(57)【要約】【課題】酸素飽和度が０％超１００％未満の不安定なヘモグロビンの吸光特性をキャリブレーションのために測定することができるキャリブレーション用試料等を提供する。【解決手段】キャリブレーション用試料は、第１の酸素飽和度の第１のヘモグロビンを所定の濃度で充填した第１透明容器室と、第２の酸素飽和度の第２のヘモグロビンを前記所定の濃度で充填した第２透明容器室と、を有し、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方に光が入射し、前記第１のヘモグロビン及び前記第２のヘモグロビンを光が通過して出射するように構成される。前記第１のヘモグロビンの第１光路長さと前記第２のヘモグロビンの第２光路長さの合計を一定に維持しながら、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が異なる複数の光路を備えるように前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の酸素飽和度の第１のヘモグロビンを所定の濃度で充填した第１透明容器室と、
第２の酸素飽和度の第２のヘモグロビンを前記所定の濃度で充填した第２透明容器室と、を有し、
前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方に光が入射し、前記第１のヘモグロビン及び前記第２のヘモグロビンを光が通過して前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方から出射するように構成され、前記第１のヘモグロビンの第１光路長さと前記第２のヘモグロビンの第２光路長さの合計を一定に維持しながら、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が互いに異なる複数の光路を備えるように前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室が配置されており、
生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーションの参照試料として用いる、キャリブレーション用試料。
【請求項２】
前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室の前記光路に対して直交する平面内の第１の方向に沿って、前記第１光路長さと前記第２光路長さの比が連続して変化するように、前記第１のヘモグロビンと前記第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁は、前記平面に対して傾斜した傾斜面となっている、請求項１に記載のキャリブレーション用試料。
【請求項３】
前記第２のヘモグロビンは、還元剤を用いて前記第２透明容器室内で前記第１のヘモグロビンを還元させたヘモグロビンである、請求項１または２に記載のキャリブレーション用試料。
【請求項４】
出射する前記光は、前記第１のヘモグロビン及び前記第２のヘモグロビンを透過した透過光である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のキャリブレーション用試料。
【請求項５】
波長帯域の異なる少なくとも複数の光を出射する光源装置と、
前記複数の光のそれぞれで照明された生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成する撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、請求項１〜４のいずれか１項に記載のキャリブレーション用試料を前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値と、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室内のヘモグロビンの濃度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、及び請求項１〜４のいずれか１項に記載のキャリブレーション用試料を前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第２の比率のキャリブレーション測定値と、光の通過した前記第１光路長さ及び前記第２光路長さで定まるヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係を記憶した記憶部を、備え、
前記プロセッサは、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出する、ことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項６】
前記キャリブレーション用試料における前記光路は、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室の前記光路に対して直交する平面内の第１の方向に沿って、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が連続して変化するように、前記第１のヘモグロビンと前記第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁は、前記平面に対して傾斜した傾斜面となっており、
前記プロセッサは、前記画像データのうち、前記第２の比率の算出に用いる画像データとして、前記キャリブレーション用試料の画像上の前記第１の方向に対応した方向に沿ったデータを用いて、ヘモグロビンの複数の酸素飽和度に対応する前記第２の比率のキャリブレーション測定値を取得する、請求項５に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記第１の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、前記第２の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であり、
前記第１の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の第１波長帯域の成分であり、
前記第２の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、前記第１波長帯域より狭い第２の波長帯域の成分である、請求項５または６に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する際のキャリブレーション用試料の作製方法であって、
所定の濃度で第１の酸素飽和度の第１のヘモグロビンを第１透明容器室及び第２透明容器室に充填するステップと、
前記第２透明容器室内で、還元剤を用いて、前記第１のヘモグロビンが第２の酸素飽和度の第２のヘモグロビンになるように還元させるステップと、
前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方に光が入射し、前記第1のヘモグロビン及び前記第２のヘモグロビンを光が通過して前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方から出射し、さらに、前記第１のヘモグロビンの第１光路長さと前記第２のヘモグロビンの第２光路長さの合計を一定に維持しながら、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が互いに異なる複数の光路が形成されるように、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室を配置するステップ、
を含むキャリブレーション用試料の作製方法。
【請求項９】
前記第１のヘモグロビンと前記第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁が、前記光路に対して直交する平面に対して傾斜するように前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室を配置することにより、前記平面内の第１の方向に沿って、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比を連続して変化させる、請求項８に記載のキャリブレーション用試料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システムのキャリブレーションの参照試料として用いるキャリブレーション用試料、内視鏡システム、及びキャリブレーション用試料の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡によって得られた画像データから、被写体である生体組織中の生体物質、例えば、ヘモグロビンの濃度やヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求め画像表示する機能を備えた内視鏡システムが知られている。このような内視鏡システムを含むヘモグロビン観察装置の一例が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のヘモグロビン観察装置は、酸素と１００％結合した状態の酸化ヘモグロビンの吸収スペクトルと、酸素を１００％放出した状態の還元ヘモグロビンの吸収スペクトルとが交差する波長を等吸収波長とするとき、等吸収波長を含む波長領域のうちの少なくとも２つの異なる第１の波長の光と第２の波長の光とをヘモグロビンを含む観察対象物に照射し、照射された光の反射光または透過光に基づいて観察対象物の像を取り込み、取り込んだ像の信号に基づいて所定の演算を行い、その処理結果を表示部に表示する構成を備える。このとき、取り込んだ像の信号の演算処理において、第１の波長の光における第１の反射光量または透過光量と、第２の波長の光における第２の反射光量または透過光量との差分に基づいてヘモグロビンと酸素との結合状態を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２６１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヘモグロビン酸素飽和度観察装置では、酸化ヘモグロビンの量を示す第１の波長における第１の吸光率の値Ｏ１と還元ヘモグロビンの量を示す第２の波長における第２の吸光率の値Ｏ２の差を正規化した比率を用いて、酸素飽和度を算出する。
