(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を発する白色光源と、
血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光を発する第１半導体光源と、
前記白色光を、前記第１波長範囲と異なる第２波長範囲を含む第２の光に波長分離し、且つ前記白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離する波長分離部と、
前記第１の光、第２の光、又は第３の光で照明中の検体を撮像する撮像素子と、
前記検体に対して前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光で交互に照明するように、前記第１ないし第３の光の照射タイミングを制御する光源制御部と、
前記第１の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第１画像信号を、前記第２の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第２画像信号で規格化して第１規格化信号を作成し、且つ前記第３の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、前記第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成する規格化信号作成部と、
前記第１規格化信号と第１色情報との第１対応関係を記憶する第１色情報記憶部を有し、前記第１規格化信号及び前記第１対応関係に基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する第１酸素飽和度画像作成部と、前記第１規格化信号及び前記第２規格化信号と、第２色情報との第２対応関係を記憶する第２色情報記憶部を有し、前記第１、第２規格化信号及び前記第２対応関係に基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成する第２酸素飽和度画像作成部を有する画像作成部と、
前記第１酸素飽和度画像又は前記第２酸素飽和度画像のいずれかを表示する表示部と、
を備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記第２対応関係は、前記第２規格化信号の信号値が一定値以上の場合に用いられる高血液量用第２対応関係と、前記第２規格化信号の信号値が一定値を下回る場合に用いられる低血液量用第２対応関係を有することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記高血液量用第２対応関係で前記第２色情報と対応付けられている高血液量用の第１規格化信号の信号値の範囲は、前記低血液量用第２対応関係で前記第２色情報と対応付けられている低血液量用の第１規格化信号の信号値の範囲よりも広いことを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記第２色情報記憶部は、前記第２対応関係を記憶する３次元テーブルであることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記画像作成部は、前記第２規格化信号と第３色情報との第３対応関係を記憶する第３色情報記憶部を有し、前記第２規格化信号と前記第３対応関係に基づいて、前記血液量を画像化した血液量画像を作成する血液量画像作成部を備え、
前記表示部は、前記第１酸素飽和度画像及び前記第２酸素飽和度画像のうち少なくとも一方と前記血液量画像を同時又は選択的に表示することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項６】
白色光を発する白色光源と、
血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光を発する第１半導体光源と、
前記白色光を、前記第１波長範囲と異なる第２波長範囲を含む第２の光に波長分離し、且つ前記白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離する波長分離部と、
前記第１の光、第２の光、又は第３の光で照明中の検体を撮像する撮像素子と、
前記検体に対して前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光で交互に照明するように、前記第１ないし第３の光の照射タイミングを制御する光源制御部と、
前記第１の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第１画像信号を、前記第２の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第２画像信号で規格化して第１規格化信号を作成し、且つ前記第３の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、前記第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成する規格化信号作成部と、
前記第１規格化信号と第１色情報との第１対応関係を記憶する第１色情報記憶部を有し、前記第１規格化信号及び前記第１対応関係に基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する第１酸素飽和度画像作成部と、前記第２規格化信号の信号値に応じて前記第１対応関係を変更する変更部と前記第１色情報記憶部とを有し、前記第１規格化信号と前記変更部で変更後の前記第１対応関係とに基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成する第２酸素飽和度画像作成部を有する画像作成部と、
前記第１酸素飽和度画像又は前記第２酸素飽和度画像のいずれかを表示する表示部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記第１波長範囲は青色帯域に含まれ、前記第２波長範囲は緑色帯域に含まれ、前記第３波長範囲は赤色帯域に含まれることを特徴とする請求項１または６記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記第１波長範囲は４６０〜４８０ｎｍであり、前記第２波長範囲は５４０〜５８０ｎｍであり、前記第３波長範囲は５９０〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記第１及び第２波長範囲は緑色帯域に含まれ、前記第３波長範囲は赤色帯域に含まれることを特徴とする請求項１または６記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記第１波長範囲は５３０〜５５０ｎｍであり、前記第２波長範囲は５４０〜５８０ｎｍであり、前記第３波長範囲は５９０〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項９記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記表示部に表示する画像を、前記第１酸素飽和度画像又は前記第２酸素飽和度画像のいずれかの画像に切り替えるためのモード切替スイッチを備えることを特徴とする請求項１または６記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
白色光を発する白色光源、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光を発する第１半導体光源、前記白色光を、前記第１波長範囲と異なる第２波長範囲を含む第２の光に波長分離し、且つ前記白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離する波長分離部、前記第１の光、第２の光、又は第３の光で照明中の検体を撮像する撮像素子、及び前記検体に対して前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光で交互に照明するように、前記第１ないし第３の光の照射タイミングを制御する光源制御部を有する内視鏡システムに接続されるプロセッサ装置において、
前記第１の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第１画像信号を、前記第２の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第２画像信号で規格化して第１規格化信号を作成し、且つ前記第３の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、前記第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成する規格化信号作成部と、
前記第１規格化信号と第１色情報との第１対応関係を記憶する第１色情報記憶部を有し、前記第１規格化信号及び前記第１対応関係に基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する第１酸素飽和度画像作成部と、前記第１規格化信号及び前記第２規格化信号と、第２色情報との第２対応関係を記憶する第２色情報記憶部を有し、前記第１、第２規格化信号及び前記第２対応関係に基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成する第２酸素飽和度画像作成部を有する画像作成部と、
を備えることを特徴とするプロセッサ装置。
【請求項１３】
白色光を発する白色光源、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光を発する第１半導体光源、前記白色光を、前記第１波長範囲と異なる第２波長範囲を含む第２の光に波長分離し、且つ前記白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離する波長分離部、及び前記第１の光、第２の光、又は第３の光で照明中の検体を撮像する撮像素子を有する内視鏡システムの作動方法において、
光源制御部が、前記検体に対して前記第１の光、前記第２の光、前記第３の光で交互に照明するように、前記第１ないし第３の光の照射タイミングを制御する制御ステップと、
規格化信号作成部が、前記第１の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第１画像信号を、前記第２の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第２画像信号で規格化して第１規格化信号を作成し、且つ前記第３の光の照明中に前記撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、前記第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成する規格化信号作成ステップと、
画像作成部が、前記第１規格化信号と、第１色情報記憶部に記憶された前記第１規格化信号と第１色情報との第１対応関係とに基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成し、且つ、前記第１規格化信号及び前記第２規格化信号と、第２色情報記憶部に記憶された前記第１、及び第２規格化信号と第２色情報との第２対応関係とに基づいて、前記酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成する画像作成ステップと、
