバー７３ａの矢印は左端から右端に向かって血管深さが大きくなることを示しており、矢印の両端には、血管深さと色との対応関係を確認し易いように「浅（血管深さが浅いこと）」、「深（血管深さが深いこと）」といった文字表示がなされている。カラーバー７４ａの矢印及び文字表示については、カラーバー７３ａと同様である。このように、血管深さ画像７３や酸素飽和度画像７４と同時にカラーバー７３ａ，７４ａを表示することで、血管深さ画像７３や酸素飽和度画像７４に反映されたカラー情報と血管深さ及び酸素飽和度との対応関係が確認しやすい。
【００６１】
次に、電子内視鏡システム１０の動作を説明する。
【００６２】
電子内視鏡システム１０は、通常光画像はもちろん、例えば、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像、および、血管深さ画像等の特殊光画像を撮像することができる。
【００６３】
ここで、通常光画像は、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢを体腔内の血管を含む被写体組織に照射して撮像される画像である。
【００６４】
微細血管画像は、第３狭帯域光源３５から発せられる微細血管用の第３狭帯域光Ｎ３を体腔内に照射して撮像される画像である。第３狭帯域光Ｎ３を体腔内に照射することにより粘膜表層の太さ１０〜２０μｍ程度の微細血管が強調され、鮮明に観測することができる。
【００６５】
酸素飽和度画像およびヘモグロビン量画像は、酸素飽和度用の第２狭帯域光源３４から発せられる酸素飽和度用の第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２を含む３種の波長帯域の光を体腔内に照射して取得された３種の撮像信号（画像データ）に基づいて、血液中のヘモグロビンの量および酸素飽和度を可視画像化したものである。例えば、第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２と、広帯域光ＢＢまたは第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２とを体腔内に照射して取得された３種の撮像信号に所定の画像処理を施すことにより、酸素飽和度画像およびヘモグロビン量画像を取得することができる。
【００６６】
血管深さ画像は、第１狭帯域光源３３から発せられる血管深さ用の第１狭帯域光Ｎ１２を体腔内に照射して撮像される画像である。例えば、赤外光が吸収されやすいＩＣＧ（インドシアニンググリーン）等の蛍光薬剤を静脈注射して、第１狭帯域光Ｎ１２を体腔内に照射することにより粘膜深部の血管が強調され、鮮明に観測することができる。
【００６７】
なお、上記各画像の撮像方法や取得方法については既に各種の方法が提案されており、電子内視鏡システム１０においても、公知の方法を含む各種の方法を採用することができる。
【００６８】
また、電子内視鏡システム１０は、波長帯域の異なる２種以上の光を体腔内の血管を含む被写体組織に同時にまたは１フレーム時間毎に順次照射し、取得された複数の画像データに所定の画像処理を施すことにより、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像等を含む特殊光画像とからなる複数種の画像の中から２種以上の画像を同時に取得し、取得した２種以上の画像を同時に表示することができる。例えば、診断上関心のある特徴的な血管部分の酸素飽和度画像を選択的に表示できる。また、薬剤の分布と酸素飽和度画像を同時に観察できる。
【００６９】
電子内視鏡システム１０を用いて体腔内を撮像する場合、コンソール２３の操作により、まず、通常光画像モードまたは特殊光画像モードを指定する撮影モードの選択が行われる。通常光画像モードが選択された場合には、広帯域光源３０から広帯域光ＢＢが発せられ、通常光画像が撮像される。一方、特殊光画像モードが選択された場合には、さらに、コンソール２３の操作により、同時に取得する２種以上の画像を指定する画像診断モードの選択が行われる。
【００７０】
画像診断モードは、本実施形態の場合、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像等を含む特殊光画像とからなる複数種の画像の中から同時に取得する２種以上の画像の組合せを決定するものである。画像診断モードは、コンソール２３の操作により、同時に取得する２種以上の画像の組合せを直接指定してもよいが、例えば、あらかじめ２種以上の画像の組合せをメニュー形式で登録しておき、複数のメニューの中から１つのメニューを指定することで画像の組合せを指定するようにしてもよい。
【００７１】
説明を簡略化するために、本実施形態では、同時に取得することが可能な２種以上の画像の組合せの中から、例えば、以下の画像の組合せ（１）〜（３）の例を挙げて説明する。
（１）通常光画像＋微細血管画像
（２）通常光画像＋酸素飽和度画像
（３）酸素飽和度画像＋血管深さ画像
【００７２】
画像の組合せが指定されると、指定された画像の組合せに応じて、発光される光源が決定される。
【００７３】
例えば、画像の組合せ（１）が選択された場合、図１１（Ａ）に示すように、通常光画像用の広帯域光源３０のＢ光源３０Ｂ、Ｇ光源３０ＧおよびＲ光源３０Ｒに加えて、微細血管画像用の第３狭帯域光源３５のＢ光源３５ＢがＯＮに切り替えられて発光される。このとき、コントローラー５９により、例えば、広帯域光源３０のＢ光源３０Ｂから発せられるＢ光の強度が弱められ、第３狭帯域光源３５のＢ光源３５Ｂから発せられるＢ光の強度が強められるように制御される。
【００７４】
また、画像の組合せ（２）が選択された場合、図１１（Ｂ）に示すように、通常光画像用の広帯域光源のＢ光源３０Ｂ、Ｇ光源３０ＧおよびＲ光源３０Ｒに加えて、酸素飽和度画像用の第２狭帯域光源３４のＢ光源３４ＢおよびＧ光源３４ＧがＯＮに切り替えられて発光される。このとき、コントローラー５９により、例えば、広帯域光源３０のＢ光源３０ＢおよびＧ光源３０Ｇから発せられるＢ光およびＧ光の強度が弱められ、第２狭帯域光源３４のＢ光源３４ＢおよびＧ光源３４Ｇから発せられるＢ光およびＧ光の強度が強められるように制御される。
【００７５】
また、画像の組合せ（３）が選択された場合、図１１（Ｃ）に示すように、酸素飽和度画像用の第２狭帯域光源３４のＢ光源３４ＢおよびＧ光源３４Ｇに加えて、血管深さ画像用の第１狭帯域光源３３のＢ光源３３Ｂおよび近赤光源３３ＲがＯＮに切り替えられて発光される。
【００７６】
上記画像の組合せ（１）〜（３）以外の２種の画像の組合せについては説明を省略するが、上記と同様である。また、３種以上の画像の組合せが指定されると、指定された３種以上の画像に対応する複数の光源の中から、１フレーム時間毎に１種の光源だけが順次ＯＮに切り替えられ、複数の光源が時分割に発光される。２種以上の画像を同時に取得する方法も既に各種の方法が提案されており、電子内視鏡システム１０においても、公知の方法を含む各種の方法を採用することができる。
【００７７】
以下、一例として、画像の組合せ（３）が指定された場合について、血管深さ−酸素飽和度を算出する手順と、それらを反映した血管深さ画像及び酸素飽和度画像を生成する手順を、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７８】
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られ、さらに、画像診断モードとして、酸素飽和度画像と血管深さ画像の組合せが指定される。特殊光画像モードに切り替えられると（ステップＳ１０）、この切替時点での広帯域画像データが、血管深さ画像または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Ｓ１２）。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、その観察部位に応じたカラーテーブル６３ａ〜６３ｃのいずれか一つと、カラーテーブル６４ａ〜６４ｃのいずれか一つが選択される。なお、血管深さ画像等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。
【００７９】