しかし、第１の吸光率の値Ｏ１とヘモグロビン観察装置で得られた第１の波長における信号の値との関係や、第２の吸光率の値Ｏ２とヘモグロビン観察装置で得られた第２の波長における信号の値との関係は、装置誤差や外部環境、経時変化に起因するバラツキを持つ。上記装置の出力値が、０〜１００％の間の中間の酸素飽和度に一致するように、修正係数を用いることも多い。
このため、精度の高いヘモグロビンの酸素飽和度を算出するために、実際の内視鏡システムで、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンを実際に観察し、より正確なヘモグロビン酸素飽和度計測結果との対応付けを行うことが好ましい。例えば、内視鏡システムによる観察から得られる酸化ヘモグロビンの濃度に対応するデータや酸素飽和度に対応するデータと、観察した酸化ヘモグロビンの実際の濃度や酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの酸素飽和度の値との対応関係を予め求めておき、この対応関係を用いて酸化ヘモグロビンの量や酸素飽和度を求めることが好ましい。
【０００６】
上記対応関係は、例えば、内視鏡システムの完成時に、所定のへモグロボビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有する参照試料を用いて作成され、内視鏡システムに記録保持される。このため、キャリブレーション用試料として、ヘモグロビンを用いることが好ましく、さらに、精度の高いキャリブレーションを行うには、ヘモグロビンの濃度や酸素飽和度の異なる種々の試料を用意することが好ましい。また、内視鏡システムの使用に伴って内視鏡システムも経時変化するため、精度の高いヘモグロビンの酸素飽和度を算出するには、上記対応関係を時々再設定することが好ましい。
しかし、このようなキャリブレーション用試料を、酸素飽和度やヘモグロビンの濃度が異なり、かつ安定した複数種類の試料を用意することは難しい。特に、還元ヘモグロビンは、酸素と触れて酸化ヘモグロビンに変化し易いため、２０％、４０％、６０％等の中間値の安定した酸素飽和度のヘモグロビンの試料を作製することは極めて困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、酸素飽和度の異なる多数の種類の試料を用意しなくても、ヘモグロビンの酸素飽和度が０％及び１００％の試料で、０％超１００％未満の不安定な状態のヘモグロビンの吸光特性を光学的に等価な状態として実現するキャリブレーション用試料、このキャリブレーション用試料を用いる内視鏡システム、及びキャリブレーション用試料の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、キャリブレーション用試料である。
前記キャリブレーション用試料は、
第１の酸素飽和度の第１のヘモグロビンを所定の濃度で充填した第１透明容器室と、
第２の酸素飽和度の第２のヘモグロビンを前記所定の濃度で充填した第２透明容器室と、を有する。
前記キャリブレーション用試料は、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方に光が入射し、前記第１のヘモグロビン及び前記第２のヘモグロビンを光が通過して前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方から出射するように構成され、前記第１のヘモグロビンの第１光路長さと前記第２のヘモグロビンの第２光路長さの合計を一定に維持しながら、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が互いに異なる複数の光路を備えるように前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室が配置されている。
前記試料、すなわち複合試料は、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーションの参照試料として用いることができる。
【０００９】
前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室の前記光路に対して直交する平面内の第１の方向に沿って、前記第１光路長さと前記第２光路長さの比が連続して変化するように、前記第１のヘモグロビンと前記第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁は、前記平面に対して傾斜した傾斜面となっている、ことが好ましい。
【００１０】
前記第２のヘモグロビンは、還元剤を用いて前記第２透明容器室内で前記第１のヘモグロビンを還元させたヘモグロビンである、ことが好ましい。
【００１１】
出射する前記光は、前記第１のヘモグロビン及び前記第２のヘモグロビンを透過した透過光である、ことが好ましい。
【００１２】
本発明の他の一態様は、内視鏡システムである。
前記内視鏡システムは、
波長帯域の異なる少なくとも複数の光を出射する光源装置と、
前記複数の光のそれぞれで照明された生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成する撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するプロセッサと、を備える。
前記プロセッサは、前記キャリブレーション用試料を前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値と、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室内のヘモグロビンの濃度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、及び前記キャリブレーション用試料を前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第２の比率のキャリブレーション測定値と、光の通過した前記第１光路長さ及び前記第２光路長さで定まるヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係を記憶した記憶部を、備える。
前記プロセッサは、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。
【００１３】
前記キャリブレーション用試料における前記光路は、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室の前記光路に対して直交する平面内の第１の方向に沿って、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が連続して変化するように、前記第１のヘモグロビンと前記第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁は、前記平面に対して傾斜した傾斜面となっており、
前記プロセッサは、前記画像データのうち、前記第２の比率の算出に用いる画像データとして、前記キャリブレーション用試料の画像上の前記第１の方向に対応した方向に沿ったデータを用いて、ヘモグロビンの複数の酸素飽和度に対応する前記第２の比率のキャリブレーション測定値を取得する、ことが好ましい。
【００１４】
前記第１の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、前記第２の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であり、
前記第１の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の第１波長帯域の成分であり、
前記第２の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、前記第１波長帯域より狭い第２の波長帯域の成分である、ことが好ましい。
【００１５】
本発明のさらに他の一態様は、ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する際のキャリブレーション用試料の作製方法である。
前記作製方法は、
所定の濃度で第１の酸素飽和度の第１のヘモグロビンを第１透明容器室及び第２透明容器室に充填するステップと、
前記第２透明容器室内で、還元剤を用いて、前記第１のヘモグロビンが第２の酸素飽和度の第２のヘモグロビンになるように還元させるステップと、
前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方に光が入射し、前記第1のヘモグロビン及び前記第２のヘモグロビンを光が通過して前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室のいずれか一方から出射し、さらに、前記第１のヘモグロビンの第１光路長さと前記第２のヘモグロビンの第２光路長さの合計を一定に維持しながら、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が互いに異なる複数の光路が形成されるように、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室を配置するステップ、