表示部が前記第１酸素飽和度画像又は前記第２酸素飽和度画像のいずれかを表示する表示ステップと、
を有することを特徴とする内視鏡システムの作動方法。
【請求項１４】
前記表示ステップでは、モード切替スイッチを用いて、前記表示部に表示する画像を、前記第１酸素飽和度画像又は前記第２酸素飽和度画像のいずれかの画像に切り替えるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の内視鏡システムの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化する内視鏡システム及びその作動方法並びにプロセッサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療においては、光源装置、電子内視鏡、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。内視鏡システムによる検体内の観察としては、照明光として広帯域の白色光を用いる通常光観察の他、波長を狭帯域化した狭帯域光を用いて、検体内の血管を強調表示等させる特殊光観察も行われるようになってきている。【０００３】
また、特許文献１に記載されているように、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで異なる吸光特性を示す現象を利用して、血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を画像化することも行われている。この酸素飽和度画像上では、酸素飽和度が特異的に低くなる病変領域が、その他の高酸素状態にある正常領域と異なる色で表示されるため、病変領域を直感的に把握することができる。これにより、経験が浅いユーザーであっても、確実な診断を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２６４８４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、消化管用の内視鏡装置を用いて酸素飽和度を画像化する場合には、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる波長範囲の光を検体に照射するとともに、その検体からの反射光を撮像素子で受光している。酸素飽和度が変化すると、これに伴って、撮像素子で受光した反射光の強度も変動する。この酸素飽和度による反射光の強度変化が、酸素飽和度画像上で色の変化として表れる。したがって、画像上で酸素飽和度による色の違いを確実に表示するためには、酸素飽和度が変化したときの反射光の強度変化を精度良く捉える必要がある。【０００６】
しかしながら、消化管は管状であるため、撮像素子がある内視鏡先端部に戻ってくる反射光は、酸素飽和度だけでなく、内視鏡先端部と検体との距離や検体の形状など様々な要因によって、大きく影響を受ける。例えば、画像上に写り込んだ２つの観察位置のうち、一方の第１観察位置が内視鏡先端部に近い位置にある一方で、他方の第２観察位置が、内視鏡先端部から遠い位置にあると、第１観察位置から戻ってくる反射光の強度と、第２観察位置から戻ってくる反射光の強度は大きく異なってしまう。このような場合には、仮に、第１観察位置と第２観察位置の酸素飽和度が同じ場合であっても、それぞれの反射光の強度が異なるため、酸素飽和度画像上では第１観察位置と第２観察位置とは異なる色で表示されてしまう。【０００７】
本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を色で正確に表示することができる内視鏡システム及びその作動方法並びにプロセッサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の内視鏡システムは、白色光源と、第１半導体光源と、波長分離部と、撮像素子と、光源制御部と、規格化信号作成部と、画像作成部と、表示部とを有する。白色光源は白色光を発する。第１半導体光源は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光を発する。波長分離部は、白色光を、第１波長範囲と異なる第２波長範囲を含む第２の光に波長分離する。撮像素子は、第１又は第２の光で照明中の検体を撮像する。光源制御部は、検体に対して第１の光と第２の光とで交互に照明するように、第１の光及び第２の光の照射タイミングを制御する。規格化信号作成部は、第１の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第１画像信号を、第２の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第２画像信号で規格化して第１規格化信号を作成する。第１規格化信号と第１色情報との第１対応関係を記憶する第１色情報記憶部を有し、第１規格化信号及び第１対応関係に基づいて、酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する第１酸素飽和度画像作成部を、画像作成部は有する。表示部は、第１酸素飽和度画像を表示する。【０００９】
波長分離部は、白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離し、撮像素子は第３の光で照明中の検体を撮像し、光源制御部は、検体に対して第１の光、第２の光、第３の光で交互に照明するように、第１ないし第３の光の照射タイミングを制御し、規格化信号作成部は、第３の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成し、第１規格化信号及び第２規格化信号と、第２色情報との第２対応関係を記憶する第２色情報記憶部を有し、第１、第２規格化信号及び第２対応関係に基づいて、酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成する第２酸素飽和度画像作成部を、画像作成部は有し、表示部は第２酸素飽和度画像を表示することが好ましい。【００１０】
第２対応関係は、第２規格化信号の信号値が一定値以上の場合に用いられる高血液量用第２対応関係と、第２規格化信号の信号値が一定値を下回る場合に用いられる低血液量用第２対応関係を有することが好ましい。高血液量用第２対応関係で第２色情報と対応付けられている高血液量用の第１規格化信号の信号値の範囲は、低血液量用第２対応関係で第２色情報と対応付けられている低血液量用の第１規格化信号の信号値の範囲よりも広いことが好ましい。第２色情報記憶部は、第２対応関係を記憶する３次元テーブルであることが好ましい。【００１１】
第２規格化信号と第３色情報との第３対応関係を記憶する第３色情報記憶部を有し、第３規格化信号と第３対応関係に基づいて、血液量を画像化した血液量画像を作成する血液量画像作成部を備え、表示部は、第１酸素飽和度画像及び第２酸素飽和度画像のうち少なくとも一方と血液量画像を同時又は選択的に表示することが好ましい。【００１２】
波長分離部は、白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離し、撮像素子は第３の光で照明中の検体を撮像し、光源制御部は、検体に対して第１の光、第２の光、第３の光で交互に照明するように、第１ないし第３の光の照射タイミングを制御し、規格化信号作成部は、第３の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成し、第２規格化信号の信号値に応じて前記第１対応関係を変更する変更部と第１色情報記憶部とを有し、第１規格化信号と変更部で変更後の前記第１対応関係とに基づいて、酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成する第２酸素飽和度画像作成部を、画像作成部は有し、表示部は第２酸素飽和度画像を表示することが好ましい。【００１３】
第１波長範囲は青色帯域に含まれ、第２波長範囲は緑色帯域に含まれることが好ましい。第１波長範囲は４６０〜４８０nmであり、第２波長範囲は５４０〜５８０nmであることが好ましい。第１及び第２波長範囲は緑色帯域に含まれることが好ましい。第１波長範囲は５３０〜５５０nmであり、第２波長範囲は５４０〜５８０nmであることが好ましい。【００１４】
第１波長範囲は青色帯域に含まれ、第２波長範囲は緑色帯域に含まれ、第３波長範囲は赤色帯域に含まれることが好ましい。第１波長範囲は４６０〜４８０nmであり、第２波長範囲は５４０〜５８０nmであり、第３波長範囲は５９０〜７００nmであることが好ましい。第１及び第２波長範囲は緑色帯域に含まれ、第３波長範囲は赤色帯域に含まれることが好ましい。第１波長範囲は５３０〜５５０nmであり、第２波長範囲は５４０〜５８０nmであり、第３波長範囲は５９０〜７００nmであることが好ましい。【００１５】
光源制御部は、白色光を遮光するシャッタと、シャッタを白色光の光路に挿入されて白色光を遮光する挿入位置と、光路から退避する退避位置との間で移動させるシャッタ制御部と、シャッタが挿入位置にあるときに、第１半導体光源を制御して第１の光を発光させる半導体光源制御部とを備え、シャッタが退避位置にあるときに、白色光を波長分離した第２の光が撮像素子に入射し、シャッタが挿入位置にあるときに、第１半導体光源の発光により第１の光が撮像素子に入射することが好ましい。【００１６】
波長分離部は、青色、緑色、赤色の三色、またはイエロー、マゼンタ、シアンの三色の透過領域を有し、三色の各透過領域を光路に選択的に挿入して、白色光を三色の光に色分離するロータリフイルタであることが好ましい。ロータリフイルタには、三色の透過領域に加えて、シャッタを構成する遮光部が設けられていることが好ましい。【００１７】
波長分離部は、撮像素子の受光面に設けられる青色、緑色、赤色の三色のカラーフイルタ、またはイエロー、マゼンタ、シアンの三色のカラーフイルタであることが好ましい。【００１８】
本発明のプロセッサ装置は、規格化信号作成部と、画像作成部とを有する。このプロセッサ装置が接続される内視鏡システムは、白色光源と、第１半導体光源と、波長分離部と、撮像素子と、光源制御部とを有する。白色光源は白色光を発する。第１半導体光源は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光を発する。波長分離部は、白色光を、第１波長範囲と異なる第２波長範囲を含む第２の光に波長分離する。撮像素子は第１又は第２の光で照明中の検体を撮像する。光源制御部は、検体に対して第１の光と第２の光とで交互に照明するように、第１の光及び第２の光の照射タイミングを制御する。規格化信号作成部は、第１の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第１画像信号を、第２の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第２画像信号で規格化して第１規格化信号を作成する。第１規格化信号と第１色情報との第１対応関係を記憶する第１色情報記憶部を有し、第１規格化信号及び第１対応関係に基づいて、酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する第１酸素飽和度画像作成部を、画像作成部は有する。【００１９】