そして、コントローラー５９から光源切替部３７に対して、酸素飽和度画像と血管深さ画像の組合せに応じた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および第２狭帯域光源３３，３４のみをＯＮにし、第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２および第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２を同時に体腔内に照射する（ステップＳ１４）。第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２および第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２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Ｎ１１，Ｎ１２および第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２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および第２狭帯域撮像信号は、ＡＦＥ４５を介して、ＤＳＰ５５に送られる。ＤＳＰ５５では第１および第２狭帯域撮像信号に基づいて第１および第２狭帯域画像データが生成される。生成された第１および第２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Ｓ１６）。
【００８０】
フレームメモリ５６に広帯域画像データ、第１および第２狭帯域画像データが記憶されたら、輝度比算出部６０は、第１および第２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Ｓ１８）。そして、これらの画像データのＧ色、Ｒ色ないし近赤色、および、Ｂ色の画像データを第１〜３画像データとして、血管領域内の同じ位置の画素について、第１及び第２画像データ間の第１輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊と、第２及び第３画像データ間の第２輝度比Ｓ２＊／Ｓ３＊が算出される（ステップＳ２０）。
【００８１】
次に、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＊に対応する輝度座標系の座標（Ｘ＊，Ｙ＊）を特定する。さらに、座標（Ｘ＊，Ｙ＊）に対応する血管情報座標系の座標（Ｕ＊，Ｖ＊）を特定することにより、血管領域内の所定画素についての血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊が求められる（ステップＳ２２）。
【００８２】
血管深さＵ＊及び酸素飽和度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６３ａ〜６３ｃに基づき、血管深さＵ＊に対応するカラー情報が特定される。また、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、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（ランダムアクセスメモリ）（図示省略）に記憶される（ステップＳ２４）。
【００８３】
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、それら血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する（ステップＳ２６）。
【００８４】
そして、血管領域内の全ての画素について血管深さ及び酸素飽和度とそれらに対応するカラー情報が得られると、血管深さ画像生成部６３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、血管深さ画像データを生成する。また、酸素飽和度画像生成部６４は、血管深さ画像と同様にして、酸素飽和度画像データを生成する。生成された血管深さ画像データ及び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Ｓ２８）。
【００８５】
そして、表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から広帯域画像データ、血管深さ画像データ、及び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、図１０に示すように、広帯域画像７２、血管深さ画像７３、及び酸素飽和度画像７４をモニタ１４に表示する。モニタ１４には、広帯域画像７２、血管深さ画像７３、及び酸素飽和度画像７４の３つの画像が同時に並列表示される（ステップＳ３０）。
【００８６】
血管深さ画像７３では、血管深さに応じて血管画像７５〜７７に擬似的にカラーが付されており、表層血管の血管画像７５には赤（Ｒ）が、中層血管の血管画像７６には緑（Ｇ）が、深層血管の血管画像７７にはシアン（Ｃｙ）の色がそれぞれ付されている。一方、酸素飽和度画像７４においても、血管深さ画像７３と同様に、低酸素飽和度を示す血管画像８０にはシアン（Ｃｙ）が、中酸素飽和度を示す血管画像８１にはマゼンダ（Ｍ）が、高酸素飽和度を示す血管画像８２には赤（Ｒ）の色がそれぞれ付されている。
【００８７】
なお、画像の組合せ（３）が選択された場合を例に挙げて説明したが、これ以外の２種以上の画像の組合せについても、既に述べたように、波長帯域の異なる２種以上の光を同時ないし時分割に体腔内に照射して複数の画像データを取得し、必要に応じて、取得した複数の画像データに所定の画像処理を施すことにより、２種以上の画像を同時に取得し、取得した２種以上の画像を同時に表示することができる。
【００８８】
また、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
２３ コンソール
２４ コネクタ
３０ 広帯域光源
３３〜３５ 狭帯域光源
３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒ，３３Ｂ，３３Ｇ，３４Ｒ，３５Ｂ 各色光源
３６ ハーフミラー群
３７ 光源切替部
４３ ライトガイド
４４ ＣＣＤ
４４ａ 撮像面
４５ アナログ処理回路（ＡＦＥ）
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
５５ デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
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
６３ 血管深さ画像生成部
６４ 酸素飽和度画像生成部
６３ａ〜６３ｃ、６４ａ〜６４ｃ カラーテーブル
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
７２ 広帯域画像
７３ 血管深さ画像
７４ 酸素飽和度画像
７３ａ、７４ａ カラーバー
７５〜７７、８０〜８２ 血管画像
【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、Ｒ色の光、Ｇ色の光、Ｂ色の光の３種類の狭帯域光を照射し、各色光の照射毎に撮像を行なっている。光は波長を長くするほど、即ちＢ色、Ｇ色、Ｒ色の順で波長を長くするほど深い血管に到達する特性があるため、Ｂ色の光の照射時には表層血管が、Ｇ色の光の照射時には中層血管が、Ｒの光の照射時には深層血管が強調された画像が得られる。また、各色の光の照射時に得られた画像データに基づきカラー画像処理を行なうことによって、表層血管、中層血管、及び深層血管をそれぞれ異なる色で区別して画像化している。
【０００５】
また、特許文献２では、酸素飽和度の変化によって血管の吸光度が変化する近赤外領域の狭帯域光ＩＲ１，ＩＲ３と、血管の吸光度が変化しない近赤外領域の狭帯域光ＩＲ２とを照射し、各光の照射毎に撮像を行なっている。そして、血管の吸光度が変化する狭帯域光ＩＲ１，ＩＲ３を照射したきの画像と吸光度が変化しない狭帯域光ＩＲ２を照射したときの画像とに基づいて画像間の輝度の変化を算出し、算出した輝度の変化をモノクロあるいは擬似カラーで画像に反映させている。この画像から、血管中の酸素飽和度の情報を得ることができる。
【０００６】
また、特許文献３では、酸素飽和度の変化によって血管の吸光度が変化する波長６５０ｎｍ近傍の狭帯域光と、血管の吸光度が変化しない波長５６９ｎｍ近傍の狭帯域光及び波長８００ｎｍ近傍の狭帯域光とを照射したときに得られる画像から、ヘモグロビン量の分布に関する情報と酸素飽和度に関する情報を同時に取得し、これら２つの情報をカラー画像として撮像画像に反映させている。
【０００７】
さらに、特許文献４では、切換え回路にてフィルタ切換装置を制御し、バンドパスフィルタターレットの各フィルタのうちの１つを選択的に照明航路中に介装し、選択されたフィルタによって、回転フィルタを透過した光の波長帯域（波長領域）を制限して被写体に照射する。これによって、一般的な可視領域の通常画像と、血液中のヘモグロビンの酸素飽和度、血流量、血管の走行状態、ヘモグロビン量等の変化を示す特定の波長帯域の各画像を切換えて観察している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３５５９７５５号公報
【特許文献２】特許２６４８４９４号公報