を含む。
【００１６】
連続した酸素飽和度変化を得る場合には、前記第１のヘモグロビンと前記第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁が、前記光路に対して直交する平面に対して傾斜するように前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室を配置することにより、前記平面内の第１の方向に沿って、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比を連続して変化させる、ことが好ましい。
【００１７】
本発明の他の一態様は、内視鏡及びプロセッサを用いた生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するために、前記内視鏡及び前記プロセッサのキャリブレーションを行う方法である。
生体組織における前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度は、複数の光で照明した生体組織を前記内視鏡により撮像することにより得られた複数の画像データの成分うち、所定の成分の値を用いて算出した成分間の第１の比率及び第２の比率の値を用いて算出される。
このとき、前記キャリブレーションを行う方法は、
前記キャリブレーション用試料を前記内視鏡で撮像することにより、前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値のそれぞれを取得するステップと、
前記第１の比率のキャリブレーション測定値と、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室内のヘモグロビンの濃度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、及び前記キャリブレーション用試料を前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第２の比率のキャリブレーション測定値と、光の通過した前記第１光路長さ及び前記第２光路長さで定まるヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係を生成するステップと、
前記プロセッサは、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を、生体組織における前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出に用いるために、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を記憶するステップと、
を含む。
【００１８】
前記キャリブレーション用試料における前記光路は、前記第１透明容器室及び前記第２透明容器室の前記光路に対して直交する平面内の第１の方向に沿って、前記第１光路長さと前記第２の光路長さの比が連続して変化するように、前記酸化ヘモグロビンと前記還元ヘモグロビンの境界を分ける容器の壁は、前記平面に対して傾斜した傾斜面となっており、
前記キャリブレーションを行うステップでは、前記キャリブレーション用試料を用いて前記内視鏡による撮像で得られる画像データのうち、前記第２の比率のキャリブレーション測定値の算出に用いる画像データとして、前記キャリブレーション用試料の画像上の前記第１の方向に対応した方向に沿ったデータを用いて、ヘモグロビンの複数の酸素飽和度に対応する前記第２の比率のキャリブレーション測定値を取得する、ことが好ましい。
【００１９】
前記第１の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、前記第２の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であることが好ましい。
前記第１の比率の算出に用いる画像データの成分の１つは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の第１波長帯域の成分であり、
前記第２の比率の算出に用いる画像データの成分の１つは、前記第１波長帯域より狭い第２の波長帯域の成分である、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
上述のキャリブレーション用試料では、０％超１００％未満の不安定な状態のヘモグロビンの吸光特性を光学的に等価な状態として実現することができる。したがって、キャリブレーション用試料を用いてキャリブレーションを行った内視鏡システムは、精度の高い酸素飽和度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態のキャリブレーション用試料の一例を説明する図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）に示す透過光を、本実施形態の内視鏡システムの撮像素子で受光することにより得た透過光の画像から得られる酸素飽和度の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す画像中の方向Ｘに沿った各位置における酸素飽和度の一例を示す図である。
【図３】本実施形態で用いる内視鏡システムの一例の構成のブロック図である。
【図４】本実施形態で用いる内視鏡システムの撮像素子の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各フィルタの分光特性の一例を示す図である。
【図５】本実施形態で用いる内視鏡システムの光源装置で用いる回転フィルタの一例の外観図（正面図）である。
【図６】５５０ｎｍ付近のヘモグロビンの吸収スペクトルの一例を示す図である。
【図７】本実施形態で用いる第１比率とヘモグロビンの濃度との関係の一例を示す図である。
【図８】本実施形態で用いる第２比率とヘモグロビンの濃度の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（キャリブレーション用試料）
以下に説明する本実施形態のキャリブレーション用試料は、生体組織におけるヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するための内視鏡システムのキャリブレーションのために用いられる。本実施形態で用いる内視鏡システムは、波長域の異なる光で生体組織を被写体として照明して撮像した複数のカラー画像データに基づいて生体組織中のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を定量的に算出して、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度の分布を表す特徴量布画像を表示するシステムである。
【００２３】
内視鏡システムでは、内視鏡システムで撮像した生体組織の画像データから得られるパラメータ（後述する第１の比率及び第２の比率）から、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度と上記パラメータとの間の対応関係を参照して、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。内視鏡システムを使用する前に、上記対応関係を設定するために、本実施形態のキャリブレーション用試料を用いてキャリブレーションを行う。キャリブレーションとは、キャリブレーション用試料を内視鏡システムで読み取った結果と、キャリブレーション用試料で定められるヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度との間の対応関係を設定することをいう。
【００２４】
図１（ａ），（ｂ）は、本実施形態のキャリブレーション用試料の一例を説明する図である。
図１（ａ）は、キャリブレーション用試料１の構成の一例を示す。キャリブレーション用試料１は、第１透明容器室１０と、第２透明容器室２０と、配置機構３０、とを有する。
第１透明容器室１０には、第１のヘモグロビン１２、例えば酸素飽和度が１００％である酸素化ヘモグロビンが所定の濃度で充填されている。第１のヘモグロビン１２は、第１透明容器室１０内に密封されている。
第２透明容器室２０には、第２のヘモグロビン２２、例えば酸素飽和度が０％である還元ヘモグロビンが所定の濃度で充填されている。第２のヘモグロビン２２は、第２透明容器室２０内に密封されている。
なお、第２のヘモグロビンは、還元剤を用いて第２透明容器室２０内で第１のヘモグロビンを還元させたヘモグロビンであることが、所定の酸素飽和度で安定したヘモグロビンを充填することができる点から好ましい。
第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０の容器は、透明な材料で構成され、例えばガラスやスチレン樹脂で構成される。
図１に示すキャリブレーション用試料１は、第１透明容器室１０の容器と、第２透明容器室２０の容器とが独立しており、この独立した容器を配置機構３０で１つに統合させたものであるが、第１透明容器室１０と、第２透明容器室２０とが配置機構３０を用いることなく一体化した容器で構成されてもよい。
【００２５】
本実施形態の第１のヘモグロビン１２、第２のヘモグロビン２２は、酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに限定されず、酸素飽和度が異なるヘモグロビンであれば特に制限されず、酸素飽和度が０％超１００％未満のヘモグロビンであってもよい。第１のヘモグロビン１２の酸素飽和度と第２のヘモグロビン２２の酸素飽和度との差は、５０％以上であることが好ましい。
【００２６】