波長分離部は、白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離し、撮像素子は第３の光で照明中の検体を撮像し、光源制御部は、検体に対して第１の光、第２の光、第３の光で交互に照明するように、第１ないし第３の光の照射タイミングを制御し、規格化信号作成部は、第３の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成し、第１規格化信号及び第２規格化信号と、第２色情報との第２対応関係を記憶する第２色情報記憶部を有し、第１、第２規格化信号及び第２対応関係に基づいて、酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成する第２酸素飽和度画像作成部を、画像作成部は有することが好ましい。【００２０】
本発明の内視鏡システムの作動方法は、制御ステップと、規格化信号作成ステップと、画像作成ステップと、表示ステップとを有する。内視鏡システムは、白色光源と、第１半導体光源と、波長分離部と、撮像素子とを有する。白色光源は白色光を発する。第１半導体光源は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光を発する。波長分離部は、白色光を、第１波長範囲と異なる第２波長範囲を含む第２の光に波長分離する。撮像素子は第１又は第２の光で照明中の検体を撮像する。制御ステップでは、光源制御部が、検体に対して第１の光と第２の光とで交互に発するように、第１の光及び第２の光の発光タイミングを制御する。規格化信号作成ステップでは、規格化信号作成部が、第１の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第１画像信号を、第２の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第２画像信号で規格化して第１規格化信号を作成する。画像作成ステップでは、第１酸素飽和度画像作成部が、第１規格化信号と、第１色情報記憶部に記憶された第１規格化信号と第１色情報との第１対応関係とに基づいて、酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する。表示ステップでは、表示部が第１酸素飽和度画像を表示する。【００２１】
波長分離部は、白色光を、血液量によって反射強度が変化する第３波長範囲を含む第３の光に波長分離し、撮像素子は第３の光で照明中の検体を撮像し、制御ステップでは、光源制御部は、検体に対して第１の光、第２の光、第３の光で交互に発するように、前記第１ないし第３の光の発光タイミングを制御し、規格化信号作成ステップでは、規格化信号作成部は、第３の光の照明中に撮像素子で光電変換されて出力される第３画像信号を、第２画像信号で規格化して第２規格化信号を作成し、画像生成ステップでは、第２酸素飽和度画像作成部が、第１、第２規格化信号と、第２色情報記憶部に記憶された第１規格化信号及び第２規格化信号と第２色情報との第２対応関係に基づいて、酸素飽和度を画像化した第２酸素飽和度画像を作成し、表示ステップでは、表示部は第２酸素飽和度画像を表示することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１波長範囲を含む第１の光に対応する第１画像信号を、第２画像信号で規格化するとともに、この規格化により得られる第１規格化信号と色情報との対応関係を用いて、酸素飽和度の画像化を行っているため、内視鏡先端部と検体との距離や検体の形状などの影響を受けることなく、酸素飽和度を色で正確に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。
【図２】スコープ先端部の正面図である。
【図３】第１実施形態の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４】ロータリフイルタの説明図である。
【図５】原色系カラーフイルタの分光透過率と、白色光ＢＢ及び青色狭帯域光Nｂの光強度分布を示すグラフである。
【図６Ａ】光合流部の説明図である。
【図６Ｂ】光合流部と半導体光源ユニットとの位置関係を示す説明図である。
【図７】シャッタ板の平面図である。
【図８】図７と異なるシャッタ板の平面図である。
【図９】通常観察モードにおける光源装置の動作の説明図である。
【図１０】第１機能情報観察モードにおける光源装置の動作の説明図である。
【図１１】第２機能情報観察モード又は同時観察モードにおける光源装置の動作の説明図である。
【図１２Ａ】第１実施形態の通常観察モードにおける撮像素子の撮像動作を示す説明図である。
【図１２Ｂ】第１実施形態の第１機能情報観察モードにおける撮像素子の撮像動作を示す説明図である。
【図１２Ｃ】第１実施形態の第２機能情報観察モード又は同時観察モードにおける撮像素子の撮像動作を示す説明図である。
【図１３Ａ】機能画像処理部のブロック図である。
【図１３Ｂ】カラーテーブルの内容を変更する変更部を有する機能画像処理部のブロック図である。
【図１４】ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。
【図１５】信号比Nｂ／Ｇと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとを対応付けたカラーテーブルを示す図である。
【図１６Ａ】信号比Ｒ／Ｇが一定値以上の場合に用いられ、信号比Nｂ／Ｇと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとを対応付けたカラーテーブルを示す図である。
【図１６Ｂ】信号比Ｒ／Ｇが一定値を下回る場合に用いられ、信号比Nｂ／Ｇと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとを対応付けたカラーテーブルを示す図である。
【図１６Ｃ】３次元カラーテーブルを示す図である。
【図１６Ｄ】信号比R／Gに応じて、信号比Nｂ／Ｇと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとの対応関係の変更を示す説明図である。
【図１７】信号比Ｒ／Ｇと色差信号とを対応付けたカラーテーブルを示す図である。
【図１８Ａ】血液量画像と第１酸素飽和度画像を同時表示するモニタの画像図である。
【図１８Ｂ】血液量画像と第１酸素飽和度画像を選択的に表示するモニタの画像図である。
【図１９】内視鏡システムの動作手順を示すフローチャートである。
【図２０】第２実施形態のシャッタ機能を有するロータリフイルタの説明図である。
【図２１】図２２とは別のシャッタ機能を有するロータリフイルタの説明図である。
【図２２】第３実施形態のカラー撮像素子の説明図である。
【図２３】第３実施形態の光源装置の説明図である。
【図２４Ａ】第３実施形態の通常観察モードにおける撮像素子の撮像動作を示す説明図である。
【図２４Ｂ】第３実施形態の第１機能情報観察モードにおける撮像素子の撮像動作を示す説明図である。
【図２４Ｃ】第３実施形態の第２機能情報観察モードにおける撮像素子の撮像動作を示す説明図である。
【図２５】補色系のカラーフイルタの分光透過率と、白色光ＢＢ及び青色狭帯域光Nｂの光強度分布を示すグラフである。
【図２６】第４実施形態の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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
図１に示すように、本発明の第１実施形態の電子内視鏡システム１０は、検体内の観察部位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観察部位の観察画像を生成するプロセッサ装置１２と、観察部位を照射する光を供給する光源装置１３と、観察画像を表示するモニタ１４とを備えている。プロセッサ装置１２には、キーボードやマウスなどの操作入力部であるコンソール１５が設けられている。
【００２５】
電子内視鏡１１は、検体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は、先端から順に連設された、先端部１９、湾曲部２０、可撓管部２１からなる。図２に示すように、先端部１９の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓２２、観察部位で反射した像光が入射する観察窓２３、観察窓２３を洗浄するために送気・送水を行うための送気・送水ノズル２４、鉗子や電気メスといった処置具を突出させる鉗子出口２５などが設けられている。観察窓２３の奥には、撮像素子４４（図３参照）や結像用の光学系が内蔵されている。
【００２７】
操作部１７には、観察モードを切り替えるためのモード切替ＳＷ１７ａが設けられている。このモード切替ＳＷ１７ａを押圧操作すると、通常観察モード、第１機能情報観察モード、第２機能情報観察モード、同時表示観察モードの順に、観察モードが切り替わる。通常観察モードは、白色光のもとで観察部位を観察するためのモードである。第１機能情報観察モードは、主として、酸素飽和度が血液量の影響をほとんど受けないと予想される場合に使用され、２波長分の画像信号を用いて、酸素飽和度を画像化して観察するためのモードである。第２機能情報観察モードは、主として、酸素飽和度が血液量の影響を受けると予想される場合に使用され３波長分の画像信号を用いて、酸素飽和度を画像化して観察するためのモードである。同時観察モードは、３波長分の画像信号を用いて、画像中の血管を血液量に応じて色付けすることで血液量を画像化した血液量画像と、同様に色付けすることで酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタ１４に同時表示する。なお、色付けの代わりに、色の濃度を変えてもよい。
【００２８】
湾曲部２０は、連結された複数の湾曲駒からなり、操作部１７のアングルノブ２６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２０が湾曲することにより、先端部１９の向きが所望の方向に向けられる。可撓管部２１は、食道や腸など曲がりくねった管道に挿入できるように可撓性を有している。挿入部１６には、撮像素子４４を駆動する駆動信号や撮像素子４４が出力する画像信号を通信する通信ケーブルや、光源装置１３から供給される照明光を照明窓２２に導光するライトガイド４３（図３参照）が挿通されている。
【００２９】
操作部１７には、アンブルノブ２６の他、処置具を挿入するための鉗子口２７、送気・送水操作を行う送気・送水ボタン、静止画像を撮影するためのレリーズボタンなどが設けられている。
【００３０】
ユニバーサルコード１８には、挿入部１６から延設される通信ケーブルやライトガイド４３が挿通されており、一端には、プロセッサ装置１２および光源装置１３側にコネクタ２８が取り付けられている。コネクタ２８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、通信用コネクタには通信ケーブルの一端が、光源用コネクタにはライトガイド４３の一端がそれぞれ配設される。電子内視鏡１１は、このコネクタ２８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。
【００３１】