【特許文献３】特許２７６１２３８号公報
【特許文献４】特許２６６０００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献４のように、被写体に照射する光の波長帯域を順次変えていくことにより、特定の波長帯域の各画像を順次切換えて観察することはできるが、例えば、通常画像と特定の波長帯域の画像とを同時に取得、表示して同時に観察することはできない。
【００１０】
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。しかしながら、ヘモグロビン量と酸素飽和度の両方の同時取得については、特許文献３に示すような狭帯域光の照射により可能であるものの、血管深さと酸素飽和度の両方の同時取得については、現時点のところ、血管中のヘモグロビンの吸光度が波長によって著しく変化する（図３参照）など様々な要因によって、容易ではない。
【００１１】
例えば、特許文献１のように、Ｒ色の光、Ｇ色の光、Ｂ色の光の３種類の狭帯域光を照射することで、血管深さに関する情報を得ることはできるものの、酸素飽和度に関する情報を得ることはできない。一方、特許文献２のように、近赤外領域の狭帯域光ＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３を照射することで、酸素飽和度に関する情報を得ることができるものの、血管深さに関する情報を得ることはできない。そして、特許文献１と特許文献２の両方の波長帯域を満たすような光を照射したとしても、血管深さに関する情報と酸素飽和度に関する情報の両方を同時に取得することは困難である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、波長帯域の異なる光を照射して撮像される複数種の画像の中から、２種以上の画像を同時に取得して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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、波長帯域の異なる１以上の光を照射して撮像される複数種の画像の中から、同時に取得する複数の画像の組合せを指定する組合せ指定手段と、
前記波長帯域の異なる光を発する複数の光源と、
前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて前記光源の発光を制御する光源制御手段と、
前記光源から体腔内の血管を含む被写体組織に照射される光の反射光を受光して複数の波長帯域の画像データに光電変換する撮像素子を有する電子内視鏡と、
前記撮像素子により光電変換される複数の波長帯域の画像データから、前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに対応する複数の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る複数の画像を同時に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。
【００１４】
ここで、前記組合せ指定手段は、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像を含む特殊光画像との中から前記複数の画像の組合せを指定するものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記光源は、通常光画像用のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源を含む広帯域光源と、血管深さ画像用のＢ色および近赤色を発する光源を含む第１狭帯域光源と、酸素飽和度画像およびヘモグロビン量用のＢ色およびＧ色を発する光源を含む第２狭帯域光源と、微細血管画像用のＢ色を発する光源を含む第３狭帯域光源とを備えていることが好ましい。
【００１６】
また、前記光源制御手段は、前記画像の組合せが、前記通常光画像と前記特殊光画像の組合せである場合、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の強度が、前記通常光画像用の広帯域光源のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源のうちの、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の色の光源の強度よりも強くなるように制御するものであることが好ましい。
【００１７】
また、前記光源制御手段は、前記画像の組合せが２種の画像の組合せである場合、該２種の画像に対応する光源から同時に光が発せられるように制御するものであることが好ましい。
【００１８】
また、前記光源制御手段は、前記画像の組合せが３種以上の画像の組合せである場合、該３種の画像に対応する光源から１フレーム時間毎に順次１種の光が発せられるように制御するものであることが好ましい。
【００１９】
また、前記撮像素子は、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラー撮像素子であり、前記光源制御手段は、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて、前記撮像素子で分離可能なように、同時に発光させることが可能な光源を選択するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電子内視鏡システムでは、波長帯域の異なる２種以上の光を体腔内の血管を含む被写体組織に同時にまたは１フレーム時間毎に順次照射し、取得された複数の画像データに所定の画像処理を施すことにより、通常光画像、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像、および、血管深さ画像等の複数種の画像の中から２種以上の画像を同時に取得し、取得した２種以上の画像を同時に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の電子内視鏡システムの一実施形態の外観図である。
【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】（Ａ）は通常光画像モード時におけるＣＣＤの撮像動作を、（Ｂ）および（Ｃ）は特殊光画像モード時に２種および３種の光源がＯＮに切り替えられる場合におけるＣＣＤの撮像動作を説明する説明図である。
【図４】ヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。
【図５】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６】（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７】（Ａ）は血管深さ画像生成部内の具体的構成を、（Ｂ）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８】（Ａ）は血管深さに対応する２色間色相環を、（Ｂ）は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９】（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１０】血管深さ画像又は酸素飽和度画像の両方が同時表示されるモニタの画像図である。
【図１１】（Ａ）は通常光画像と微細血管画像の組合せ、（Ｂ）は通常光画像と酸素飽和度画像の組合せ、（Ｃ）は酸素飽和度画像と血管深さ画像の組合せの場合の光源の状態を示す説明図である。
【図１２】血管深さ−酸素飽和度を算出する手順と、それらを反映した血管深さ画像及び酸素飽和度画像を生成する手順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】
【００２２】
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。
【００２３】
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１１と、撮像により得られた信号に基づいて体腔内の血管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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図２に示すように、光源装置１３は、広帯域光源３０と、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５と、ハーフミラー群３６と、光源切替部３７とを備えている。広帯域光源３０は、通常光画像用のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する３つの光源（Ｂ光源３０Ｂ、Ｇ光源３０ＧおよびＲ光源３０Ｒ）を備えており、波長が青色領域から赤色領域（約４７０〜７００ｎｍ）にわたる広帯域光（Ｂ光、Ｇ光およびＲ光を含む）ＢＢを発生する。
