(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域成分を有する第１画像を取得する画像取得手段と、
血中ヘモグロビンの酸素飽和度と第１画像との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段と、
前記対応関係記憶手段から、前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求める酸素飽和度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示する動画表示手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記画像取得手段は、前記第１画像に加えて、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成分を有する第２画像を取得し、
前記酸素飽和度算出手段は、
前記第１画像及び第２画像に基づいて、暫定的な仮酸素飽和度を算出する仮酸素飽和度算出部と、
前記仮酸素飽和度と第１画像とを対応付ける対応付け部と、
前記仮酸素飽和度と第１画像との対応関係を前記対応関係記憶手段に反映させることにより、前記対応関係記憶手段に記憶されている対応関係を更新する更新部と、
前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を、前記対応関係記憶手段から求める酸素飽和度算出部と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】
前記仮酸素飽和度算出部は、前記第１及び第２画像間の中心部分のみを位置合わせしてから、仮酸素飽和度を求める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】
前記更新部は、前記仮酸素飽和度と第１画像との対応関係が前記対応関係記憶手段の対応関係と一致しない場合には、それら対応関係に基づく平均化処理を行った上で、前記対応関係記憶手段を更新することを特徴とする請求項２または３記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記第１画像は互いに異なる波長成分を有する複数の分光画像からなり、
前記対応関係記憶手段は、所定の分光画像間の輝度比と前記酸素飽和度との対応関係を記憶することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記複数の分光画像は、青色の分光画像、緑色の分光画像、赤色の分光画像であり、
前記対応関係記憶手段は、青色の分光画像と緑色の分光画像間の第１信号比、及び赤色の分光画像と緑色の分光画像間の第２信号比と、前記酸素飽和度との対応関係を記憶することを特徴とする請求項５記載の内視鏡システム。
【請求項７】
白色光を被検体に照射する照明手段を備え、
前記画像取得手段は、前記白色光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより、前記青色の分光画像、前記緑色の分光画像、及び前記赤色の分光画像を取得することを特徴とする請求項６記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記白色光は、青色狭帯域光とこの青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含む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】
青色光、緑色光、赤色光を被検体に順次照射する照明手段を備え、
前記画像取得手段は、各色の光の反射像をモノクロの撮像素子で順次撮像することにより、前記青色の分光画像、前記緑色の分光画像、及び前記赤色の分光画像を取得することを特徴とする請求項６記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
広帯域成分を有する第１画像を取得する電子内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置において、
血中ヘモグロビンの酸素飽和度と第１画像との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段と、
前記対応関係記憶手段から、前記電子内視鏡で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求める酸素飽和度算出手段と、
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を、表示手段に動画表示するための表示制御手段とを備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
【請求項１１】
画像取得手段が、広帯域成分を有する第１画像を取得するステップと、
酸素飽和度算出手段が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度と第１画像との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段から、前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求めるステップと、
動画表示手段が、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示する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１２】
電子内視鏡の画像取得手段によって取得した画像を処理する画像処理プログラムにおいて、
コンピュータを、
広帯域成分を有する第１画像と血中ヘモグロビンの酸素飽和度との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段から、前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求める酸素飽和度算出手段、及び
前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を、表示手段に動画表示するための表示制御手段として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
【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した酸素飽和度画像を動画表示する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、内視鏡システムの作動方法、及び画像処理プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、電子内視鏡を用いた内視鏡診断が普及している。近年の内視鏡診断においては、白色光のもとで生体組織の表面の全体的な性状を観察する通常観察に加えて、特定の波長に制限された特殊光を用いた特殊光観察も行われるようになっている。
【０００３】
特殊光観察には各種のものがあるが、例えば、特許文献１の内視鏡システムでは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の大きさに差がある波長域の狭帯域光を利用して、その反射光を撮像して得られる分光画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、画像化している。ここで、酸素飽和度は血管の深さによっても大きく影響を受けることから、特許文献１では、所定の分光画像間の輝度比を用いることで、血管の深さによって生じるノイズを除去して、酸素飽和度の算出精度を向上させている。
【０００４】
この特許文献１の内視鏡システムでは、複数の分光画像の取得方式として、生体組織に対して複数の狭帯域光を順次照射して撮像するという順次方式を採用しているため、撮像タイミングの時間差によって生じる、複数の分光画像の位置ズレが問題となる。この位置ズレの問題に対して、特許文献１では、パターンマッチングによって、分光画像間で血管の位置を合わせている。なお、特許文献１は、パターンマッチングの精度を上げるために、血管深さに応じた周波数フィルタリング処理を施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１９４１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、正確な酸素飽和度を画像化するために精度の高い位置合わせ技術の開発を進めているが、その過程において、以下に示すように、技術改良の余地がある。