図３に示すように、光源装置１３は、白色光源３０と、半導体光源ユニット３１と、これらを駆動制御する制御ユニット３２とを備えている。制御ユニット３２は、光源装置１３の各部の駆動開始、終了、駆動タイミング、同期タイミングなどの制御を行う。
【００３２】
白色光源３０は、白色光ＢＢを放射するランプ３０ａと、ランプ３０ａが放射する白色光ＢＢを出射方向に向けて反射するリフレクタ３０ｂとからなる。ランプ３０ａとしては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、白色ＬＥＤなどが用いられ、赤色領域から青色領域（約４００〜７００ｎｍ）にわたる広い波長域において発光スペクトルが連続する広帯域の白色光ＢＢを発生する。白色光源３０は、既存の光源装置の多くに搭載されているものと同様であり、既存の光源装置からの部品の流用が可能である。なお、白色光源３０として、青色狭帯域光で励起され、白色光を発生する蛍光体（例えば、マイクロホワイト（登録商標））を用いてもよい。
【００３３】
キセノンランプやハロゲンランプなどは、点灯開始から光量が安定するまでに時間が掛かるため、ランプ３０ａは、光源装置１３の電源が投入されると点灯を開始し、電子内視鏡１１の使用中、常時点灯する。また、白色光源３０の光路上には、絞り３３が配置されており、白色光源３０の光量制御は絞り３３の開度を調節することによって行われる。
【００３４】
白色光源３０が発光する白色光ＢＢの光路には、ロータリフイルタ３４が配置されている。図４に示すように、ロータリフイルタ３４は、円板形状をしており、円周方向に３分割されて中心角が１２０°の扇形の領域に、それぞれＢ、Ｇ、Ｒの光を透過するＢフイルタ部３４ａ、Ｇフイルタ部３４ｂ、Ｒフイルタ部３４ｃの三色のカラーフイルタが設けられている。
【００３５】
ロータリフイルタ３４は、Ｂフイルタ部３４ａ、Ｇフイルタ部３４ｂ、Ｒフイルタ部３４ｃが選択的に白色光ＢＢの光路に挿入されるように回転自在に設けられている。モータ３４ｄは、ロータリフイルタ３４を回転させるための駆動源である。ロータリフイルタ３４が回転すると、各フイルタ部３４ａ、３４ｂ、３４ｃが順次白色光ＢＢの光路に挿入される。ロータリフイルタ３４の回転速度や各フイルタ部３４ａ、３４ｂ、３４ｃの大きさは、撮像素子４４の１画面分の画像信号を出力する間隔を規定するフレームレートに応じて決められる。
【００３６】
図５に示すように、Ｂフイルタ部３４ａは３８０〜５６０nmに、Ｇフイルタ部３４ｂは４５０〜６３０nmに、Ｒフイルタ部３４ｃは５８０〜７６０nmに、それぞれ分光透過率を有している。各フイルタ部３４ａ〜３４ｃに白色光ＢＢが入射することで、Ｂ、Ｇ、Ｒの各色に分離されてＢ色光、Ｇ色光、Ｒ色光が生成される。光源装置１３は、白色光ＢＢの下で観察部位を観察する通常観察モードにおいて、白色光源３０の光をロータリフイルタ３４でＢ、Ｇ、Ｒの三色の光に順次色分離して生成し、生成した三色の光を電子内視鏡１１に対して順次供給する、いわゆる面順次方式である。
【００３７】
白色光ＢＢの光路において、ロータリフイルタ３４の下流側には、絞り３３、集光レンズ３６、ロッドインテグレータ３７が配置されている。絞り３３は、光を遮光する遮光板と遮光板を変位させるアクチュエータ（図示せず）からなり、遮光板で白色光ＢＢの光路の一部を遮光することにより光量を制御する。制御ユニット３２は、撮像素子４４が出力する画像信号をプロセッサ装置１２から受け取り、画像信号から撮像素子４４の撮像面における露光量を求めて、絞り３３の絞り量を決定する。絞り３３は、決定した絞り量に応じて絞り径や光路への挿入量を調節して光量を制御する。
【００３８】
集光レンズ３６は、絞り３３を通過した光を集光して、ロッドインテグレータ３７に入射させる。ロッドインテグレータ３７は、入射した光を内部で多重反射させることにより面内光量分布を均一化して、光源装置１３に接続された電子内視鏡１１のライトガイド４３の入射端面に光を入射させる。
【００３９】
半導体光源ユニット３１は、機能情報観察モードにおいて、特殊光を発する特殊光光源であり、レーザダイオード又はLED（Light Emitting Diode）からなる青色半導体光源３１ａとコリメータレンズ３１ｂを有する。青色半導体光源３１ａは、青色領域の一部の狭い波長域の青色狭帯域光（以下、単に狭帯域光という）Ｎｂを発光する。青色狭帯域光Nｂの波長域は、図５に示すように、波長域が４７０±１０ｎｍに、好ましくは４７３ｎｍに制限された狭帯域である。青色半導体光源３１ａとしては、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系、ＩｎＧａＮＡｓ系、ＧａＮＡｓ系のレーザダイオードを用いることができる。半導体光源ユニット３１は、制御ユニット３２内の半導体光源制御部３２ａの制御により、青色半導体光源３１ａの点灯、消灯、光量の制御を行う。
【００４０】
青色半導体光源３１ａが発光する青色狭帯域光Nｂは、コリメータレンズ３１ｂに入射する。コリメータレンズ３１ｂは、青色狭帯域光Nｂを平行光束にすると共に、光束のサイズ及び形状を整形する。
【００４１】
白色光ＢＢの光路において、ロータリフイルタ３４と絞り３３の間には、半導体光源ユニット３１が発生する青色狭帯域光Nｂを白色光ＢＢの光路に合流させる光合流部３９が配置されている。半導体光源ユニット３１から出射直後の青色狭帯域光Nｂの出射光軸ＮＡは、白色光ＢＢの光軸ＢＡと直交しており、光合流部３９は、出射光軸ＮＡを９０°屈曲させて、青色狭帯域光Nｂの光路を白色光ＢＢの光路に合流させる。
【００４２】
図６Ａに示すように、光合流部３９は、白色光ＢＢに対する透過性を有する円形の平板部材をベースに、その片面の中央部に青色狭帯域光Nｂを反射する円形の反射部材を設けたものであり、平板部材のうち反射部材が設けられていない部分が透過部３９ａを構成し、反射部材が設けられた部分が反射部３９ｂを構成する。反射部３９ｂは、青色狭帯域光Nｂのみを反射し、その他の白色光ＢＢは透過するダイクロイックミラーで形成される。
【００４３】
図６Ｂに示すように、光合流部３９は、反射部３９ｂの中心と白色光ＢＢの光軸ＢＡを一致させて、かつ、白色光ＢＢの進行方向に向けて４５°傾斜して配置されている。この傾斜により光合流部３９は、白色光ＢＢの光束を斜めに横切るように配置されることになるため、その平面形状は、光束を斜めに切断したときの切断面の形状に合わせて楕円形状をしている。
【００４４】
青色狭帯域光Nｂの光束は、コリメータレンズ３１ｂによって反射部３９ｂのサイズ及び形状に整形される。光合流部３９は、青色狭帯域光Nｂの出射光軸ＮＡに対しても４５°傾斜して配置されるので、その傾斜に合わせて反射部３９ｂの形状も楕円形状となっている。
【００４５】
反射部３９ｂは、白色光ＢＢのうち青色狭帯域光Nｂに対応する波長成分を透過させないため、ロータリフイルタ３４のＢフイルタ部３４ａを透過して光合流部３９を透過するＢ色光の光量分布は不均一なものとなる。しかし、ロッドインテグレータ３７の内部において光量分布が均一化されるため、電子内視鏡１１に供給されるＢ色光の光量ムラは低減される。
【００４６】
図３において、白色光源３０とロータリフイルタ３４の間には、シャッタ板４０、４１が配置されている。シャッタ板４０，４１は、青色狭帯域光Nｂを電子内視鏡１１に供給するときに、白色光ＢＢを遮光するものである。
【００４７】
図７に示すように、シャッタ板４０は、白色光ＢＢに対する遮光性を有する部材からなり、平面形状は、円形の一部を切り欠いた形状をしている。具体的には、シャッタ板４０は、１２０°の中心角を持つ遮光部４０ａを有しており、残りの２４０°の部分が切り欠かれて白色光ＢＢを透過する透過部４０ｂとなっている。シャッタ板４０は、回転自在に設けられており、回転により、遮光部４０ａと透過部４０ｂが交互に選択的に白色光ＢＢの光路に挿入されるようになっている。モータ４０ｃ（図３参照）は、シャッタ板４０の駆動源であり、制御ユニット３２内のシャッタ制御部３２ｂによって制御される。なお、本発明の光源制御部は、シャッタ板４０、半導体光源制御部３２ａ、シャッタ制御部３２ｂで構成される。
【００４８】
シャッタ板４０は、ロータリフイルタ３４とほぼ同じ半径を有しており、回転軸が一致している。シャッタ板４０の遮光部４０ａの中心角は、ロータリフイルタ３４のＢフイルタ部３４ａの中心角とほぼ一致している。透過部４０ｂの中心角は、Ｇフイルタ部３４ｂ、Ｒフイルタ部３４ｃを合計した中心角とほぼ一致している。なお、本例においては、透過部４０ｂを切り欠きで形成しているが、白色光ＢＢを透過する透明板で透過部でもよい。
【００４９】
図８に示すように、シャッタ板４１は、２４０°の中心角を持つ遮光部４１ａを有しており、残りの１２０°の部分が切り欠かれて白色光ＢＢを透過する透過部４１ｂとなっている。シャッタ板４１についても、シャッタ板４０と同様に、モータ４１ｃの駆動による回転により、遮光部４１ａと透過部４１ｂが交互に選択的に白色光ＢＢの光路に挿入される。モータ４１ｃは、制御ユニット３２によって制御される。
【００５０】
シャッタ板４１は、ロータリフイルタ３４とほぼ同じ半径を有しており、回転軸が一致している。シャッタ板４１の遮光部４１ａの中心角は、ロータリフイルタ３４のＢフイルタ部３４ａ及びＲフイルタ３４ｃを合計した中心角とほぼ一致している。透過部４１ｂの中心角は、Ｇフイルタ部３４ｂの中心角とほぼ一致している。なお、シャッタ板４１についても、シャッタ板４０と同様、透過部４１ｂを透明板で構成してもよい。
【００５１】
シャッタ板４０，４１の回転制御は、モード毎に異なっている。図９に示すように、通常観察モードにおいては、シャッタ板４０，４１は、遮光部４０ａ，４１ａが白色光ＢＢの光路から退避し、透過部４０ｂ，４１ｂが光路に挿入された状態で停止している。白色光源３０は常時点灯しているため、透過部４０ｂが白色光ＢＢの光路に進入したときに、白色光ＢＢが透過部４０ｂを透過する。通常観察モードにおいては、白色光ＢＢが透過部４０ｂを常に透過して、ロータリフイルタ３４に入射する。そして、白色光ＢＢの光路に挿入されている、Ｂ、Ｇ、Ｒの各フイルタ部３４ａ、３４ｂ、３４ｃの種類に応じて、Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色の三色の光が順次生成される。
【００５２】
第１機能情報観察モードにおいては、青色狭帯域光Nｂに加えて、白色光ＢＢから色分離されたＧ色光の２種類の光が用いられる。図１０に示すように、第１機能情報観察モードにおいては、シャッタ板４０は白色光ＢＢの光路から退避して透過部４０ｂが白色光ＢＢの光路に挿入される状態を維持する。その一方で、シャッタ板４１は、遮光部４１ａとＢフイルタ部３４ａ、Ｒフイルタ３４ｃの回転位相が一致するように、ロータリフイルタ３４と同じ速度で回転する。遮光部４１ａが白色光ＢＢの光路に挿入されて、透過部４１ｂが光路から退避している間、白色光ＢＢが遮光される。白色光ＢＢが遮光されている間に、青色半導体光源３１ａが点灯して、青色狭帯域光Nｂが電子内視鏡１１に供給される。撮像素子４４はモノクロの撮像素子であるため、シャッタ板４０を設けることにより、青色狭帯域光Nｂと白色光ＢＢの混色が防止される。
【００５３】
また、透過部４１ｂが白色光ＢＢの光路に挿入されて、遮光部４１ａが光路から退避している間、白色光ＢＢは、Ｇフイルタ部３４ｂを透過して、Ｇ色光が生成される。Ｇ色光は、集光レンズ３６及びロッドインテグレータ３７を通過して電子内視鏡１１に順次供給される。電子内視鏡１１は、青色狭帯域光Nｂ及びＧ色光の２種類の光に対応する画像信号を撮像素子４４から出力する。
【００５４】