配置機構３０は、第１透明容器室１０の容器と第２透明容器室２０の容器が以下に示すような位置関係になるように配置固定するための機構である。配置機構３０の構成は、特に制限されない。配置機構３０は、例えば、第１透明容器室１０の内壁面に設けられたねじ溝と、第２透明容器室２０の外周壁面に設けられたネジ溝とで構成され、ネジ溝同士が噛み合って、第１透明容器室１０と第２透明容器室２０が互いに固定される機構である。
ここで、配置機構３０は、第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０のいずれか一方に光が入射し、第１のヘモグロビン１２及び第２のヘモグロビン２２を光が通過して第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０のいずれか一方から出射するように構成されている。光の入射と出射の場所は、同じ透明容器室であってもよいし、異なる透明容器室であってもよい。このとき、第１のヘモグロビン１２の第１光路長さｌ１と第２のヘモグロビン２２の第２光路長さｌ２の合計を一定に維持しながら、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比が互いに異なる複数の光路を備えるように第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０を配置する。
【００２７】
図１（ａ）に示す例では、第１透明容器室１０の一部に第２透明容器室２０の容器が進入して配置機構３０で固定されている。第２透明容器室２０の底部は、例えば底部の端に近づくほど面積が小さくなる円錐形状あるいは角錐形状になった壁面を有する。したがって、第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０の深さ方向Ｄの各位置において、位置が変わると、第１のヘモグロビン１２の第１光路長さｌ１と第２のヘモグロビン２２の第２光路長さｌ２の合計を一定に維持しながら、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比が互いに異なる複数の光路が形成される。図１（ａ）に示す例では、左側から第１透明容器室１０の壁に入射した光は、第１のヘモグロビン１２、第２透明容器室２０の壁、第２のヘモグロビン２２、第２透明容器室２０の壁、第１のヘモグロビン１２、及び第１透明容器室１０の壁を通過して出射し、後述する内視鏡システムの撮像素子に受光される。
【００２８】
したがって、領域Ｒの透過光４０を受光することにより、第１のヘモグロビンの酸素飽和度から第２のヘモグロビンの酸素飽和度の間の各位置に対応した透過率を反映した透過光４０を受光することができる。図１（ａ）に示す例では、第２透明容器室２０の壁は、直線的に傾斜しているので、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比は連続的に変化する。透過率は、ランベルト・ベールの法則にしたがうので、第１光路長さｌ１と、第１のヘモグロビンの濃度と、第１のヘモグロビンのモル吸光係数の積と、第２光路長さｌ２と、第２のヘモグロビンの濃度と、第２のヘモグロビンのモル吸光係数の積との和に応じて定まる。第１のヘモグロビンの濃度と第２のヘモグロビンの濃度は、同じであり、第１のヘモグロビンのモル吸光係数及び第２のヘモグロビンのモル吸光係数は一定値であるので、深さ方向Ｄの各位置で、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比が変化することで光の透過率が変化する。一方、酸素飽和度は、ヘモグロビンの酸素飽和度１００％の量と酸素飽和度０％の量の比で定まる値であり、本実施形態の酸素飽和度は、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比によって定まる。したがって、深さ方向Ｄに沿った各位置に応じて定まる安定したヘモグロビンの酸素飽和度と、その位置における光の測定結果との間の対応関係を取得することができる。酸素飽和度は、複合容器の形状寸法から求めることもできるし、分光画像の解析から予め値付けすることも可能である。
【００２９】
なお、図１（ａ）に示す例では、キャリブレーション用試料１から出射し受光される光は、第１のヘモグロビン１２及び第２のヘモグロビン２２を透過した透過光であるが、第１のヘモグロビン１２及び第２のヘモグロビン２２を通過した光で、キャリブレーション用試料１に入射した光と同じ透明容器室の壁から出射する反射光を用いることもできる。しかし、透過光を用いることが、壁面での反射特性等を考慮する必要が無く精度の高い測定を行なうことができる点から、好ましい。
【００３０】
図１（ａ）に示す例では、第２透明容器室２０の底部の壁は、直線的に傾斜するが、必ずしも直線的に傾斜していなくてもよく、曲線的に傾斜してもよい。また、キャリブレーション試料１は、第１透明容器室１０の内側の空間に第２透明容器室２０が入り込む形態であるが、第２透明容器室２０の内側の空間に第１透明容器室１０が入り込む形態であってもよいし、第１透明容器室１０と第２透明容器室２０が、互いに入り込む形態ではなく、外壁同士が対向するように配置した形態であってもよい。
【００３１】
図１（ｂ）は、酸素飽和度１００％（太線）、すなわち、酸素化ヘモグロビンにおける透過率のスペクトル波形と、酸素飽和度０％（細線）、すなわち、還元ヘモグロビンにおける透過率のスペクトル波形を示している。したがって、透過光４０を受光することにより、酸素飽和度０％超１００％未満の酸素飽和度のヘモグロビンにおける透過率に対応した情報を得ることができる。
本実施形態の後述する内視鏡システムでは、キャリブレーション用試料１を用いることにより、酸素飽和度０％超１００％未満の酸素飽和度のヘモグロビンにおける透過光４０を受光して得られるパラメータ（第１の比率、第２の比率）と、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度との間の対応関係を作成することができる。
【００３２】
図２（ａ）は、図１（ａ）に示す透過光４０を、後述する内視鏡システムの撮像素子で受光することにより得た透過光の画像から得られる酸素濃度の分布の一例を示す図である。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す画像の方向Ｘに沿った各位置における酸素飽和度の一例を示す図である。方向Ｘは、図１（ａ）に示す深さ方向Ｄに対応する。図２（ｂ）に示すように、内視鏡システムで算出した酸素飽和度は、略直線的に変化していることがわかる。このように、キャリブレーション用試料１を用いることにより、０％、１００％の酸素飽和度の他に、０％超１００％未満の酸素飽和度の画像データの情報を得ることができる。しかも、酸素飽和度が連続して変化する情報を得ることができる。
このように、キャリブレーション用試料１では、第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０の光路に対して直交する平面内の深さ方向Ｄ（第１の方向）に沿って、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比が連続して変化するように、第１のヘモグロビンと第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁は、平面に対して傾斜した傾斜面となっていることが好ましい。
したがって、すでにキャリブレーションが行われている内視鏡システムでも、内視鏡システムの使用開始前に、キャリブレーション用試料１をキャリブレーションに用いることで、内視鏡システムで用いる画像データから得られるパラメータ（第１の比率、第２の比率）と、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度との間の対応関係を再設定することができる。
なお、キャリブレーション用試料１は、ヘモグロビンの濃度が異なる複数種類の試料として用意される。
【００３３】
このようなキャリブレーション用試料１は、以下のように作製することができる。
（１）所定の濃度で第１の酸素飽和度の第１のヘモグロビン１２を第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０に充填する。
（２）第２透明容器室２０内で、還元剤を用いて、第１のヘモグロビン１２が第２の酸素飽和度の第２のヘモグロビン２２になるように還元させる。
（３）第１透明容器室１０及び第２透明容器室１２のいずれか一方に光が入射し、第１のヘモグロビン１２及び第２のヘモグロビン２２を光が通過して第１透明容器室１０及び第２透明容器室１２のいずれか一方から出射し、さらに、第１のヘモグロビン１２の第１光路長さｌ１と第２のヘモグロビン２２の第２光路長さｌ２の合計を一定に維持しながら、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比が互いに異なる複数の光路が形成されるように、第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０を配置する。
【００３４】
このとき、第１のヘモグロビン１２と第２のヘモグロビン２２の境界を分ける容器の壁が、光路に対して直交する平面に対して傾斜するように第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０を配置することにより、平面内の深さ方向Ｄ（第１の方向）に沿って、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比を連続して変化させることができる。これにより、複数の酸素飽和度の情報を、深さＤ方向の各位置から取得することができる点から好ましい。
以降、シミュレーション用試料１を用いてキャリブレーションを行い、キャリブレーションを行った後、生体組織の撮像画像からヘモグロビンの濃度及び酸素飽和度を算出する内視鏡システムを説明する。
【００３５】
（内視鏡システムの構成）