【００２７】
第１狭帯域光源３３は、血管深さ画像（深部血管画像）用のＢ色および近赤色を発する２つの光源（Ｂ光源３３Ｂおよび近赤光源３３Ｒ）を、第２狭帯域光源３４は、酸素飽和度画像用のＢ色およびＧ色を発する２つの光源（Ｂ光源３４ＢおよびＧ光源３４Ｇ）を、第３狭帯域光源３５は、微細血管画像（毛細血管画像）用のＢ色を発する光源（Ｂ光源３５Ｂ）を、それぞれ備えている。第１狭帯域光源３３は、波長が４４５±１０ｎｍに、好ましくは４４５ｎｍに制限された狭帯域のＢ光（以下「第１狭帯域光Ｎ１１」とする）および波長が７３０±１０ｎｍに、好ましくは７３０ｎｍに制限された狭帯域の近赤光（以下「第１狭帯域光Ｎ１２」とする）を、第２狭帯域光源３４は、波長が４７３±１０ｎｍに、好ましくは４７３ｎｍに制限された狭帯域のＢ光（以下「第２狭帯域光Ｎ２１」とする）および波長が５３２±１０ｎｍに、好ましくは５３２ｎｍに制限された狭帯域のＧ光（以下「第２狭帯域光Ｎ２２」とする）を、第３狭帯域光源３５は波長が４０５±１０ｎｍに、好ましくは４０５ｎｍに制限された狭帯域のＢ光（以下「第３狭帯域光Ｎ３」とする）を発生する。
【００２８】
広帯域光源３０および狭帯域光源３３〜３５の各色光源は、例えば、光の強度変調やパルス幅変調などにより光量を変化させることが容易な、レーザーダイオードもしくはＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源である。広帯域光源３０の各色光源から発せられる広帯域光ＢＢのＢ光、Ｇ光およびＲ光と、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５の各色光源から照射される狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３とは、ハーフミラー群３６により合成（合波）されて電子内視鏡内のライトガイド４３に入射する。
【００２９】
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、広帯域光源３０および第１〜第３狭帯域光源３３〜３５の各色光源をＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）に切り替えたり、照射強度を制御したりする。本実施形態では、例えば、広帯域光ＢＢを用いた通常光画像モードに設定された場合には、広帯域光源３０がＯＮ、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５がＯＦＦに切り替えられて通常光画像の撮像が行なわれる。
【００３０】
これに対して、第１〜第３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３を用いた特殊光画像モードに設定された場合には、広帯域光源３０および第１〜第３狭帯域光源３３〜３５のうちの２種以上の光源がＯＮ、残りの光源がＯＦＦに切り替えられて特殊光画像の撮像が行なわれる。２種の光源がＯＮに切り替えられる場合、２種の光源が同時にＯＮに切り替えられ、ＯＮに切り替えられた２種の光源から発せられる光が体腔内に同時に照射されて被写体組織の撮像が行なわれる。また、３種以上の光源がＯＮに切り替えられる場合、１フレーム時間毎に１種の光源だけが順次ＯＮに切り替えられ、ＯＮに切り替えられた１種の光源から発せられる光が時分割で体腔内に順次照射されて撮像が行われることが繰り返される。
【００３１】
電子内視鏡１１は、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。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ハーフミラー群３６に向けられており、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３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３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。
【００３２】
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。
【００３３】
ＣＣＤ４４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。ＣＣＤ４４は、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、分離可能な各波長帯域に対応する色のいずれかのカラーフィルターが設けられた各色の画素が配列されている。
【００３４】
ＣＣＤ４４は、本実施形態の場合、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＢ色、第１狭帯域光源３３から発せられる第１狭帯域光Ｎ１１のＢ色、第２狭帯域光源３４から発せられる第２狭帯域光Ｎ２１のＢ色、および、第３狭帯域光源３５から発せられる第３狭帯域光Ｎ３のＢ色に対応する第１カラーフィルターと、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＧ色、および、第２狭帯域光源３４から発せられる第２狭帯域光Ｎ２２のＧ色に対応する第２カラーフィルターと、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＲ色、および、第１狭帯域光源３３から発せられる第１狭帯域光Ｎ１２の近赤に対応する第３カラーフィルターとを備えている。
【００３５】
ここで、第１〜第３カラーフィルターに対応する各色の画素で光電変換された信号をそれぞれ撮像信号Ｃ１〜Ｃ３とすると、ＣＣＤ４４に広帯域光ＢＢが入射した場合には、撮像信号Ｃ１〜Ｃ３からなる広帯域撮像信号が得られる。一方、ＣＣＤ４４に第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２が入射した場合には、撮像信号Ｃ１，Ｃ３からなる第１狭帯域撮像信号が得られる。また、ＣＣＤ４４に第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２が入射した場合には、撮像信号Ｃ１，Ｃ２からなる第２狭帯域撮像信号が得られ、ＣＣＤ４４に第３狭帯域光Ｎ３が入射した場合には、撮像信号Ｃ１からなる第３狭帯域撮像信号が得られる。
【００３６】
なお、ＣＣＤ４４は、前述のように、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラーＣＣＤであればよい。ＣＣＤ４４は、例えば、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢのＢ色、Ｇ色およびＲ色、第１狭帯域光源３３から発せられる第１狭帯域光Ｎ１１のＢ色および第１狭帯域光Ｎ１２の近赤色、第２狭帯域光源３４から発せられる第２狭帯域光Ｎ２１のＢ色および第２狭帯域光Ｎ２２のＧ色、および、第３狭帯域光源３５から発せられる第３狭帯域光Ｎ３のＢ色の各々に対応する、８種のカラーフィルターを備えていてもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
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３（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。
【００３９】
また、特殊光画像モードに設定され、２種の光源がＯＮに切り替えられる場合には、図３（Ｂ）に示すように、１フレーム時間の取得期間内で、２種の光源から同時に発せられる光ＣＣ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、特殊光画像モードに設定され、同一の２種の光源がＯＮに切り替えられている間、繰り返し行なわれる。
【００４０】
これに対して、特殊光画像モードに設定され、例えば、３種の光源がＯＮに切り替えられる場合には、図３（Ｃ）に示すように、まず第１フレームの１フレーム時間の取得期間内で、３種の光源のうちの第１光源から発せられる光ＣＣ１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。続いて、第２フレームの１フレーム時間の取得期間内で、３種の光源のうちの第２光源から発せられる光ＣＣ２について光ＣＣ１と同様の動作が行われ、さらに、３種の光源のうちの第３光源から発せられる光ＣＣ３について光ＣＣ１と同様の動作が行なわれる。この３フレーム時間からなる一連の動作は、特殊光画像モードに設定され、同一の３種の光源がＯＮに切り替えられている間、繰り返し行なわれる。また、４種以上の光源がＯＮに切り替えられる場合も同様である。