また、第２機能情報観察モード又は同時観察モードにおいては、青色狭帯域光Nｂに加えて、白色光ＢＢから色分離されたＧ色光及びＲ色光の３種類の光が用いられる。図１１に示すように、第２機能情報観察モードにおいては、シャッタ板４１は白色光ＢＢの光路から退避して透過部４１ｂが白色光ＢＢの光路に挿入される状態を維持する。その一方で、シャッタ板４０は、遮光部４０ａとＢフイルタ部３４ａの回転位相が一致するように、ロータリフイルタ３４と同じ速度で回転する。遮光部４０ａが白色光ＢＢの光路に挿入されて、透過部４０ｂが光路から退避している間、白色光ＢＢが遮光される。白色光ＢＢが遮光されている間に、青色半導体光源３１ａが点灯して、青色狭帯域光Nｂが電子内視鏡１１に供給される。
【００５５】
また、透過部４０ｂが白色光ＢＢの光路に挿入されて、遮光部４０ａが光路から退避している間、白色光ＢＢは、Ｇフイルタ部３４ｂ、Ｒフイルタ部３４ｃを順次透過して、Ｇ色光及びＲ色光が生成される。Ｇ色光及びＲ色光は、集光レンズ３６及びロッドインテグレータ３７を通過して電子内視鏡１１に順次供給される。電子内視鏡１１は、青色狭帯域光Nｂ、Ｇ色光、Ｒ色光の３種類の光に対応する画像信号を撮像素子４４から出力する。
【００５６】
図３において、電子内視鏡１１は、ライトガイド４３、撮像素子４４、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、コネクタ２８が光源装置１３に接続されたときに、ライトガイド４３の入射端４３ａが光源装置１３のロッドインテグレータ３７の出射端と対向する。
【００５７】
照明窓２２の奥には、照明光の配光角を調整する照射レンズ４８が配置されている。光源装置１３から供給された光は、ライトガイド４３により照射レンズ４８に導光されて、照明窓２２から観察部位に向けて照射される。観察窓２３の奥には、対物光学系５１と撮像素子４４が配置されている。観察部位で反射した像光は、観察窓２３を通して対物光学系５１に入射し、対物光学系５１によって撮像素子４４の撮像面４４ａに結像される。
【００５８】
電子内視鏡１１の撮像素子４４（図３参照）は、モノクロの撮像素子であり、光源装置１３から順次供給される光に対応する色の画像信号を出力する。撮像素子４４は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどからなり、フォトダイオードなどの画素を構成する複数の光電変換素子がマトリックスに配列された撮像面４４ａを有している。撮像素子４４は、撮像面４４ａで受光した光を光電変換して、各画素においてそれぞれの受光量に応じた信号電荷を蓄積する。信号電荷はアンプによって電圧信号に変換されて読み出される。電圧信号は画像信号として撮像素子４４から出力される。画像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。
【００５９】
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、撮像素子４４からの画像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、信号電荷のリセットに起因するノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された画像信号を増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣで増幅された画像信号を、所定のビット数に応じた階調値を持つデジタルな画像信号に変換してプロセッサ装置１２に入力する。
【００６０】
撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラ５６に接続されており、コントローラ５６から入力されるベースクロック信号に同期して、撮像素子４４に対して駆動信号を入力する。撮像素子４４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画像信号をＡＦＥ４５に出力する。
【００６１】
撮像制御部４６による撮像素子４４の駆動制御は、モード毎に異なっている。通常観察モード時には、図１２Ａに示すように、撮像素子４４は、１フレームの取得期間内で、信号電荷を蓄積する蓄積動作と、蓄積した信号電荷を読み出す読み出し動作が行なわれる。通常観察モードにおいては、１フレーム毎にＢ、Ｇ、Ｒの三色の像光を順次撮像して、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。こうした動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００６２】
第１機能情報観察モードにおいては、図１２Ｂに示すように、青色狭帯域光Nｂの像光を２フレーム分撮像するとともに、Ｇ色光の像光を１フレーム分撮像して、画像信号Nｂ、Ｇを順次出力する。こうした動作が第１機能情報観察モードに設定されている間、繰り返される。第２機能情報観察モード又は同時観察モードにおいては、図１２Ｃに示すように、１フレーム毎に青色狭帯域光Nｂ、Ｇ色光、Ｒ色光の３つの光の像光を順次撮像して、画像信号Nｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。こうした動作が第２機能情報観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００６３】
プロセッサ装置１２は、コントローラ５６の他、画像処理部５７と、記憶部５８と、表示制御回路５９を備えており、コントローラ５６が各部を制御している。画像処理部５７は、電子内視鏡１１から出力された画像信号に対して、ガンマ補正などの画像補正を施して画像データを作成する。記憶部５８は、画像処理部５７で作成された画像データを記憶する。
【００６４】
また、画像処理部５７は、通常観察モードにおいては、順次入力される画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに対応する三色の画像データＢ、Ｇ、Ｒに基づいて、通常観察画像を生成する。フレームレートに従って画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒが更新される毎に、通常観察画像を生成する。表示制御回路５９は、画像処理部５７で生成された画像をコンポジット信号やコンポーネント信号などのビデオ信号に変換してモニタ１４に出力する。
【００６５】
画像処理部５７には、機能画像処理部６０が設けられている。機能画像処理部６０は、第１機能情報観察モード時に取得した画像信号Nｂ，Gに対応する画像データNｂ，Gに基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を疑似カラー画像化した第１酸素飽和度画像を生成する。また、機能画像処理部６０は、第２機能情報観察モード時に取得した画像信号Nｂ，Ｇ，Ｒに対応する画像データNｂ，Ｇ，Ｒに基づいて、酸素飽和度を疑似カラー画像化した第２酸素飽和度画像を生成する。また、同時観察モード時に取得した画像データNｂ、Ｇ、Ｒに基づいて、血液量を画像化した血液量画像と、酸素飽和度を画像化した第１酸素飽和度画像を作成する。第１酸素飽和度画像は、血液量の影響を考慮せずに作成される画像であり、第２酸素飽和度画像は、血液量の影響を考慮して作成された画像である。なお、同時観察モードにおいては、第１酸素飽和度画像に代えて、第２酸素飽和度画像を作成・表示してもよい。
【００６６】
図１３Aに示すように、機能画像処理部６０は、信号比算出部６４と、第１酸素飽和度画像作成部６５と、第２酸素飽和度画像作成部６６と、血液量画像作成部６７とを備えている。信号比算出部６４は、第１機能情報観察モードの場合には画像データNｂ、Ｇを照合して、同じ位置にある画素の画素値（信号値）の比である信号比を算出し、第２機能情報観察モードの場合には画像データNｂ、Ｇ、Ｒを照合して、同じ位置にある画素同士の画素値（信号値）の比である信号比を算出する。信号比は１画面分の画像データの全ての画素に対して算出される。
【００６７】
本実施形態では、信号比算出部６４は、第１機能情報観察モードの場合には、画像データNｂと画像データＧとの信号比Nｂ／Ｇを求め、第２機能情報観察モード又は同時観察モードの場合には、画像データNｂと画像データＧとの信号比Nｂ／Ｇと、画像データＧと画像データＲとの信号比Ｒ／Ｇとを求める。画像データＧは、画像データNｂと画像データＲを規格化するために、観察部位の明るさレベルを表す参照信号として用いられる。このように規格化を行うことで、電子内視鏡１１の先端部１９と検体との距離や検体の形状などの影響を排除することができるため、酸素飽和度が変化したときの反射光の強度変化を精度良く捉えることが可能となる。なお、信号比Nb／Gは、画像データNｂを画像データGで規格化した第１規格化信号であり、信号比R／Gは、画像データRを画像データGで規格化した第２規格化信号であるが、画像データNb、画像データRを規格化する方法はこれに限られない。
【００６８】
第１酸素飽和度画像作成部６５は、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒとからなる第１酸素飽和度画像を作成する。作成された第１酸素飽和度画像は、表示制御回路５９によってモニタ１４に表示される。輝度信号Ｙには、画像データＧがそのまま割り当てられる。画像データＧが輝度信号Ｙに割り当てられるのは、粘膜の凹凸や血管など全体的な像構造の情報を多く含んでいるため、画像の全体的な明るさを定義し易いためである。
【００６９】
一方、色差信号Ｃｂ、Ｃｒに対しては、カラーテーブル６５ａを参照して、図１５に示すように、信号比Nｂ／Ｇの大きさに対応した信号値を割り当てることで、酸素飽和度に応じて、色差を変化させることができる。これは、以下の理由から、信号比Nｂ／Ｇが酸素飽和度と相関関係が有るためである。信号比Nｂ／Ｇの「Ｎｂ」については、酸化ヘモグロビンＨｂの吸光係数が還元ヘモグロビンＨｂＯ２の吸光係数よりも大きい４６０〜４８０nmの波長成分（図１４参照）を有しているため、酸素飽和度が低くなる程、「Nｂ」の信号値は大きくなる。一方、信号比Nｂ／Ｇの「Ｇ」は、酸化ヘモグロビンＨｂの吸光係数と還元ヘモグロビンＨｂＯ２の吸光係数の大小関係が入れ替わる４５０〜６３０nmの波長成分を有しているため、酸素飽和度が変化しても、「Ｇ」の信号値はそれほど変化しない。したがって、信号比Nｂ／Ｇの信号値は、酸素飽和度が低くなる程、大きくなるため、信号比Nｂ／Ｇは酸素飽和度と相関関係を有している。
【００７０】
カラーテーブル６５ａ（第１色情報記憶部）は、信号比Nｂ／Ｇと色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値との対応関係（第１対応関係）を記憶している（ただし、信号比Nｂ／ＧはlogNｂ／Ｇとして記憶されている）。このカラーテーブル６５ａでは、信号比Nｂ／Ｇが小さい場合には、色差信号Ｃｒの信号値が正、色差信号Ｃｂの信号値が負となるように定義される。そして、信号比Nｂ／Ｇが中間値の場合には、色差信号Ｃｒの信号値と色差信号Ｃｂの信号値が逆転するように定義されている。そして、信号比Nｂ／Ｇが大きい場合には、色差信号Ｃｒの信号値が負、色差信号Ｃｂの信号値が正となるように定義されている。したがって、信号比Nｂ／Ｇが大きくなるにつれて（即ち、酸素飽和度が低くなるにつれて）、第１酸素飽和度画像での血管の色は「赤→橙→黄色→緑→水色→青」と変化する。なお、カラーテーブル６５aでは、信号比Nｂ／Ｇを色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値に対応付けるが、色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値の他、色相や彩度などの第１色情報と対応付けてもよい。