図３は、本実施形態に用いる内視鏡システム５０の構成を示すブロック図である。内視鏡システム５０は、電子内視鏡（内視鏡）１００、プロセッサ２００、ディスプレイ３００、及び光源装置４００を備える。電子内視鏡１００及びディスプレイ３００は、プロセッサ２００に着脱可能に接続されている。プロセッサ２００は、画像処理部５００を備える。光源装置４００は、プロセッサ２００に着脱自在に接続されている。
【００３６】
電子内視鏡１００は、被検者の体内に挿入される挿入管１１０を有する。挿入管１１０の内部には、挿入管１１０の略全長に亘って延びるライトガイド１３１が設けられている。ライトガイド１３１の一端部である先端部１３１ａは、挿入管１１０の先端部、すなわち挿入管先端部１１１近傍に位置し、ライトガイド１３１の他端部である基端部１３１ｂは、光源装置４００との接続部に位置する。したがって、ライトガイド１３１は、光源装置４００との接続部から挿入管先端部１１１近傍まで延びている。
光源装置４００は、キセノンランプ等の光量の大きい光を生成する光源ランプ４３０を光源として備える。光源装置４００から出射した光は照明光ＩＬとして、ライトガイド１３１の基端部１３１ｂに入射する。ライトガイド１３１の基端部１３１ｂに入射した光は、ライトガイド１３１を通ってその先端部１３１ａに導かれ、先端部１３１ａから出射される。電子内視鏡１００の挿入管先端部１１１には、ライトガイド１３１の先端部１３１ａと対向して配置された配光レンズ１３２が設けられている。ライトガイド１３１の先端部１３１ａから出射する照明光ＩＬは、配光レンズ１３２を通過して、挿入管先端部１１１の近傍の生体組織Ｔを照明する。
【００３７】
電子内視鏡１００の挿入管先端部１１１には対物レンズ群１２１及び撮像素子１４１が設けられている。対物レンズ群１２１及び撮像素子１４１は撮像部を形成する。照明光ＩＬのうち、生体組織Ｔの表面で反射又は散乱された光は、対物レンズ群１２１に入射し、集光されて、撮像素子１４１の受光面上で結像する。撮像素子１４１は、その受光面にカラーフィルタ１４１ａを備えたカラー画像撮像用のＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の公知撮像素子を使用することができる。
【００３８】
カラーフィルタ１４１ａは、赤色の光を通過させるＲカラーフィルタと、緑色の光を通過させるＧカラーフィルタと、青色の光を通過させるＢカラーフィルタとが配列され、撮像素子１４１の各受光素子上に直接形成された、いわゆるオンチップフィルタである。図４は、本実施形態で用いる撮像素子の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各フィルタの分光特性の一例を示す図である。本実施形態のＲカラーフィルタは、波長約５７０ｎｍより長波長（例えば５８０ｎｍ〜７００ｎｍ）の光を通過させるフィルタであり、Ｇカラーフィルタは、波長約４７０ｎｍ〜６２０ｎｍの光を通過させるフィルタであり、Ｂカラーフィルタは、波長約５３０ｎｍより短波長（例えば４２０ｎｍ〜５２０ｎｍ）の光を通過させるフィルタである。
【００３９】
撮像素子１４１は、複数の光のそれぞれで照明された生体組織Ｔを撮像して、各光に対応したカラー画像データを生成する撮像手段であり、波長範囲が異なる複数の光で生体組織Ｔを照明することにより生体組織Ｔ上で反射したあるいは散乱した光に対応するカラー画像データを生成する画像データ生成手段である。撮像素子１４１は、後述する画像処理部５００と同期して駆動するように制御され、受光面上で結像した生体組織Ｔの像に対応するカラー画像データを、周期的に（例えば、１／３０秒間隔で）出力する。撮像素子１４１から出力されたカラー画像データは、ケーブル１４２を介してプロセッサ２００の画像処理部５００に送られる。
【００４０】
画像処理部５００は、Ａ／Ｄ変換回路５０２、プレ画像処理部５０４、フレームメモリ部５０６、ポスト画像処理部５０８、特徴量取得部５１０、メモリ５１２、画像表示制御部５１４、及びコントローラ５１６を主に備える。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換回路５０２は、電子内視鏡１００の撮像素子１４１からケーブル１４２を介して入力されるカラー画像データをＡ／Ｄ変換してデジタルデータを出力する。Ａ／Ｄ変換回路５０２から出力されるデジタルデータは、プレ画像処理部５０４に送られる。
【００４２】
プレ画像処理部５０４は、デジタルデータを、Ｒカラーフィルタが装着された撮像素子１４１中の受光素子によって撮像されたＲデジタル画像データ、Ｇカラーフィルタが装着された撮像素子１４１中の受光素子によって撮像されたＧデジタル画像データ、及びＢカラーフィルタが装着された撮像素子１４１中の受光素子によって撮像されたＢデジタル画像データからデモザイク処理により、画像を構成するＲ，Ｇ，Ｂ成分のカラー画像データを生成する。さらに、プレ画像処理部５０４は、生成したＲ，Ｇ，Ｂのカラー画像データに対して、色補正、マトリックス演算、及びホワイトバランス補正等の所定の信号処理を施す部分である。
【００４３】
フレームメモリ部５０６は、撮像素子１４１で撮像され、信号処理の施された１画像毎のカラー画像データを一時記憶する。
【００４４】
ポスト画像処理部５０８は、フレームメモリ部５０６に記憶されたカラー画像データを読み出して、あるいは後述する画像表示制御部５１４で生成された画像データを信号処理（γ補正等）してディスプレイ表示用の画面データを生成する。画像表示制御部５１４で生成された画像データは、後述するように、生体組織Ｔのヘモグロビンの酸素飽和度の分布を示した酸素飽和度分布画像等の特徴量の分布画像のデータを含む。生成された画面データ（ビデオフォーマット信号）は、ディスプレイ３００に出力される。これにより、生体組織Ｔの画像や生体組織Ｔの特徴量の分布画像等がディスプレイ３００の画面に表示される。
【００４５】
特徴量取得部５１０は、コントローラ５１６の指示に応じて、後述するように、撮像された生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度とヘモグロビンの酸素飽和度を特徴量として算出し、これらの特徴量の、撮像した生体組織Ｔの像上の分布画像、すなわち、ヘモグロビン濃度の分布を示した分布画像やヘモグロビンの酸素飽和度の分布を示した酸素飽和度分布画像を生成する。
特徴量取得部５１０は、波長域の異なる複数の光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データを用いて演算することにより特徴量を算出するので、フレームメモリ部５０６あるいはメモリ５１２から、特徴量取得部５１０で用いるカラー画像データ及び各種情報を呼び出す。
【００４６】
画像表示制御部５１４は、撮像した生体組織Ｔの像に、特徴量取得部５１０で生成したヘモグロビンの酸素飽和度分布画像を重ねて表示するように制御する。
コントローラ５１６は、画像処理部５００の各部分の動作指示及び動作制御を行う他、光源装置４００、撮像素子１４１を含む電子内視鏡１００の各部分の動作指示及び動作制御を行う部分である。
なお、特徴量取得部５１０及び画像表示制御部５１４は、コンピュータ上でプログラムを起動して実行することで上述した各機能を担うソフトウェアモジュールで構成されてもよいし、ハードウェアで構成されてもよい。
【００４７】
このように、プロセッサ２００は、電子内視鏡１００の撮像素子１４１から出力されるカラー画像データを処理する機能と、電子内視鏡１００、光源装置４００、及びディスプレイ３００の動作を指示し制御する機能とを兼ね備える。
【００４８】
光源装置４００は、第１の光、第２の光、及び第３の光を出射する光出射手段であり、第１の光、第２の光、及び第３の光をライトガイド１３１に入射させる。本実施形態の光源装置４００は、波長域の異なる第１の光、第２の光、及び第３の光を出射するが、４つ以上の光を出射させてもよい。この場合、第４の光は、第１の光と同じ波長域の光としてもよい。光源装置４００は、光源ランプ４３０の他に、集光レンズ４４０、回転フィルタ４１０、フィルタ制御部４２０及び集光レンズ４５０を備えている。光源ランプ４３０から射出される略平行光である光は、例えば白色光であり、集光レンズ４４０によって集光され、回転フィルタ４１０を通過した後、集光レンズ４５０によって再度集光されて、ライトガイド１３１の基端１３１ｂに入射する。なお、回転フィルタ４１０は、リニアガイドウェイ等の図示されない移動機構によって、光源ランプ４３０から放射される光の光路上の位置と光路外の退避位置との間で移動可能になっている。回転フィルタ４１０は、透過特性の異なる複数のフィルタを含むので、光源ランプ４３０から放射される光の光路を横切る回転フィルタ４１０の種類によって、光源装置４００から出射する光の波長域は異なる。
【００４９】
なお、光源装置４００の構成は、図３に示されるものに限定されない。例えば、光源ランプ４３０に平行光でなく収束光を発生するランプを採用してもよい。この場合、例えば、光源ランプ４３０からの放射される光を集光レンズ４４０の手前で集光させ、拡散光として集光レンズ４４０に入射させる構成を採用してもよい。また、集光レンズ４４０を使用せず、光源ランプ４３０が発生する略平行光を直接回転フィルタ４１０に入射させる構成を採用してもよい。また、収束光を発生するランプを使用する場合、集光レンズ４４０の替わりにコリメータレンズを使用して、略平行光の状態で光を回転フィルタ４１０に入射させる構成を採用してもよい。例えば、回転フィルタ４１０に誘電体多層膜フィルタ等の干渉型の光学フィルタを使用する場合、略平行光の光を回転フィルタ４１０に入射させることで、光学フィルタへの光の入射角を均一にすることにより、より良好なフィルタ特性を得ることができる。また、光源ランプ４３０に発散光を発生するランプを採用してもよい。この場合にも、集光レンズ４４０の替わりにコリメータレンズを使用して、略平行光の光を回転フィルタ４１０に入射させる構成を採用することができる。