【００４１】
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３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３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３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色およびＢ色の画像データが含まれるカラー画像データである。また、第１狭帯域画像データはＢ色および近赤色の画像データ、第２狭帯域画像データはＢ色およびＧ色の画像データ、第３狭帯域画像データはＢ色の画像データが含まれるカラー画像データである。
【００４２】
血管画像生成部５７は、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、血管深さ画像生成部６３と、酸素飽和度画像生成部６４とを備えている。輝度比算出部６０は、フレームメモリ５６に記憶した広帯域画像データおよび第１〜３狭帯域画像データから、血管が含まれる血管領域を特定する。
【００４３】
血管領域は、例えば、２次元フィルタを用いて、第１〜第３狭帯域画像データから、血管の太さに対応する特定周波数成分のデータを取り出すことにより特定することができる。電子内視鏡による撮像では、被写体組織表面に照射される照明光の波長帯域に応じて、被写体組織の粘膜表層から所定の深さ（表面から１００μｍ程度までの深さ）にある血管が最も高コントラストに描出される。例えば、照明光の波長が短い場合には表層の微細血管、長くなるに従って中層、深層の太い血管が高コントラストに撮像される。
【００４４】
特定周波数成分のデータを取り出すための２次元フィルタは、例えば、以下のようにして作成される。まず、内視鏡先端と被写体組織表面との間の距離・拡大倍率等を考慮して、撮像される血管の太さに対応する画像上の周波数成分を求める。続いて、その周波数成分を強調するフィルタを周波数空間で設計し、これをフーリエ変換して実空間でのフィルタを作成する。そして、フィルタのサイズが、例えば、５×５程度の現実的なサイズに収まるように、周波数空間におけるフィルタ特性を調整する。
【００４５】
ここで、これらの画像データのＧ色、Ｒ色ないし近赤色、および、Ｂ色の画像データを第１〜３画像データとすると、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３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画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は第２画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は第３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等もある。
【００４６】
相関関係記憶部６１は、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４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３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４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。
【００４７】
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４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。
【００４８】
以上のようなヘモグロビンの吸光特性を鑑みると、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、血管深さ画像を観察する場合には、第１〜第３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２およびＮ３として、酸素飽和度によって吸光度に違いが出る波長帯域、例えば、中心波長が４５０ｎｍ以下の波長帯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。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。
【００４９】
相関関係記憶部６１は、図５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。
【００５０】
また、図５に示す血管情報座標系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Ｎ１１の照射時と第２狭帯域光Ｎ２１の照射時とで吸光の大小関係が逆転している場合である。即ち、図４に示すように、第１狭帯域光Ｎ１１を照射した場合に、還元ヘモグロビン７０の吸光係数が、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り、第２狭帯域光Ｎ２１を照射した場合に、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る場合には、吸光の大小関係が逆転する。なお、第１〜第３狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ３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。以下、血管情報座標系６７において、Ｕ軸とＶ軸とが交点Ｐで直交する場合を例に挙げて説明を続ける。
【００５１】
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。
【００５２】
血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、図６（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６（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。
【００５３】
図７（Ａ）に示すように、血管深さ画像生成部６３は、血管深さ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６３ａ、十二指腸用カラーテーブル６３ｂ、小腸用カラーテーブル６３ｃを備えている。これらカラーテーブル６３ａ〜６３ｃは、コンソール２３の切替操作により、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６３ａは胃における血管深さに対応したカラー情報が、十二指腸用カラーテーブル６３ｂは十二指腸における血管深さに対応したカラー情報が、小腸用カラーテーブル６３ｃは小腸における血管深さに対応したカラー情報が割り当てられている。血管深さ画像生成部６３は、コンソール２３により選択されたカラーテーブル６３ａ〜６３ｃ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＊に対応するカラー情報を特定する。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、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。
【００５４】
酸素飽和度画像生成部６４は、図７（Ｂ）に示すように、血管深さ画像生成部６３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についても、コンソール２３の切替操作により切り替えが可能である。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で算出された酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する。
【００５５】