【００７１】
第２酸素飽和度画像作成部６６は、第１酸素飽和度画像と同様、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒとからなる第２酸素飽和度画像を作成する。作成された第２酸素飽和度画像は、表示制御回路５９によってモニタ１４に表示される。輝度信号Ｙには、第１酸素飽和度画像と同様、画像データＧがそのまま割り当てられる。一方、色差信号Ｃｂ、Ｃｒに対しては、信号比Ｒ／Ｇが一定値以上の場合には、図１６Ａに示すカラーテーブル６６ａを参照して、信号比Nｂ／Ｇの大きさに対応した信号値を割り当てる一方で、信号比Ｒ／Ｇが一定値を下回る場合には、図１６Ｂに示すカラーテーブル６６ｂを参照して、信号比Nｂ／Ｇの大きさに対応した信号値を割り当てる。
【００７２】
なお、カラーテーブル６６a，６６ｂでは、信号比R／G及び信号比Nｂ／Ｇを、色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値に対応付けるが、色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値の他、色相や彩度などの第２色情報と対応付けてもよい。また、第２酸素飽和度画像は、第１酸素飽和度画像とモニタ１４に並列表示又は選択的に表示してもよい。このように並列表示等した場合には、第１及び第２酸素飽和度画像の色などを比較することで、血液量の影響を受けているかどうかを確認することができる。両画像に色などの違いがないときには、血液量の影響は無いと考えられる。この場合には、動画性が優れている第１酸素飽和度画像の表示に切り替えることが好ましい。一方、両画像に色などの違いが有るときには、第２酸素飽和度画像の表示に切り替えることが好ましい。
【００７３】
カラーテーブル６６aには、信号比R／G、Nb／Gと、酸素飽和度とを対応付ける高血液量用第２対応関係が記憶されている（カラーテーブル６５ａと同様、信号比Nｂ／ＧはlogNｂ／Ｇとして記憶されている。これはカラーテーブル６６ｂも同様）。この高血液量用第２対応関係は、信号比Nｂ／Ｇが大きくなるにつれて（即ち、酸素飽和度が低くなるにつれて）、第２酸素飽和度画像での血管の色は「赤→橙→黄色→緑→水色→青」と変化するように、定義されている。また、カラーテーブル６６ｂには、信号比R／G、Nb／Gと、酸素飽和度とを対応付ける低血液量用第２対応関係が記憶されている。この低血液量用第２対応関係は、信号比Nｂ／Ｇが大きくなるにつれて（即ち、酸素飽和度が低くなるにつれて）、第２酸素飽和度画像での血管の色は「赤→橙→黄色→緑→水色→青」と変化するように、定義されている。
【００７４】
また、信号比Ｒ／Ｇが一定値以上の場合に使用するカラーテーブル６６ａにおける信号比Nｂ／Ｇの範囲Ｒａ（最小値Ｌａ〜最大値Ｍａ）は、信号比Ｒ／Ｇが一定値を下回る場合に使用するカラーテーブル６６ｂにおける信号比Nｂ／Ｇの範囲Ｒｂ（最小値Ｌｂ〜最大値Ｍｂ）よりも、広くなっている。
【００７５】
以上のように、信号比Ｒ／Ｇの大きさによって、信号比Nｂ／Ｇの範囲が異なるカラーテーブルを使い分けるのは、以下の理由による。信号比Ｒ／Ｇは、日本特許第３２２８６２７号公報に示すように、血液量と相関関係を有している。この信号比Ｒ／Ｇが一定値以上になるような高血液量下の元では、生体組織内における光散乱特性や酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光特性を鑑みると、信号比Nｂ／Ｇの信号値が変化する範囲は、低血液量の場合と比較して、広くなっている。
【００７６】
例えば、高血液量下において、信号比Nｂ／Ｇの範囲が狭いカラーテーブルを用いた場合には、カラーテーブル内に、信号比Nｂ／Ｇに対応する色差信号Ｃｒ、Ｃｂが存在しない場合がある。この場合、その領域は無彩色で表示されることになる。反対に、低血液量下において、信号比Nｂ／Ｇの範囲が広いカラーテーブルを用いた場合には、カラーテーブルで定義された色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値のうち、一定範囲の信号値しか使用されないことが起こり得る。この場合には、信号比Nｂ／Ｇに応じて多彩な色を表現できるにも関わらず、一部の色しか表示されないことになる。したがって、信号比Ｒ／Ｇの大きさによって、信号比Nｂ／Ｇの範囲が異なるカラーテーブル６６ａ，６６ｂを使い分けることで、信号比Nｂ／Ｇの変化（即ち、酸素飽和度の変化）を、色の変化として確実に表示するとともに、信号比Nｂ／Ｇ（即ち、酸素飽和度）に応じて、多彩な色で表示することができるようになる。
【００７７】
なお、第２酸素飽和度画像作成部６６では、二次元のカラーテーブル６６a，６６ｂを用いて、第２酸素飽和度画像を作成しているが、これに代えて、図１６Cに示すような３次元のカラーテーブル６８を用いて、第２酸素飽和度画像を作成してもよい。この３次元のカラーテーブル６８（第２色情報記憶部）では、記憶する３種類の情報をXYZ軸で表現した場合に、信号比Nb／GがX軸に割り当てられ、信号比R／GがY軸に割り当てられ、色差信号の信号値がZ軸に割り当てられる。この３次元のカラーテーブル６８では、信号比Nb／G、信号比R／Gと、色差信号Cr、Cbの信号値とが対応付けられている。したがって、カラーテーブル６８では、信号比Nb／G、信号比R／Gの入力に対して、色差信号Cr、Cbの信号値を出力する。なお、カラーテーブル６８では、酸素飽和度が一定で、血液量が変化したような場合においても、第２酸素飽和度画像が同じ色で表示されるように、信号比Nb／G、信号比R／Gと、色差信号Cr、Cbの信号値とを対応付けている。
【００７８】
また、第２酸素飽和度画像作成部６６では、信号比R／Gの信号比に応じて、信号比Nb／Gと色差信号Cr、Cbの信号値との第１対応関係を変更するようにしてもよい。この場合には、図１３Aに示すように、第２酸素飽和度画像作成部６６に、信号比Nb／Gと色差信号Cr、Cbの信号値との第１対応関係を記憶するカラーテーブル６６ｃ（第１色情報記憶部）と、信号比R／Gに応じてカラーテーブル６６ｃの第１対応関係を変更する変更部６６ｄが設けられる。変更部６６ｄは、図１６Dに示すように、信号比Nb／Gと色差信号Cr、Cbの信号値との第１対応関係を定義する対応線L（Cr）、L（Cb）を、信号比R／Gに応じて上下左右方向にシフトする。この変更部６６ｄでは、酸素飽和度が一定で、血液量が変化したような場合においても、第２酸素飽和度画像が同じ色で表示されるように、対応線L（Cr）、L（Cb）をシフトする。
【００７９】
血液量画像作成部６７は、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒとからなる血液量画像を作成する。輝度信号Ｙには、第１及び第２酸素飽和度画像と同様、画像データＧがそのまま割り当てられる。一方、色差信号Ｃｂ、Ｃｒに対しては、カラーテーブル６７ａを参照して、図１７に示すように、血液量の情報を持つ信号比Ｒ／Ｇの大きさに対応した信号値を割り当てることで、血液量に応じて、色差を変化させることができる。
【００８０】
カラーテーブル６７ａは、信号比Ｒ／Ｇが大きい部分（血液量が高い部分）では赤味を増加する一方で、信号比Ｒ／Ｇが低くなるにつれて赤味の彩度が下がってモノクロに近づくように、定義されている（ただし、信号比Ｒ／ＧはlogＲ／Ｇとして記憶されている）。したがって、このカラーテーブル６７ａでは、信号比Ｒ／Ｇの大きさに関わらず、色差信号Ｃｒの信号値を正、色差信号Ｃｂの信号値を負に定義している。また、カラーテーブル６７ａでは、信号比Ｒ／Ｇの低下に合わせて、色差信号Ｃｒの信号値を徐々に小さくする一方で、色差信号Ｃｂの信号値を徐々に大きくするように定義している。
【００８１】
第１酸素飽和度画像作成部６５での第１酸素飽和度画像の作成が完了するとともに、血液量画像作成部６７での血液量画像の作成が完了すると、血液量画像と第１酸素飽和度画像はモニタ１４に表示される。表示方法としては、図１８Ａに示すように、血液量画像と第１酸素飽和度画像を縮小し、それら縮小した画像を並列して同時に表示してもよい。あるいは、ユーザーによるコンソール１５の操作により、図１８Ｂに示すように、血液量画像と第１酸素飽和度画像の一方をモニタ１４に選択的に表示するようにしてもよい。このように、血液量画像と第１酸素飽和度画像の両方を診断に用いることで、酸素飽和度と血液量の両方に特徴を有する未分化型早期胃がんなどの病変部に対する診断能を向上させることができる。なお、血液量画像と第２酸素飽和度画像をモニタ１４に同時又は選択的に表示してもよく、また、血液量画像、第１酸素飽和度画像、第２酸素飽和度画像の３種類の画像をモニタ１４に同時又は選択的に表示してもよい。
【００８２】
次に、本発明を実施する場合のフローを、図１９に示すフローチャートを用いて説明する。まず、電子内視鏡システム１０は通常観察モードで起動されて、白色光源３０が点灯を開始するとともに、ロータリフイルタ３４が回転を開始する。通常観察モードにおいては、図９に示すように、シャッタ板４０，４１は回転せずに、白色光ＢＢの光路から遮光部４０ａ，４１ａが退避し、透過部４０ｂ，４１ｂが挿入された状態で停止する。これにより、白色光ＢＢは、ロータリフイルタ３４の各フイルタ部３４ａ〜３４ｃに順次に入射して、白色光ＢＢが色分離されて、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色の光が順次生成される。
【００８３】
三色の光は、光源装置１３から電子内視鏡１１に供給されて、照明窓２２から観察部位に照射される。観察部位で反射した三色の像光は、観察窓２３を通じて撮像素子４４で撮像され、撮像素子４４は、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。画像処理部５７は、画像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに対応する画像データＢ、Ｇ、Ｒに基づいて通常観察画像を生成する。生成された通常観察画像は、記憶部５８に記憶される。表示制御回路５９は、通常観察画像をビデオ信号に変換してモニタ１４に出力する。これによりモニタ１４に通常観察画像が表示される。通常観察モードにおいては、こうした処理が繰り返されて、モニタ１４に表示される通常観察画像が更新される。
【００８４】
ユーザーがモード切替ＳＷ１７ａを押圧操作することにより、通常観察モードから第１機能情報観察モードに切り替えられる。第１機能情報観察モードに切り替えられると、シャッタ板４１が、遮光部４１ａを、ロータリフイルタ３４のＢフイルタ部３４ａ及びＲフイルタ３４ｃと回転位相を一致させた状態で、ロータリフイルタ３４と同じ速度で回転を開始する。
【００８５】
制御ユニット３２は、シャッタ板４１の遮光部４１ａが白色光ＢＢの光路に挿入されている間に、青色半導体光源３１ａを点灯させる。青色半導体光源３１ａが発する青色狭帯域光Nｂは、電子内視鏡１１に供給されて、照明窓２２から観察部位に順次照射される。青色狭帯域光Nｂの像光は、観察窓２３を通じて撮像素子４４に入射して、撮像素子４４は、青色狭帯域光Nｂに対応する画像信号Nｂを出力する。