【００５０】
また、光源装置４００は、１つの光源ランプ４３０から放射された光を光学フィルタに透過させることで、異なる波長域の複数の光を出射する構成であるが、光源ランプ４３０の代わりに、異なる波長域の異なる複数の光、例えば発光ダイオードやレーザ光を出力するレーザ素子等の半導体光源を光源装置４００の光源として用いることもできる。この場合、回転フィルタ４１０を用いなくてもよい。また、光源装置４００は、例えば、所定の波長域の励起光とその励起光によって励起発光する蛍光とを含む合成白色光と、所定の狭い波長域の光を別々に出射するように光源装置４００を構成することもできる。光源装置４００は、波長域の異なる複数の光を出射するものであれば構成は特に制限されない。
【００５１】
回転フィルタ４１０は、複数の光学フィルタを備えた円盤型の光学ユニットであり、その回転角度に応じて光の通過波長域が切り替わるように構成されている。本実施形態の回転フィルタ４１０は、通過波長帯域が異なる３つの光学フィルタを備えるが、４つ、５つ、または６以上の光学フィルタを備えてもよい。回転フィルタ４１０の回転角度は、コントローラ５１６に接続されたフィルタ制御部４２０によって制御される。コントローラ５１６がフィルタ制御部４２０を介して回転フィルタ４１０の回転角度を制御することにより、回転フィルタ４１０を通過してライトガイド１３１に供給される照明光ＩＬの波長域が切り替えられる。
【００５２】
図５は、回転フィルタ４１０の外観図（正面図）である。回転フィルタ４１０は、略円盤状のフレーム４１１と、３つの扇形の光学フィルタ４１５、４１６及び４１８を備えている。フレーム４１１の中心軸の周りには３つの扇状の窓４１４ａ、４１４ｂ及び４１４ｃが等間隔で形成されており、各窓４１４ａ、４１４ｂ及び４１４ｃには、それぞれ光学フィルタ４１５、４１６及び４１８が嵌め込まれている。なお、本実施形態の光学フィルタは、いずれも誘電体多層膜フィルタであるが、他の方式の光学フィルタ（例えば、吸収型の光学フィルタや誘電体多層膜を反射膜として用いたエタロンフィルタ等）を用いてもよい。
【００５３】
また、フレーム４１１の中心軸上にはボス穴４１２が形成されている。ボス穴４１２には、フィルタ制御部４２０が備える図示されないサーボモータの出力軸が差し込まれて固定され、回転フィルタ４１０はサーボモータの出力軸と共に回転する。
【００５４】
回転フィルタ４１０が図５中の矢印で示される方向に回転すると、この光が入射する光学フィルタが、光学フィルタ４１５、４１６、４１８の順に切り替わり、これにより回転フィルタ４１０を通過する照明光ＩＬの波長帯域が順次切り替えられる。
【００５５】
光学フィルタ４１５及び４１６は、５５０ｎｍ帯の光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタである。図６に示されるように、光学フィルタ４１５は、等吸収点Ｅ１からＥ４までの波長域Ｒ０（Ｗ帯）の光を低損失で通過させ、それ以外の波長域の光を遮断するように構成されている。また、光学フィルタ４１６は、等吸収点Ｅ２からＥ３までの波長域Ｒ２（Ｎ帯）の光を低損失で通過させ、それ以外の波長域の光を遮断するように構成されている。
また、光学フィルタ４１８は、紫外線カットフィルタであり、可視光波長域では、光源ランプ４３０から放射された光は光学フィルタ４１８を透過する。光学フィルタ４１８を透過した光は、白色光ＷＬとして通常観察像の撮像に使用される。なお、光学フィルタ４１８を使用せず、フレーム４１１の窓４１４ｃを開放した構成としてもよい。
したがって、光源ランプ４３０から放射される光のうち光学フィルタ４１５を透過した光を、以降Ｗｉｄｅ光といい、光源ランプ４３０から放射される光のうち光学フィルタ４１６を透過した光を、以降Ｎａｒｒｏｗ光といい、光源ランプ４３０から放射される光のうち光学フィルタ４１８を透過した光を、以降白色光ＷＬという。
【００５６】
図６は、５５０ｎｍ付近のヘモグロビンの吸収スペクトルの一例を示す図である。
図６に示されるように、波長域Ｒ１は酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークＰ１のピーク波長が含まれる帯域であり、波長域Ｒ２は還元ヘモグロビンに由来する吸収ピークＰ２のピーク波長が含まれる帯域であり、波長域Ｒ３は酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークＰ３のピーク波長が含まれる帯域である。また、波長域Ｒ０には、３つの吸収ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３の各ピーク波長が含まれている。
【００５７】
また、光学フィルタ４１５の波長域Ｒ０及び光学フィルタ４１６の波長域Ｒ２は、カラーフィルタ１４１ａのＧカラーフィルタの通過波長域（図４）に含まれている。従って、光学フィルタ４１５又は４１６を通過した光によって形成される生体組織Ｔの像は、撮像素子１４１で撮像されたカラー画像データのＧ成分の像として得られる。
【００５８】
フレーム４１１の周縁部には、貫通孔４１３が形成されている。貫通孔４１３は、フレーム４１１の回転方向において、窓４１４ａと窓４１４ｃとの境界部と同じ位置（位相）に形成されている。フレーム４１１の周囲には、貫通孔４１３を検出するためのフォトインタラプタ４２２が、フレーム４１１の周縁部の一部を囲むように配置されている。フォトインタラプタ４２２は、フィルタ制御部４２０に接続されている。
【００５９】
このように、本実施形態の光源装置４００は、複数の光学フィルタ４１５，４１６，４１８を光源ランプ４３０の放射した光の光路中で順次切り替えることにより波長域の異なる光、すなわちＷｉｄｅ光、Ｎａｒｒｏｗ光、及び白色光ＷＬを照明光ＩＬとして出射する構成を備えることが好ましい。
【００６０】
（生体組織の特徴量の算出）
生体組織Ｔの特徴量（ヘモグロビンの濃度、ヘモグロビンの酸素飽和度）は、プロセッサ５００の特徴量取得部５１０で算出される。撮像した生体組織Ｔの画像から生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度、及びヘモグロビンの酸素飽和度を特徴量として算出する処理を以下説明する。
【００６１】
図６に示すように、ヘモグロビンは、５５０ｎｍ付近にポルフィリンに由来するＱ帯と呼ばれる強い吸収帯を有する。ヘモグロビンの吸収スペクトルは、全ヘモグロビンのうち酸素化ヘモグロビンＨｂＯが占める割合を表す酸素飽和度に応じて変化する。図６における実線の波形は、酸素飽和度が１００％、すなわち、酸素化ヘモグロビンＨｂＯの吸収スペクトルであり、長破線の波形は、酸素飽和度が０％、すなわち、還元ヘモグロビンＨｂの吸収スペクトルである。また、短破線は、その中間の酸素飽和度＝１０、２０、３０、・・・９０％におけるヘモグロビン、すなわち酸素化ヘモグロビンＨｂＯと還元ヘモグロビンＨｂの混合物の吸収スペクトルである。
【００６２】
図６に示すように、Ｑ帯において、酸素化ヘモグロビンＨｂＯと還元ヘモグロビンＨｂは互いに異なるピーク波長を有する。具体的には、酸素化ヘモグロビンＨｂＯは、波長５４２ｎｍ付近の吸収ピークＰ１と、波長５７６ｎｍ付近の吸収ピークＰ３を有している。一方、還元ヘモグロビンＨｂは、５５６ｎｍ付近に吸収ピークＰ２を有している。図６は、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ、還元ヘモグロビンＨｂの濃度の和が一定となる場合の吸収スペクトルであるため、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ及び還元ヘモグロビンＨｂの比率、すなわち、酸素飽和度によらず吸光度が一定となる等吸収点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４が現れる。以下の説明では、等吸収点Ｅ１とＥ２とで挟まれた波長帯域は、先に光学フィルタ４１０で説明した波長帯域Ｒ１であり、等吸収点Ｅ２とＥ３とで挟まれた波長領域は波長帯域Ｒ２であり、等吸収点Ｅ３とＥ４とで挟まれた波長帯域は波長帯域Ｒ３であり、等吸収点Ｅ１とＥ４とで挟まれた波長帯域、すなわち波長帯域Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を合わせた帯域は、波長帯域Ｒ０である。したがって、光源ランプ４３０から放射された光のうち光学フィルタ４１５を透過した透過光であるＷｉｄｅ光の波長帯域は、波長帯域Ｒ０であり、光源ランプ４３０から放射された光のうち光学フィルタ４１６を透過した透過光であるＮａｒｒｏｗ光の波長帯域は、波長帯域Ｒ２である。
【００６３】
図６に示されるように、波長帯域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３では、ヘモグロビンの吸収は酸素飽和度に対して線形的に増加又は減少する。具体的には、波長帯域Ｒ１，Ｒ３におけるヘモグロビンの吸光率の合計値ＡＲ１，ＡＲ３は、酸素化ヘモグロビンの濃度、すなわち酸素飽和度に対して線形的に増加する。また、波長帯域Ｒ２におけるヘモグロビンの吸光率の合計値ＡＲ２は、還元ヘモグロビンの濃度に対して線形的に増加する。
【００６４】
ここで、酸素飽和度は次の式（１）により定義される。
【００６５】
式（１）：
【数１】
2018108314.tif 000003
但し、
Ｓａｔ：酸素飽和度
［Ｈｂ］：還元ヘモグロビンの濃度
［ＨｂＯ］：酸素化ヘモグロビンの濃度
［Ｈｂ］＋［ＨｂＯ］：ヘモグロビンの濃度（ｔＨｂ）
【００６６】
また、式（１）より、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ及び還元ヘモグロビンＨｂの濃度を表す式（２）、式（３）が得られる。
【００６７】
式（２）：
【数２】
2018108314.tif 000004
【００６８】
式（３）：
【数３】
2018108314.tif 000005