【０００７】
酸素飽和度画像は、診察中に観察されるため、動画表示が前提である。酸素飽和度画像の動画表示においては、複数の分光画像間で少しでも位置ズレ等が生じると、画像がちらついて視認性を低下させるため、診断能を低下させる一因となる。これに対して、複数の分光画像の正確な位置合わせ処理（画像中央部分だけでなく、周辺部分もマッチングさせるような位置合わせ処理）は、プロセッサ装置のハード構成への負荷が大きいため、大型で高価な処理装置が必要であった。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、位置合わせ処理に伴うプロセッサ装置のハード構成への負荷を軽減し、酸素飽和度画像をちらつきなく動画表示する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、内視鏡システムの作動方法、及び画像処理プログラム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】
【０００９】
本発明の内視鏡システムは、広帯域成分を有する第１画像を取得する画像取得手段と、  血中ヘモグロビンの酸素飽和度と第１画像との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段と、前記対応関係記憶手段から、前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求める酸素飽和度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示する動画表示手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記画像取得手段は、前記第１画像に加えて、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成分を有する第２画像を取得し、前記酸素飽和度算出手段は、前記第１画像及び第２画像に基づいて、暫定的な仮酸素飽和度を算出する仮酸素飽和度算出部と、前記仮酸素飽和度と第１画像とを対応付ける対応付け部と、前記仮酸素飽和度と第１画像との対応関係を前記対応関係記憶手段に反映させることにより、前記対応関係記憶手段に記憶されている対応関係を更新する更新部と、前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を、前記対応関係記憶手段から求める酸素飽和度算出部とを有することが好ましい。
【００１１】
前記仮酸素飽和度算出部は、前記第１及び第２画像間の中心部分のみを位置合わせしてから、仮酸素飽和度を求めることが好ましい。前記更新部は、前記仮酸素飽和度と第１画像との対応関係が前記対応関係記憶手段の対応関係と一致しない場合には、それら対応関係に基づく平均化処理を行った上で、前記対応関係記憶手段を更新することが好ましい。
【００１２】
前記第１画像は互いに異なる波長成分を有する複数の分光画像からなり、前記対応関係記憶手段は、所定の分光画像間の輝度比と前記酸素飽和度との対応関係を記憶することが好ましい。前記複数の分光画像は、青色の分光画像、緑色の分光画像、赤色の分光画像であり、前記対応関係記憶手段は、青色の分光画像と緑色の分光画像間の第１信号比、及び赤色の分光画像と緑色の分光画像間の第２信号比と、前記酸素飽和度との対応関係を記憶することが好ましい。
【００１３】
白色光を被検体に照射する照明手段を備え、前記画像取得手段は、前記白色光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより、前記青色の分光画像、前記緑色の分光画像、及び前記赤色の分光画像を取得することが好ましい。前記白色光は、青色狭帯域光とこの青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含むことが好ましい。青色光、緑色光、赤色光を被検体に順次照射する照明手段を備え、前記画像取得手段は、各色の光の反射像をモノクロの撮像素子で順次撮像することにより、前記青色の分光画像、前記緑色の分光画像、及び前記赤色の分光画像を取得することが好ましい。
【００１４】
本発明は、広帯域成分を有する第１画像を取得する電子内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度と第１画像との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段と、前記対応関係記憶手段から、前記電子内視鏡で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求める酸素飽和度算出手段と、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を、表示手段に動画表示するための表示制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の内視鏡システムの作動方法は、画像取得手段が、広帯域成分を有する第１画像を取得するステップと、酸素飽和度算出手段が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度と第１画像との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段から、前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求めるステップと、動画表示手段が、前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示するステップとを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、電子内視鏡の画像取得手段によって取得した画像を処理する画像処理プログラムにおいて、コンピュータを、広帯域成分を有する第１画像と血中ヘモグロビンの酸素飽和度との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段から、前記画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求める酸素飽和度算出手段、及び前記酸素飽和度算出手段で求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を、表示手段に動画表示するための表示制御手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、血中ヘモグロビンの酸素飽和度と第１画像との対応関係を予め記憶する対応関係記憶手段から、電子内視鏡などの画像取得手段で取得した第１画像に対応する酸素飽和度を求め、その求めた酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示している。したがって、本発明では、位置合わせ処理を簡易的に行っているため、位置合わせ処理に伴うプロセッサ装置のハード構成への負荷が軽減され、また、１フレームの第１画像に基づいて動画表示していることから、動画中でちらつきが生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の内視鏡システムの外観図である。
【図２】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】照明光の分光スペクトルを示すグラフである。
【図４】撮像素子のカラーマイクロフィルタの分光特性を示すグラフである。
【図５Ａ】通常観察モードにおける照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。
【図５Ｂ】機能情報観察モードにおける照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。
【図６】第１実施形態における機能画像処理部のブロック図である。
【図７】簡易位置合わせの説明図である。
【図８】ヘモグロビンの吸光スペクトルと照明光の波長の対応を示す説明図である。