血管深さ画像生成部の各カラーテーブル６３ａ〜６３ｃのカラー情報は、図８（Ａ）に示すように、補色関係にある２色の、例えばＲ（赤）からＣｙ（シアン）までの２色間色相環で表される。図８（Ａ）では、カラー情報は、血管深さが小さいときにはＲであり、血管深さが大きくなるに従ってＹｅ（イエロー）、Ｇ（グリーン）、Ｃｙの順で変化する。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８（Ｂ）に示すように、ＣｙからＲまでの２色間色相環で表される。図８（Ｂ）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。なお、ＲからＣｙまでを酸素飽和度に、ＣｙからＲまでを血管深さというように２色相環の割り当てを逆にしてもよい。また、酸素飽和度と血管深さに対して別々の色を割り当てたが、１本の血管内に酸素飽和度に関する色及び血管深さに関する色の両方を反映させるような場合を除いては、酸素飽和度と血管深さに対する色の割り当てを、両方ともＲ→Ｇ→Ｃｙのように同じにしてもよい。
【００５６】
本実施形態では、カラー情報を色相環で表すが、図９（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９（Ａ）では、血管深さが小さいときには濃くし（明度を低くし）、血管深さが大きくなるほど薄くする（明度を高くする）。また、図９（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９（Ｂ）では、カラー情報は補色関係にある２色の、例えば血管深さに応じて彩度がＲとＣｙとの間で変化し、血管深さが小さいときにはＲで表され、血管深さが大きくなるほど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。また、酸素飽和度のカラー情報についても、図９（Ａ）、（Ｂ）と同様に表してもよい。なお、血管深さのカラー情報と酸素飽和度のカラー情報は同じ種類である必要はなく、例えば、血管深さのカラー情報を２色相環で表した場合には、酸素飽和度のカラー情報を、２色相環の他、濃淡や、２色間グラデーションで表してもよい。
【００５７】
血管深さ画像生成部６３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、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光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、血管深さが反映された血管深さ画像データが生成される。生成された血管深さ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、広帯域光画像データにではなく、第１〜第３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３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。
【００５８】
酸素飽和度画像生成部６４は、血管深さ画像生成部６３と同様に、血管領域内の全ての画素についてのカラー情報を広帯域画像データに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、血管深さ画像データと同様、フレームメモリ５６に記憶される。
【００５９】
表示制御回路５８は、フレームメモリ５６に記憶された画像データに基づいて、モニタに画像を表示する。例えば、図１０に示すように、モニタ１４の一方の側には、広帯域画像データに基づく広帯域画像７２が表示され、他方の側に、血管深さ画像データに基づく血管深さ画像７３と、酸素飽和度画像データに基づく酸素飽和度画像７４との両方が表示される。画像切替ＳＷ６８により、モニタ１４に表示する画像や表示位置を切り替えることができる。血管深さ画像７３では、血管画像７５は表層血管を示す赤（Ｒ）で、血管画像７６は中層血管を示す緑（Ｇ）で、血管画像７７は深層血管を示すシアン（Ｃｙ）で表されている。一方、酸素飽和度画像７４では、血管画像８０は低酸素飽和度を示すシアン（Ｃｙ）で、血管画像８１は中酸素飽和度を示すマゼンダ（Ｍ）で、血管画像８２は高酸素飽和度を示す赤（Ｒ）で表されている。
【００６０】
血管深さ画像７３にはＲからＣｙまでの色相環を示すカラーバー７３ａが、酸素飽和度画像７４にはＣｙからＲまでの色相環を示すカラーバー７４ａが、それぞれの画面右上に表示されている。カラーバー７３ａの矢印は左端から右端に向かって血管深さが大きくなることを示しており、矢印の両端には、血管深さと色との対応関係を確認し易いように「浅（血管深さが浅いこと）」、「深（血管深さが深いこと）」といった文字表示がなされている。カラーバー７４ａの矢印及び文字表示については、カラーバー７３ａと同様である。このように、血管深さ画像７３や酸素飽和度画像７４と同時にカラーバー７３ａ，７４ａを表示することで、血管深さ画像７３や酸素飽和度画像７４に反映されたカラー情報と血管深さ及び酸素飽和度との対応関係が確認しやすい。
【００６１】
次に、電子内視鏡システム１０の動作を説明する。
【００６２】
電子内視鏡システム１０は、通常光画像はもちろん、例えば、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像、および、血管深さ画像等の特殊光画像を撮像することができる。
【００６３】
ここで、通常光画像は、広帯域光源３０から発せられる広帯域光ＢＢを体腔内の血管を含む被写体組織に照射して撮像される画像である。
【００６４】
微細血管画像は、第３狭帯域光源３５から発せられる微細血管用の第３狭帯域光Ｎ３を体腔内に照射して撮像される画像である。第３狭帯域光Ｎ３を体腔内に照射することにより粘膜表層の太さ１０〜２０μｍ程度の微細血管が強調され、鮮明に観測することができる。
【００６５】
酸素飽和度画像およびヘモグロビン量画像は、酸素飽和度用の第２狭帯域光源３４から発せられる酸素飽和度用の第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２を含む３種の波長帯域の光を体腔内に照射して取得された３種の撮像信号（画像データ）に基づいて、血液中のヘモグロビンの量および酸素飽和度を可視画像化したものである。例えば、第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２と、広帯域光ＢＢまたは第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２とを体腔内に照射して取得された３種の撮像信号に所定の画像処理を施すことにより、酸素飽和度画像およびヘモグロビン量画像を取得することができる。
【００６６】
血管深さ画像は、第１狭帯域光源３３から発せられる血管深さ用の第１狭帯域光Ｎ１２を体腔内に照射して撮像される画像である。例えば、赤外光が吸収されやすいＩＣＧ（インドシアニンググリーン）等の蛍光薬剤を静脈注射して、第１狭帯域光Ｎ１２を体腔内に照射することにより粘膜深部の血管が強調され、鮮明に観測することができる。
【００６７】
なお、上記各画像の撮像方法や取得方法については既に各種の方法が提案されており、電子内視鏡システム１０においても、公知の方法を含む各種の方法を採用することができる。
【００６８】
また、電子内視鏡システム１０は、波長帯域の異なる２種以上の光を体腔内の血管を含む被写体組織に同時にまたは１フレーム時間毎に順次照射し、取得された複数の画像データに所定の画像処理を施すことにより、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像等を含む特殊光画像とからなる複数種の画像の中から２種以上の画像を同時に取得し、取得した２種以上の画像を同時に表示することができる。例えば、診断上関心のある特徴的な血管部分の酸素飽和度画像を選択的に表示できる。また、薬剤の分布と酸素飽和度画像を同時に観察できる。
【００６９】
電子内視鏡システム１０を用いて体腔内を撮像する場合、コンソール２３の操作により、まず、通常光画像モードまたは特殊光画像モードを指定する撮影モードの選択が行われる。通常光画像モードが選択された場合には、広帯域光源３０から広帯域光ＢＢが発せられ、通常光画像が撮像される。一方、特殊光画像モードが選択された場合には、さらに、コンソール２３の操作により、同時に取得する２種以上の画像を指定する画像診断モードの選択が行われる。
【００７０】
画像診断モードは、本実施形態の場合、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像等を含む特殊光画像とからなる複数種の画像の中から同時に取得する２種以上の画像の組合せを決定するものである。画像診断モードは、コンソール２３の操作により、同時に取得する２種以上の画像の組合せを直接指定してもよいが、例えば、あらかじめ２種以上の画像の組合せをメニュー形式で登録しておき、複数のメニューの中から１つのメニューを指定することで画像の組合せを指定するようにしてもよい。
【００７１】
説明を簡略化するために、本実施形態では、同時に取得することが可能な２種以上の画像の組合せの中から、例えば、以下の画像の組合せ（１）〜（３）の例を挙げて説明する。
（１）通常光画像＋微細血管画像
（２）通常光画像＋酸素飽和度画像