【００６９】
したがって、ヘモグロビンの吸光率の合計値ＡＲ１、ＡＲ２及びＡＲ３は、酸素飽和度とヘモグロビンの濃度の両方に依存する特徴量となる。
【００７０】
ここで、波長帯域Ｒ０における吸光率の合計値は、酸素飽和度には依存せず、ヘモグロビンの濃度によって決まる値となることが判明している。したがって、波長帯域Ｒ０における吸光率の合計値に基づいてヘモグロビンの濃度を定量することができる。また、波長帯域Ｒ１、波長帯域Ｒ２、あるいは波長帯域Ｒ３における吸光率の合計値と、波長帯域Ｒ０の吸光率の合計値に基づいて定量したヘモグロビンの濃度とに基づいて、酸素飽和度を定量することができる。
【００７１】
本実施形態の特徴量取得部５１０は、生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度に対して感度を有する後述する第１比率に基づいて生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度を算出し取得するヘモグロビン量算出部５１０ａと、算出したヘモグロビンの濃度とヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する後述する第２比率に基づいて生体組織Ｔのヘモグロビンの酸素飽和度を算出し取得する酸素飽和度算出部５１０ｂと、を含む。
【００７２】
Ｗｉｄｅ光（光学フィルタ４１５を透過した波長帯域Ｒ０の光）で照明した生体組織Ｔのカラー画像データの輝度成分の値が、上述の波長帯域Ｒ０における吸光度の合計値に対応することから、本実施形態の特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、波長帯域Ｒ０のカラー画像データの輝度成分に基づいてヘモグロビンの濃度を算出する。ここで、輝度成分は、カラー画像データのＲ成分に所定の係数を掛け算し、カラー画像データのＧ成分に所定の係数を掛け算し、カラー画像データのＢ成分の値に所定の係数を掛け算し、これらの掛け算した結果を合算することで算出することができる。
特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、具体的には、Ｗｉｄｅ光（第２の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅ（以降、単にＷｉｄｅともいう）を、白色光ＷＬ（第１の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第１のカラー画像データ）のＲ成分ＷＬ（Ｒ）、あるいはＲ成分ＷＬ（Ｒ）及びＧ成分ＷＬ（Ｇ）の合計成分ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）で割った比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝（第１比率）に基づいてヘモグロビンの濃度を算出する。ヘモグロビンの濃度の算出において、輝度成分Ｗｉｄｅを、ＷＬ（Ｒ）あるいは｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝で割った比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝を用いるのは、照明光ＩＬが生体組織Ｔの表面で散乱する程度によって生体組織Ｔの分光特性が変化することを除去するためである。特に、消化管内壁等の生体組織Ｔの反射スペクトルは、生体組織Ｔを構成する成分による吸収の波長特性（具体的には、酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸収スペクトル特性）に加えて、生体組織Ｔによる照明光の散乱の波長特性の影響を受け易い。白色光ＷＬ（第１の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第１のカラー画像データ）のＲ成分ＷＬ（Ｒ）、あるいはＲ成分及びＧ成分の合計成分ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）は、ヘモグロビンの濃度や酸素飽和度の影響を受けず、照明光ＩＬの生体組織Ｔにおける散乱の程度を表す。したがって、生体組織Ｔの反射スペクトルから、照明光ＩＬの生体組織Ｔにおける散乱の影響を除去するために、白色光ＷＬ（基準光）の波長帯域は、第１のカラー画像データの成分の１つが、生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むように設定されていることが好ましい。これに加えて、白色光ＷＬ（基準光）の波長帯域は、第１のカラー画像データの成分の１つが、酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むように設定されていることが好ましい。
本実施形態では、所定の濃度のヘモグロビンの吸光特性を再現した上述した固体試料３における上述の第１比率の情報とヘモグロビンの濃度の対応関係を表した参照テーブルをメモリ５１２に予め記憶しておき、特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、この参照テーブルを用いて、生体組織Ｔの撮像したカラー画像データにおける上記第１比率の値に基づいてヘモグロビンの濃度を算出する。
【００７３】
本実施形態のヘモグロビンの濃度の算出では、第１比率として、Ｗｉｄｅ光（第２の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅと、白色光ＷＬ（第１の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第１のカラー画像データ）のＲ成分ＷＬ（Ｒ）、あるいはＲ成分及びＧ成分の合計成分ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）の比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝を用いることが好ましいが、Ｗｉｄｅ光（第２の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅの代わりにＧ成分Ｗｉｄｅ（Ｇ）を用いることも好ましい。
【００７４】
さらに、上述したように、酸素飽和度の上昇とともに波長帯域Ｒ２における吸光度の合計値が低下すること、及び、波長帯域Ｒ０における吸光度の合計値はヘモグロビンの濃度に応じて変化するが、酸素飽和度の変化に係わらず一定であることから、特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、以下に定める第２比率に基づいて酸素飽和度を算出する。すなわち、特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、光学フィルタ４１６を通過した波長帯域Ｒ２の光であるＮａｒｒｏｗ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第３のカラー画像データ）の輝度成分Ｎａｒｒｏｗ（以降、単にＮａｒｒｏｗともいう）と、Ｗｉｄｅ光（光学フィルタ４１６を透過した波長帯域Ｒ０の光）で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅとの比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅを、第２比率として算出する。一方、ヘモグロビンの濃度と、酸素飽和度＝０％における第２比率の下限値及び酸素飽和度＝１００％における第２比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの上限値との関係を表した対応関係を、上述した固定試料３から求めてメモリ５１２に予め記憶しておく。特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、生体組織Ｔの撮像によって生成したカラー画像データから得られるヘモグロビンの濃度の算出結果と上記対応関係を用いて、第２比率の下限値及び上限値を求める。さらに、酸素飽和度算出部５１０ｂは、求めた下限値と上限値の間で酸素飽和度は第２比率に応じて線形的に変化することを利用して、撮像した生体組織Ｔの第２比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値がどの酸素飽和度の位置にあるかを算出する。このようにして、特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、酸素飽和度の算出を行う。
また、ヘモグロビンの濃度及び第２比率の値とヘモグロビンの酸素飽和度との対応関係を表した参照テーブルを上述した固定試料３から求めて予めメモリ５１２に記憶しておき、この参照テーブルを参照して、算出した第２比率からヘモグロビンの酸素飽和度を算出することもできる。
【００７５】
本実施形態では、第２比率を、Ｎａｒｒｏｗ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第３のカラー画像データ）の輝度成分Ｎａｒｒｏｗと、Ｗｉｄｅ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅとの比率として用いるが、Ｎａｒｒｏｗ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第３のカラー画像データ）のＧ成分Ｎａｒｒｏｗ（Ｇ）と、Ｗｉｄｅ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）のＧ成分Ｗｉｄｅ（Ｇ）との比率を用いることもできる。
【００７６】