【００８６】
そして、制御ユニット３２は、シャッタ板４１の透過部４１ｂが白色光ＢＢの光路に挿入されている間は、青色半導体光源３１ａを消灯させる。透過部４０ｂが光路に挿入されている間、白色光ＢＢがロータリフイルタ３４のＧフイルタ部３４ｂに入射してＧ色光が生成される。Ｇ色光は、電子内視鏡１１に供給されて、観察部位に順次照射される。Ｇ色光の像光が観察窓２３を通じて撮像素子４４に順次入射して、撮像素子４４は、Ｇ色光に対応する画像信号Ｇを出力する。
【００８７】
機能画像処理部６０では、画像データNｂ、Ｇ間の信号比Nｂ／Ｇを算出する。そして、この算出した信号比Nｂ／Ｇに対応する色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値を、カラーテーブル６５ａから特定する。そして、カラーテーブル６５ａで特定した信号値を色差信号Ｃｒ、Ｃｂに割り当て、画像データＧの信号値を輝度信号Ｙに割り当てることにより、第１酸素飽和度画像が作成される。作成された第１酸素飽和度画像は、モニタ１４に表示される。
【００８８】
そして、ユーザーがモード切替ＳＷ１７ａを押圧操作することにより、第１機能観察モードから第２機能情報観察モードに切り替えられる。第２機能情報観察モードに切り替えられると、シャッタ板４１の回転駆動が停止する一方で、シャッタ板４０が、遮光部４０ａを、ロータリフイルタ３４のＢフイルタ部３４ａと回転位相を一致させた状態で、ロータリフイルタ３４と同じ速度で回転を開始する。
【００８９】
制御ユニット３２は、シャッタ板４０の遮光部４０ａが白色光ＢＢの光路に挿入されている間に、青色半導体光源３１ａを点灯させる。青色半導体光源３１ａが発する青色狭帯域光Nｂは、電子内視鏡１１に供給されて、照明窓２２から観察部位に順次照射される。青色狭帯域光Nｂの像光は、観察窓２３を通じて撮像素子４４に入射して、撮像素子４４は、青色狭帯域光Nｂに対応する画像信号Nｂを出力する。
【００９０】
そして、制御ユニット３２は、シャッタ板４０の透過部４０ｂが白色光ＢＢの光路に挿入されている間は、青色半導体光源３１ａを消灯させる。透過部４０ｂが光路に挿入されている間、白色光ＢＢがロータリフイルタ３４のＧフイルタ部３４ｂ、Ｒフイルタ部３４ｃに順次入射してＧ色光、Ｒ色光が生成される。Ｇ色光及びＲ色光は、電子内視鏡１１に供給されて、観察部位に順次照射される。Ｇ色光及びＲ色光の像光が観察窓２３を通じて撮像素子４４に順次入射して、撮像素子４４は、Ｇ色光及びＲ色光に対応する画像信号Ｇ、Ｒを出力する。
【００９１】
機能画像処理部６０では、画像データNｂ、Ｇ間の信号比Nｂ／Ｇと、画像データＧ、Ｒ間の信号比Ｒ／Ｇを算出する。血液量に関する情報を持つ信号比Ｒ／Ｇが一定値以上の場合には、カラーテーブル６６ａを参照して、信号比Nｂ／Ｇに対応する色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値を特定する。また、信号比Ｒ／Ｇが一定値を下回る場合には、カラーテーブル６６ｂを参照して、信号比Nｂ／Ｇに対応する色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値を特定する。カラーテーブル６６ａ，６６ｂで特定した信号値を色差信号Ｃｒ、Ｃｂに割り当て、画像データＧの信号値を輝度信号Ｙに割り当てることにより、第２酸素飽和度画像が作成される。作成された第２酸素飽和度画像は、モニタ１４に表示される。
【００９２】
そして、第２機能情報観察モードにおいて、ユーザーがモード切替ＳＷ１７ａを押圧操作することで、同時観察モードに切り替えられる。この同時観察モードにおける発光制御と撮像制御は第２機能情報観察モードと同様である。同時観察モード時に得られる画像データのうち、画像データNｂ、Ｇを用いて第１酸素飽和度画像を作成するとともに、画像データＧ、Ｒを用いて血液量画像を作成する。第１酸素飽和度画像の作成方法は、第１機能情報観察モード時と同様である。血液量画像の作成方法については、まず、画像データＧ、Ｒ間の信号比Ｒ／Ｇを算出する。そして、カラーテーブル６７ａを参照して、信号比Ｒ／Ｇに対応する色差信号Ｃｒ、Ｃｂの信号値を特定する。そして、カラーテーブル６７ａで特定した信号値を色差信号Ｃｒ、Ｃｂに割り当て、画像データＧの信号値を輝度信号Ｙに割り当てることにより、血液量画像が作成される。作成された血液量画像及び第１酸素飽和度画像はモニタ１４に表示される。
【００９３】
そして、同時観察モードにおいて、ユーザーがモード切替ＳＷ１７ａを押圧操作することで、通常観察モードに復帰する。そして、観察終了時には、電子内視鏡１１の挿入部１６を検体から取り外した上で、電子内視鏡システム１０の電源をオフにする。
【００９４】
なお、本例においては、第２機能情報観察モードでは、通常観察画像の生成を行わない例で説明したが、画像データNｂ、Ｇ、Ｒから第２酸素飽和度画像を作成するだけでなく、通常観察画像と同様の作成方法で、通常観察画像に略相当する疑似通常観察画像を作成して、これら２種類の観察画像をモニタ１４に同時表示してもよい。この疑似通常観察画像の青色成分は狭帯域成分であるため、通常観察画像と比較すると若干画質が落ちるものの、検体の全体像を観察するという点では、十分な画質を有している。
【００９５】
以上説明したように、本発明においては、画像データNｂ、Ｒの規格化に用いる参照光として、既存の光源装置の構成である白色光源３０を利用して、白色光ＢＢから色分離されたＧ色光を用いているため、参照光に専用の光源を追加する場合と比べて、部品点数、設置スペースの低減が可能となる。これにより、既存の光源装置の構成が利用しやすく、コストダウンが可能となる。これに対して、酸素飽和度の変化を捉える照明光としては、青色領域の狭帯域光を発する青色半導体光源３１ａを使用しているため、表層血管の酸素飽和度を高い精度で画像化することができる。
【００９６】
青色領域においては、図１４に示すヘモグロビンの吸光スペクトルで明らかなように、緑色領域や赤色領域と比較して、吸光度の変化が急峻であり、波長が少しずれると、吸光度が大きく変化する。また、各ヘモグロビンＨｂ、ＨｂＯ２の吸光度の大小関係に逆転が生じる等吸収点の間隔も狭い。波長域が広いと、大小関係が逆転する２つの領域の信号が混合して、輝度値が平均化されてしまうため、精度の高い情報が得られない。そのため、青色領域の光を利用して表層血管の血管情報を得るためには、２つの等吸収点の間隔に近い幅の波長域、好ましくは、２つの等吸収点の間隔に収まる波長域を持つ狭い狭帯域光を用いる必要がある。
【００９７】
さらに、表層血管は、中深層血管と比較して細いため、照射される光量が不足しがちであり、表層血管を観察する場合には、光量が大きな光源が必要になる。
【００９８】
このように、表層血管の酸素飽和度の測定精度を高めるには、青色領域の狭帯域光で、かつ高い光量の光を発する光源が適している。本発明においては、白色光ＢＢから色分離する場合と比べて高い光量が得られ、単色の青色狭帯域光Nｂを発光可能な青色半導体光源３１ａを採用することで、表層血管の酸素飽和度の測定精度を向上させている。
【００９９】
参照光は、血液量及び酸素飽和度の算出処理において、青色狭帯域光NｂとＲ色光に対応する信号を規格化するための参照信号として利用されるものである。そのため、観察部位の明るさのレベルが分かればよく、狭帯域光である必要はない。波長域を比較的広くとれるため、白色光ＢＢから色分離したＧ色光を用いても光量的にも問題はない。なお、上記実施形態において、Ｇ色光を参照光として利用している例で説明しているが、参照光は明るさのレベルが分かればよいので、Ｇ色光の代わりに、Ｂフイルタ部３４ａ、Ｒフイルタ部３４ｃで白色光ＢＢを色分離した、Ｂ色光やＲ色光を利用してもよいし、白色光ＢＢを色分離せずに、白色光ＢＢそのものを使用してもよい。
【０１００】
ただし、酸素飽和度の画像化に、青色の青色狭帯域光Nｂ及びＲ色光を利用しているので、ロータリフイルタ３４のように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色のフイルタ部を有する一般的な構成を考慮すれば、Ｇ色光を参照光として利用するのが好ましい。また、Ｇ色光に対応する画像データＧは、血液量画像や酸素飽和度画像を生成する際に輝度信号Ｙに割り当てられるので、こうした画像処理の観点からも、参照光として画像データＧを利用するのが好ましい。
【０１０１】
また、図５に示すように、本例においては、Ｇフイルタ部３４ｂとして、波長域が約４５０ｎｍ〜約６２０ｎｍ程度の分光透過率を有するフイルタを使用しているが、酸素飽和度の測定精度をより高めるには、Ｇフイルタ部３４ｂの分光透過率を５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長域に制限するのが好ましい。図１４に示すヘモグロビンの吸光特性を鑑みると、緑色領域においては、５４０〜５８０ｎｍの波長域で平均するのが、最も酸素飽和度の影響を受けにくいためである。
【０１０２】
なお、本例においては、青色狭帯域光Nｂとして、波長域が４７０±１０ｎｍ、好ましくは４７３ｎｍの狭帯域光を使用しているが、波長域が４４０±１０ｎｍ、好ましくは４４５ｎｍの狭帯域光など、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２及び還元ヘモグロビンＨｂの吸光度に差がある波長域の光であれば、他の波長域でもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、半導体光源ユニット３１の青色狭帯域光Nｂを、光合流部３９によって、白色光源３０から集光レンズ３６へ向かう白色光ＢＢの光路に合流させている。白色光源３０、ロータリフイルタ３４、集光レンズ３６を設ける構成は、既存の光源装置では標準的な構成である。上記実施形態のような構成であれば、白色光ＢＢの光路に大幅な変更を加えずに、光合流部３９とシャッタ板４０，４１を追加するだけで済むため、既存の光源装置に組み込みやすい。
【０１０４】
また、光合流部３９は、白色光ＢＢを透過する透過部３９ａと、青色狭帯域光Nｂを反射させる反射部３９ｂとを有するため、構成の複雑化を防止できる。というのは、光合流部３９を反射部３９ｂのみで構成した場合には、通常観察モードにおいては光合流部３９を光路から退避させ、第１及び第２機能情報観察モードにおいては光路に挿入させるというように、光合流部３９を移動させるための移動機構が必要になる。光合流部３９に透過部３９ａを設ければ、移動機構を設けずに済むため、既存の光源装置に追加する構成を簡素にできるので、既存の光源装置を利用しやすい。
【０１０５】
なお、反射部３９ｂは、白色光ＢＢに含まれる、青色狭帯域光Nｂの波長域の光を透過させないため、反射部３９ｂのサイズが大きい場合には、その波長域について無視できない程度の光量の低下を招く懸念もある。その場合には、通常観察モードにおいて、Ｂ色光を照射するときに青色半導体光源３１ａを点灯させて、反射部３９ｂでカットされる光量を補ってもよい。
【０１０６】
また、シャッタ板４０，４１を回転板で構成して、回転動作により遮光部４０ａ，４１ａの光路への挿入と退避を行っているが、例えば、シャッタ板４０，４１を直線的に移動させて挿入と退避を行ってもよい。しかし、本例のようにシャッタ板４０，４１を回転動作させる構成によれば、直線移動させる場合と比較して、直線移動させるためのリンク機構が不要な分、構成を簡素化できる。
【０１０７】
［第２実施形態］