（３）酸素飽和度画像＋血管深さ画像
【００７２】
画像の組合せが指定されると、指定された画像の組合せに応じて、発光される光源が決定される。
【００７３】
例えば、画像の組合せ（１）が選択された場合、図１１（Ａ）に示すように、通常光画像用の広帯域光源３０のＢ光源３０Ｂ、Ｇ光源３０ＧおよびＲ光源３０Ｒに加えて、微細血管画像用の第３狭帯域光源３５のＢ光源３５ＢがＯＮに切り替えられて発光される。このとき、コントローラー５９により、例えば、広帯域光源３０のＢ光源３０Ｂから発せられるＢ光の強度が弱められ、第３狭帯域光源３５のＢ光源３５Ｂから発せられるＢ光の強度が強められるように制御される。
【００７４】
また、画像の組合せ（２）が選択された場合、図１１（Ｂ）に示すように、通常光画像用の広帯域光源のＢ光源３０Ｂ、Ｇ光源３０ＧおよびＲ光源３０Ｒに加えて、酸素飽和度画像用の第２狭帯域光源３４のＢ光源３４ＢおよびＧ光源３４ＧがＯＮに切り替えられて発光される。このとき、コントローラー５９により、例えば、広帯域光源３０のＢ光源３０ＢおよびＧ光源３０Ｇから発せられるＢ光およびＧ光の強度が弱められ、第２狭帯域光源３４のＢ光源３４ＢおよびＧ光源３４Ｇから発せられるＢ光およびＧ光の強度が強められるように制御される。
【００７５】
また、画像の組合せ（３）が選択された場合、図１１（Ｃ）に示すように、酸素飽和度画像用の第２狭帯域光源３４のＢ光源３４ＢおよびＧ光源３４Ｇに加えて、血管深さ画像用の第１狭帯域光源３３のＢ光源３３Ｂおよび近赤光源３３ＲがＯＮに切り替えられて発光される。
【００７６】
上記画像の組合せ（１）〜（３）以外の２種の画像の組合せについては説明を省略するが、上記と同様である。また、３種以上の画像の組合せが指定されると、指定された３種以上の画像に対応する複数の光源の中から、１フレーム時間毎に１種の光源だけが順次ＯＮに切り替えられ、複数の光源が時分割に発光される。２種以上の画像を同時に取得する方法も既に各種の方法が提案されており、電子内視鏡システム１０においても、公知の方法を含む各種の方法を採用することができる。
【００７７】
以下、一例として、画像の組合せ（３）が指定された場合について、血管深さ−酸素飽和度を算出する手順と、それらを反映した血管深さ画像及び酸素飽和度画像を生成する手順を、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７８】
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られ、さらに、画像診断モードとして、酸素飽和度画像と血管深さ画像の組合せが指定される。特殊光画像モードに切り替えられると（ステップＳ１０）、この切替時点での広帯域画像データが、血管深さ画像または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Ｓ１２）。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、その観察部位に応じたカラーテーブル６３ａ〜６３ｃのいずれか一つと、カラーテーブル６４ａ〜６４ｃのいずれか一つが選択される。なお、血管深さ画像等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。
【００７９】
そして、コントローラー５９から光源切替部３７に対して、酸素飽和度画像と血管深さ画像の組合せに応じた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および第２狭帯域光源３３，３４のみをＯＮにし、第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２および第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２を同時に体腔内に照射する（ステップＳ１４）。第１狭帯域光Ｎ１１，Ｎ１２および第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２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Ｎ１１，Ｎ１２および第２狭帯域光Ｎ２１，Ｎ２２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および第２狭帯域撮像信号は、ＡＦＥ４５を介して、ＤＳＰ５５に送られる。ＤＳＰ５５では第１および第２狭帯域撮像信号に基づいて第１および第２狭帯域画像データが生成される。生成された第１および第２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Ｓ１６）。
【００８０】
フレームメモリ５６に広帯域画像データ、第１および第２狭帯域画像データが記憶されたら、輝度比算出部６０は、第１および第２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Ｓ１８）。そして、これらの画像データのＧ色、Ｒ色ないし近赤色、および、Ｂ色の画像データを第１〜３画像データとして、血管領域内の同じ位置の画素について、第１及び第２画像データ間の第１輝度比Ｓ１＊／Ｓ３＊と、第２及び第３画像データ間の第２輝度比Ｓ２＊／Ｓ３＊が算出される（ステップＳ２０）。
【００８１】
次に、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＊に対応する輝度座標系の座標（Ｘ＊，Ｙ＊）を特定する。さらに、座標（Ｘ＊，Ｙ＊）に対応する血管情報座標系の座標（Ｕ＊，Ｖ＊）を特定することにより、血管領域内の所定画素についての血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊が求められる（ステップＳ２２）。
【００８２】
血管深さＵ＊及び酸素飽和度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６３ａ〜６３ｃに基づき、血管深さＵ＊に対応するカラー情報が特定される。また、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、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（ランダムアクセスメモリ）（図示省略）に記憶される（ステップＳ２４）。
【００８３】
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、それら血管深さＵ＊及び酸素飽和度Ｖ＊に対応するカラー情報を特定する（ステップＳ２６）。
【００８４】
そして、血管領域内の全ての画素について血管深さ及び酸素飽和度とそれらに対応するカラー情報が得られると、血管深さ画像生成部６３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、血管深さ画像データを生成する。また、酸素飽和度画像生成部６４は、血管深さ画像と同様にして、酸素飽和度画像データを生成する。生成された血管深さ画像データ及び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Ｓ２８）。
【００８５】
そして、表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から広帯域画像データ、血管深さ画像データ、及び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、図１０に示すように、広帯域画像７２、血管深さ画像７３、及び酸素飽和度画像７４をモニタ１４に表示する。モニタ１４には、広帯域画像７２、血管深さ画像７３、及び酸素飽和度画像７４の３つの画像が同時に並列表示される（ステップＳ３０）。
【００８６】
血管深さ画像７３では、血管深さに応じて血管画像７５〜７７に擬似的にカラーが付されており、表層血管の血管画像７５には赤（Ｒ）が、中層血管の血管画像７６には緑（Ｇ）が、深層血管の血管画像７７にはシアン（Ｃｙ）の色がそれぞれ付されている。一方、酸素飽和度画像７４においても、血管深さ画像７３と同様に、低酸素飽和度を示す血管画像８０にはシアン（Ｃｙ）が、中酸素飽和度を示す血管画像８１にはマゼンダ（Ｍ）が、高酸素飽和度を示す血管画像８２には赤（Ｒ）の色がそれぞれ付されている。
【００８７】
なお、画像の組合せ（３）が選択された場合を例に挙げて説明したが、これ以外の２種以上の画像の組合せについても、既に述べたように、波長帯域の異なる２種以上の光を同時ないし時分割に体腔内に照射して複数の画像データを取得し、必要に応じて、取得した複数の画像データに所定の画像処理を施すことにより、２種以上の画像を同時に取得し、取得した２種以上の画像を同時に表示することができる。
【００８８】