また、本実施形態では、第２比率の算出のために、生体組織Ｔの照明のために波長帯域Ｒ２のＮａｒｒｏｗ光を用いるが、Ｎａｒｒｏｗ光には限られない。例えば、酸素飽和度の変化に対して吸光度の合計値が変化する波長帯域Ｒ１あるいは波長帯域Ｒ２を利用することを意図して、波長帯域Ｒ１あるいは波長帯域Ｒ２を波長帯域とする光を用いることもできる。この場合、光学フィルタ４１６のフィルタ特性を波長帯域Ｒ１あるいは波長帯域Ｒ２に設定するとよい。
【００７７】
図７は、第１比率とヘモグロビンの濃度との関係の一例を示す図である。特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、上述したように第１比率を求めると、図７に示すような対応関係（この対応関係を、以降第１の対応関係ともいう）を表した参照テーブルを参照して、求めた第１比率に基づいてヘモグロビンの濃度を求める。図７は、第１比率の値に基づいてヘモグロビンの濃度Ｈ１を求めたことを表している。図７の横軸及び縦軸の数値は、便宜的に０〜１０２４の値で表されている。
【００７８】
図８は、第２比率とヘモグロビンの濃度の関係の一例を示す図である。図８の横軸及び縦軸の数値は、便宜的に０〜１０２４の値で表されている。
特徴量取得部５１０の酸素飽和度量算出部５１０ｂは、上述したように第２比率を求めると、ヘモグロビン量算出部５１０ａで求めたヘモグロビンの濃度と第２比率とに基づいて、図８に示す対応関係（以降、この対応関係を第２の対応関係という）を用いて、求めたヘモグロビンの濃度における第２比率に基づいてヘモグロビンの酸素飽和度を求める。
図８は、酸素飽和度０％、２５％、５０％、７５％、及び１００％の情報を示している。図８では、第２の比率Ｙとヘモグロビンの濃度Ｈ１の情報から求められる酸素飽和度が７５％であることを示している。
【００７９】
このような内視鏡システム５０では、ヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度の算出のために、図７，８に示すような第１、第２の対応関係を予め作成する（キャリブレーションを行う）。この対応関係の作成のために、本実施形態では、キャリブレーション用試料１を用いる。
したがって、プロセッサ２００のメモリ５１２は、キャリブレーション試料１を、ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のための参照試料として用いて測定した測定結果から生成される第１の対応関係及び第２の対応関係を記憶している。
第１の対応関係は、本実施形態では、ヘモグロビンの濃度と比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝の値との間の対応関係である。第２の対応関係は、本実施形態では、ヘモグロビンの酸素飽和度と比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値との間の対応関係である。
第１の対応関係は、キャリブレーション用試料１を、ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として電子内視鏡１００で撮像した測定結果である比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝（第１比率）のキャリブレーション測定値と、キャリブレーション用試料１で定めたヘモグロビンの濃度の情報との間の対応付けを含む。第２の対応関係は、キャリブレーション用試料１を参照試料として電子内視鏡１００で撮像した測定結果である比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値と、キャリブレーション用試料１で定まるヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の対応付けを含む。
プロセッサ２００は、記憶した上記第１の対応関係及び上記第２の対応関係を用いて、生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成される。
【００８０】
このような内視鏡システム５０では、以下のようなキャリブレーションを行うことができる。
（１）キャリブレーション用試料１を電子内視鏡１００で撮像することにより、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値のそれぞれを取得する。
（２）プロセッサ２００は、キャリブレーション用試料１の透過光４０を撮像素子１４１で受光した画像データを用いて上述した第１の対応関係及び第２の対応関係を生成する。
第１の対応関係は、キャリブレーション用試料１の透過光４０を撮像素子１４１で受光した画像データから得られる比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値と、第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０のヘモグロビンの濃度の情報との間の第１の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝の値との間の対応関係である。第２の対応関係は、キャリブレーション用試料１の透過光４０を撮像素子１４１で受光した画像データから得られる比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの比率のキャリブレーション測定値と、シミュレーション用試料１において位置によって定まるヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の第２の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値との間の対応関係である。
（３）プロセッサ２００は、生成した第１の対応関係及び第２の対応関係を、生体組織におけるヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度の算出に用いるために、第１の対応関係及び第２の対応関係をメモリ５１２に記憶する。
【００８１】
このとき、図１（ａ）に示すように、キャリブレーション用試料１における透過光４０の光路は、第１透明容器室１０及び第２透明容器室２０の光路に対して直交する平面内の深さ方向Ｄ（第１の方向）に沿って、第１光路長さｌ１と第２の光路長さｌ２の比が連続して変化するように、第１のヘモグロビンと第２のヘモグロビンの境界を分ける容器の壁は、上木平面に対して傾斜した傾斜面となっていることが好ましい。キャリブレーションを行うとき、キャリブレーション用試料１を用いて電子内視鏡１００による撮像で得られる画像データのうち、比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値の算出に用いる画像データとして、キャリブレーション用試料１の画像上の深さ方向Ｄ（第１の方向）に対応したＸ方向（図２（ａ）参照）に沿ったデータを用いて、ヘモグロビンの複数の酸素飽和度に対応する比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの比率のキャリブレーション測定値を取得する、ことが好ましい。
これにより、短時間に第２の対応関係を生成することができる。
【００８２】
比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝は、生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅは、生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であり、輝度成分Ｗｉｄｅは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の波長帯域の成分であり、輝度成分Ｎａｒｒｏｗは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の上記波長帯域より狭い波長帯域の成分である。これにより、ヘモグロビンの濃度及びへもブロビンの酸素飽和度を精度良く求めることができる。
【００８３】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施携帯に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１        キャリブレーション用試料
１０      第１透明容器室
１２      第１のヘモグロビン
２０      第２透明容器室
２２      第２のヘモグロビン
３０      配置機構
４０      透過光
５０      内視鏡システム
１００    電子内視鏡
１１０    挿入管
１１１    挿入管先端部
１２１    対物レンズ群
１３１    ライトガイド
１３１ａ  先端部
１３１ｂ  基端部
１３２    レンズ
１４１    撮像素子
１４１ａ  カラーフィルタ
１４２    ケーブル
２００    プロセッサ
３００    ディスプレイ
４００    光源部
４１０    回転フィルタ
４２０    フィルタ制御部
４３０    光源ランプ
４４０    集光レンズ
４５０    集光レンズ
５００    画像処理部
５０２    Ａ／Ｄ変換回路
５０４    プレ画像処理部
５０６    フレームメモリ部
５０８    ポスト画像処理部
５１０    特徴量取得部
５１２    メモリ
５１４    画像表示制御部
５１６    コントローラ
【図１】
2018108314.tif 000006
【図２】
2018108314.tif 000007
【図３】
2018108314.tif 000008
【図４】
2018108314.tif 000009
【図５】
2018108314.tif 000010
【図６】
2018108314.tif 000011
【図７】
2018108314.tif 000012
【図８】
2018108314.tif 000013