上記実施形態では、ロータリフイルタ３４とシャッタ板４０とが別々に設けられているが、図２０に示すように、シャッタ板の機能を設けたロータリフイルタ９１を使用してもよい。ロータリフイルタ９１は、内側から、第１領域、第２領域、第３領域の３つの領域に分割された三重円で構成されている。第１領域は、通常観察モードで使用されるＢ、Ｇ１、Ｒの各フイルタ部である。第２領域は、第１機能情報観察モードで使用される遮光部、Ｇ２の各フイルタ部である。第３領域は、第２機能情報観察モード又は同時観察モードで使用される遮光部、Ｇ２、Ｒの各フイルタ部である。第２及び第３領域の遮光部は、上記実施形態のシャッタ板４０，４１として機能する。
【０１０８】
移動機構９２は、ロータリフイルタ９１の回転軸を移動させることにより、内周領域と外周領域を白色光ＢＢの光路に選択的に挿入する。こうしたロータリフイルタ９１を用いれば、ロータリフイルタ３４とシャッタ板４０，４１を別々に設けずに済むので、部品点数や配置スペースを低減できる。また、三重円の構成にすれば、フイルタ部Ｇ１を図５に示すＧの分光透過率のフイルタで構成し、フイルタ部Ｇ２を酸素飽和度の算出に適した、５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長域の分光透過率を有するフイルタで構成するというように、モードに応じてＧのフイルタ部の分光透過率を変えることができる。
【０１０９】
また、図２１に示すロータリフイルタ９３のように、第１〜第３領域に分けずに、全周を４分割して、各分割領域にＢ、Ｇ、Ｒの各フイルタ部と、遮光部とを設けてもよい。遮光部は、シャッタ板４０，４１として機能する。こうした構成であれば、移動機構９２は不要である。また、ロータリフイルタ９３のような構成とすれば、各観察モードの切り替えの際に、第１実施形態のようにシャッタ板４０，４１の回転及び停止の切り替えを行ったり、図２０に示すロータリフイルタ９１のように回転軸を移動させずに済む。
【０１１０】
［第３実施形態］
上記実施形態では、電子内視鏡１１の撮像素子４４としてモノクロ撮像素子を用い、光源装置１３に、白色光ＢＢをＢ、Ｇ、Ｒの三色の光に色分離するロータリフイルタ３４を設けた面順次式の例が用いられるが、この代わりに、電子内視鏡１１の撮像素子として、図２２に示すような、カラー撮像素子１００を用いた同時式のシステムに本発明を適用してもよい。カラー撮像素子１００は、撮像面を構成する各画素に、Ｂ、Ｇ、Ｒのいずれかのマイクロカラーフイルタが設けられており、撮像面内にＢ、Ｇ、Ｒの三色の画素が構成される。三色の画素は、例えばベイヤー形式で配列される。
【０１１１】
図２３に示すように、同時式の場合には、光源装置１３にはロータリフイルタ３４が不要となる。その他の構成は、図６Ａ，Ｂ、図７、図８に示す面順次式と同様であるので、同一部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１１２】
図２４Ａに示すように、通常観察モードにおいて、シャッタ板４０，４１は、遮光部４０ａ，４１ａを白色光ＢＢの光路から退避させた状態で停止させ、同時式の光源装置１３は、電子内視鏡１１に対して白色光ＢＢを供給する。白色光ＢＢは、照明窓２２から観察部位に照射されて、その反射光をカラー撮像素子１００で撮像する。カラー撮像素子１００に入射する白色光ＢＢは、マイクロカラーフイルタによって色分離されて、カラー撮像素子１００は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各色の画素に対応する三色の色信号を含んだ画像信号を出力する。Ｂ、Ｇ、Ｒの各マイクロカラーフイルタの分光透過率は、図４に示すロータリフイルタ３４の場合と同様である（図５参照）。
【０１１３】
図２４Ｂに示すように、第１機能情報観察モードの場合には、シャッタ板４０の透過部４０ｂを白色光ＢＢの光路に挿入した状態にするとともに、シャッタ板４１を回転させて、シャッタ板４１の遮光部４１ａで白色光ＢＢを遮光している間に、青色半導体光源３１ａを点灯させて、青色狭帯域光Nｂを照射する。そして、シャッタ板４１の遮光部４１ａが白色光ＢＢの光路から退避している間に、白色光ＢＢが照射される。また、青色狭帯域光Nｂの照射時にカラー撮像素子１００のＢ画素から出力する画像信号Nｂと、白色光ＢＢの照射時にカラー撮像素子１００のＧ画素から出力する画像信号Ｇとが、第１酸素飽和度画像の作成に用いられる。これら画像信号Nｂ、Ｇは第１実施形態の画像信号Nｂ、Ｇに対応している。第１酸素飽和度画像の作成及び表示方法は、第１実施形態と同様である。
【０１１４】
図２４Ｃに示すように、第２機能情報観察モード又は同時観察モードの場合には、シャッタ板４１の透過部４１ｂを白色光ＢＢの光路に挿入した状態にするとともに、シャッタ板４０を回転させて、シャッタ板４０の遮光部４０ａで白色光ＢＢを遮光している間に、青色半導体光源３１ａを点灯させて、青色狭帯域光Nｂを照射する。そして、シャッタ板４０の遮光部４０ａが白色光ＢＢの光路から退避している間に、白色光ＢＢが照射される。
【０１１５】
第２機能情報観察モードにおいては、青色狭帯域光Nｂの照射時にカラー撮像素子１００のＢ画素から出力する画像信号Nｂと、白色光ＢＢの照射時にカラー撮像素子１００のＧ画素及びＲ画素から出力する画像信号Ｇ、Ｒとが、第２酸素飽和度画像の作成に用いられる。これら画像信号Nｂ、Ｇ、Ｒは第１実施形態の画像信号Nｂ、Ｇ、Ｒに対応している。また、同時観察モードにおいては、画像信号Nｂ、Ｇが第１酸素飽和度画像の作成に用いられ、画像信号Ｇ、Ｒが血液量画像の作成に用いられる。血液量画像及び第２酸素飽和度画像の作成及び表示方法は、第１実施形態と同様である。
【０１１６】
また、上記各実施形態では、ロータリフイルタの各フイルタ部や、カラー撮像素子のマイクロカラーフイルタを、Ｂ、Ｇ、Ｒの原色系のフイルタを使用しているが、図２５に示す分光透過率を有する、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）の補色系のフイルタを使用してもよい。この補色系フイルタを使用した場合に得られるＹ信号、Ｍ信号、Ｃ信号は、ＲＧＢ変換により、ＲＧＢの画像信号に変換される。
【０１１７】
［第４実施形態］
なお、上記実施形態では、４６０〜４８０nm、５４０〜５８０nmの２波長分の光を用いて第１酸素飽和度画像を作成し、４６０〜４８０nm、５４０〜５８０nm、５９０〜７００nmの３波長分の光を用いて第２酸素飽和度画像及び血液量画像を作成したが、第４実施形態では、５３０〜５５０nm、５４０〜５８０nmの２波長分の光を用いて第１酸素飽和度画像を作成し、５３０〜５５０nm、５４０〜５８０nm、５９０〜７００nmの３波長分の光を用いて第２酸素飽和度画像及び血液量画像を作成する。
【０１１８】
第４実施形態では、図２６に示すように、半導体光源ユニット３１において、青色半導体光源３１ａの代わりに、レーザダイオード又はＬＥＤ（Light Emittig Diode）からなる緑色半導体光源３１ｃを備えている。緑色半導体光源３１ｃは、緑色領域の一部の狭い波長域の緑色狭帯域光Nｇを発光する。緑色狭帯域光Nｇの波長域は、図５に示すように、波長域が５３０〜５５０nmに制限された狭帯域である。第４実施形態の電子内視鏡システム２００は、青色半導体光源３１ａの代わりに、緑色半導体光源３１ｃを設けること以外については、第１実施形態の電子内視鏡システム１０と同様である。
【０１１９】
すなわち、第４実施形態の第１機能情報観察モード、第２機能情報観察モード、同時観察モードにおいて、青色狭帯域光Nｂの代わりに、緑色狭帯域光Ngを発光する（図１２Ｂ、図１２Ｃ参照）。また、第４実施形態の機能画像処理部６０では、第１、第２機能情報観察モード及び同時観察モード時には、画像信号Nｂの代わりに、緑色狭帯域光Nｇの反射像を撮像したときに得られる画像データNｇが用いられる。
【０１２０】
したがって、信号比算出部６４では、画像データＮｇと画像データＧ間の信号比Ｎｇ／Ｇを算出する。また、第１及び第２酸素飽和度画像作成部６５，６６では、信号比Nｂ／Ｇの代わりに、信号比Nｇ／Gが用いられる。また、第１及び第２酸素飽和度画像作成部内のカラーテーブル６５a，６６aについては、信号比Nｂ／Ｇに代えて、信号比Nｇ／Gと色差信号Cｒ、Cｂの信号値の対応関係が記憶されている。
【０１２１】
信号比Nｇ／Gの「Nｇ」は、信号比Nｂ／Gの「Nｂ」と同様、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きいため、酸素飽和度が低くなると、大きくなる。また、信号比Nｇ／Gの「G」は、信号比Nｂ／Gの「G」と同じ波長成分を有しているため、酸素飽和度が変化しても信号値は変化しない。したがって、酸素飽和度の変化による信号値Nｇ／Gの変化量は、信号比Nｂ／Gの場合と同様である。そのため、第１及び第２酸素飽和度画像上での酸素飽和度の変化に伴う色の変化は、第１実施形態と同様である。
【０１２２】
なお、上記実施形態では、第２機能情報観察モードでは、第２酸素飽和度画像のみを作成・表示したが、これに加えて、第１酸素飽和度画像を作成・表示してもよい。
【０１２３】
なお、上記実施形態では、血液量画像及び酸素飽和度画像を生成する際に、血液量及び酸素飽和度に関する情報に基づいて血管を疑似カラー画像化したが、これに代えて、血液量及び酸素飽和度に関する情報を、例えば白と黒のモノクロで濃淡を変化させてもよい。酸素飽和度画像には、上記実施形態で示した形態に代えて、又はそれに加えて、「血液量（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和）×酸素飽和度（％）」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスを画像化したものや、「血液量×（１００−酸素飽和度）（％）」から求まる還元ヘモグロビンインデックスを画像化したものも含まれる。
【０１２４】
上記実施形態では、半導体光源としてレーザダイオードからなるレーザ光源を用いているが、レーザダイオードの代わりにＬＥＤを使用したＬＥＤ光源でもよい。また、上記実施形態では、光源装置とプロセッサ装置が別体で構成されているが、２つの装置を一体で構成してもよい。
【０１２５】
なお、本発明は、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡等、他の形態の内視鏡にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０，２００  電子内視鏡システム
１４  モニタ
３０  白色光源
３１  半導体光源ユニット
３１ａ  青色半導体光源
３２  制御ユニット
３４  ロータリフイルタ
３６  集光レンズ
３７  ロッドインテグレータ
３９  光合流部
３９ａ  透過部
３９ｂ  反射部
４０，４１  シャッタ板
４０ａ，４１ａ  遮光部
４０ｂ，４１ｂ  透過部
４４，１００  撮像素子
５６  画像処理部
６０  機能画像処理部
６４  信号比算出部
６５  第１酸素飽和度画像作成部
６５ａ  カラーテーブル
６６  第２酸素飽和度画像作成部
６６ａ，６６ｂ  カラーテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５】
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【図２６】
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