また、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
２３ コンソール
２４ コネクタ
３０ 広帯域光源
３３〜３５ 狭帯域光源
３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒ，３３Ｂ，３３Ｇ，３４Ｒ，３５Ｂ 各色光源
３６ ハーフミラー群
３７ 光源切替部
４３ ライトガイド
４４ ＣＣＤ
４４ａ 撮像面
４５ アナログ処理回路（ＡＦＥ）
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
５５ デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
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
６３ 血管深さ画像生成部
６４ 酸素飽和度画像生成部
６３ａ〜６３ｃ、６４ａ〜６４ｃ カラーテーブル
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
７２ 広帯域画像
７３ 血管深さ画像
７４ 酸素飽和度画像
７３ａ、７４ａ カラーバー
７５〜７７、８０〜８２ 血管画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域の異なる１以上の光を照射して撮像される複数種の画像の中から、同時に取得する複数の画像の組合せを指定する組合せ指定手段と、
前記波長帯域の異なる光を発する複数の光源と、
前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて前記光源の発光を制御する光源制御手段と、
前記光源から体腔内の血管を含む被写体組織に照射される光の反射光を受光して複数の波長帯域の画像データに光電変換する撮像素子を有する電子内視鏡と、
前記撮像素子により光電変換される複数の波長帯域の画像データから、前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに対応する複数の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る複数の画像を同時に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】
前記組合せ指定手段は、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像を含む特殊光画像との中から前記複数の画像の組合せを指定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】
前記光源は、通常光画像用のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源を含む広帯域光源と、血管深さ画像用のＢ色および近赤色を発する光源を含む第１狭帯域光源と、酸素飽和度画像およびヘモグロビン量用のＢ色およびＧ色を発する光源を含む第２狭帯域光源と、微細血管画像用のＢ色を発する光源を含む第３狭帯域光源とを備えてい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】
前記光源制御手段は、前記画像の組合せが、前記通常光画像と前記特殊光画像の組合せである場合、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の強度が、前記通常光画像用の広帯域光源のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源のうちの、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の色の光源の強度よりも強くなるように制御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】
前記光源制御手段は、前記画像の組合せが２種の画像の組合せである場合、該２種の画像に対応する光源から同時に光が発せられるように制御するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記光源制御手段は、前記画像の組合せが３種以上の画像の組合せである場合、該３種の画像に対応する光源から１フレーム時間毎に順次１種の光が発せられるように制御するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記撮像素子は、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラー撮像素子であり、前記光源制御手段は、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて、前記撮像素子で分離可能なように、同時に発光させることが可能な光源を選択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１】
波長帯域の異なる１以上の光を照射して撮像される複数種の画像の中から、同時に取得する複数の画像の組合せを指定する組合せ指定手段と、
前記波長帯域の異なる光を発する複数の光源と、
前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて前記光源の発光を制御する光源制御手段と、
前記光源から体腔内の血管を含む被写体組織に照射される光の反射光を受光して複数の波長帯域の画像データに光電変換する撮像素子を有する電子内視鏡と、
前記撮像素子により光電変換される複数の波長帯域の画像データから、前記組合せ指定手段により指定される画像の組合せに対応する複数の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る複数の画像を同時に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】
前記組合せ指定手段は、通常光画像と、微細血管画像、酸素飽和度画像、ヘモグロビン量画像および血管深さ画像を含む特殊光画像との中から前記複数の画像の組合せを指定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】
前記光源は、通常光画像用のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源を含む広帯域光源と、血管深さ画像用のＢ色および近赤色を発する光源を含む第１狭帯域光源と、酸素飽和度画像およびヘモグロビン量用のＢ色およびＧ色を発する光源を含む第２狭帯域光源と、微細血管画像用のＢ色を発する光源を含む第３狭帯域光源とを備えてい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】
前記光源制御手段は、前記画像の組合せが、前記通常光画像と前記特殊光画像の組合せである場合、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の強度が、前記通常光画像用の広帯域光源のＢ色、Ｇ色およびＲ色を発する光源のうちの、前記特殊光画像用の狭帯域光源から発せられる光の色の光源の強度よりも強くなるように制御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】
前記光源制御手段は、前記画像の組合せが２種の画像の組合せである場合、該２種の画像に対応する光源から同時に光が発せられるように制御するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記光源制御手段は、前記画像の組合せが３種以上の画像の組合せである場合、該３種の画像に対応する光源から１フレーム時間毎に順次１種の光が発せられるように制御するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記撮像素子は、３種以上の波長帯域の光を分離可能なカラー撮像素子であり、前記光源制御手段は、組合せ指定手段により指定される画像の組合せに応じて、前記撮像素子で分離可能なように、同時に発光させることが可能な光源を選択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。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２００５７２（Ｐ２０１１−２００５７２Ａ）
【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２０１０−７２６９８（Ｐ２０１０−７２６９８）
【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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