【図９】輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３と血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。
【図１０Ａ】輝度比Ｓ１*／Ｓ３*，Ｓ２*／Ｓ３*から輝度座標系における座標（Ｘ*，Ｙ*）を求める方法を説明するための説明図である。
【図１０Ｂ】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ための説明図である。
【図１１】白色信号比データと仮酸素飽和度データの対応付けを説明する説明図である。
【図１２】仮酸素飽和度用テーブルを示す表である。
【図１３】第２記憶テーブルの更新方法を説明するための説明図である。
【図１４】平均化処理を説明するための説明図である。
【図１５】更新済みの第２記憶テーブルを示す表である。
【図１６】ゲイン値と酸素飽和度との関係を示すグラフである。
【図１７】酸素飽和度画像を示す画像図である。
【図１８】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図１９】第２実施形態における内視鏡システムの外観図である。
【図２０】第２実施形態の機能情報観察モードにおける照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。
【図２１】第２実施形態における機能画像処理部のブロック図である。
【図２２】酸素飽和度と信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１との相関関係を示すグラフである。
【図２３】図２２のグラフにおいて信号比から酸素飽和度を求める方法を説明する説明図である。
【図２４】キセノンランプなどの白色光源の広帯域から波長分離して光を生成する光源装置を示す概略図である。
【図２５】回転フィルタを示す図である。
【図２６Ａ】別実施形態の通常観察モードにおける照射タイミングと撮像タイミングを説明するための説明図である。
【図２６Ｂ】別実施形態の機能情報観察モードにおける照射タイミングと撮像タイミングを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施形態］
図１に示すように、本発明の第１実施形態の内視鏡システム１０は、被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。
【００２０】
内視鏡システム１０は、白色光のもとで観察部位を観察する通常観察モードと、機能情報観察モードの２つの動作モードを備えている。機能情報観察モードは、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に関する情報を取得して、これらを画像化して観察するモードである。これら観察モードは、電子内視鏡１１の切り替えスイッチ１６やコンソール１５によって入力される入力情報に基づき、適宜切り替えられる。
【００２１】
電子内視鏡１１は、被検体内に挿入される可撓性のある挿入部１７と、挿入部１７の基端部分に設けられた操作部１８と、操作部１８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１９とを備えている。
【００２２】
挿入部１７は、先端から順に連設された、先端部２０、湾曲部２１、可撓管部２２からなる。先端部２０の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓２３、観察部位で反射した像光が入射する観察窓２４の他（図２参照）、観察窓２４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、鉗子や電気メスといった処置具を突出させる鉗子出口などが設けられている（これらは図示省略）。観察窓２４の奥には、撮像素子４４（図２参照）や結像用の光学系が内蔵されている。
【００２３】
湾曲部２１は、連結された複数の湾曲駒からなり、操作部１８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２１が湾曲することにより、先端部２０の向きが所望の方向に向けられる。可撓管部２２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１７には、撮像素子４４を駆動する駆動信号や撮像素子４４が出力する撮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２３に導光するライトガイド４３（図２参照）が挿通されている。
【００２４】
操作部１８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、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。
【００２５】
ユニバーサルコード１９には、挿入部１７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２７が取り付けられている。コネクタ２７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２７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、半導体光源ユニット３１と、これらを駆動制御する光源制御部３２とを備えている。光源制御部３２は、光源装置１３の各部の駆動タイミングや同期タイミングなどの制御を行う。
【００２７】
半導体光源ユニット３１は、青色領域において特定の波長域に制限された狭帯域光をそれぞれ発光する３つのレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３と、蛍光体３７とを有している。図３に示すように、レーザ光源ＬＤ１は、波長域が４４０±１０ｎｍに、好ましくは４４５ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ１を発光する。発光した狭帯域光Ｎ１は、レーザ光源ＬＤ１と光ファイバ３４との間に設けられた蛍光体３７に入射する。蛍光体３７では、狭帯域光Ｎ１のうち、一部が吸収されて蛍光ＦＬが励起発光するとともに、残りが吸収されずにそのまま透過する。これにより、蛍光ＦＬと蛍光体３７で吸収されなかった狭帯域光Ｎ１が合波された白色光Ｗが、蛍光体３７から発せられる。
【００２８】
蛍光体３７としては、例えば、ＹＡＧ系、ＢＡＭ（ＢｇＭｇＡｌ１０Ｏ１７）系等の蛍光体が使用され、略直方体形状を有していることが好ましい。この場合、蛍光体３７は、蛍光物質をバインダで略直方体状に固めて形成してもよく、また、無機ガラスなどの樹脂に蛍光体物質を混合したものを略直方体状に形成してもよい。この蛍光体３７は、商品名としてマイクロホワイト（登録商標）（Ｍｉｃｒｏ  Ｗｈｉｔｅ  （ＭＷ））とも呼ばれている。
【００２９】
レーザ光源ＬＤ２は、波長域が４７０±１０ｎｍに、好ましくは４７３ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ２を発光する。レーザ光源ＬＤ３は、波長域が４００±１０ｎｍに、好ましくは４０５ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ３を発光する。レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３としては、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。また、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３としては、高出力化が可能なストライプ幅（導波路の幅）が広いブロードエリア型のレーザダイオードが好ましい。
【００３０】
光源制御部３２は、ドライバ３３を介してレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３の点灯、消灯、光量の制御を行う。レーザ光源ＬＤ１の点灯により蛍光体３７から発せられる白色光Ｗは、光ファイバ３４によってコンバイナ３６に導光される。一方、レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ３が発光する光は、光ファイバ３４によってコンバイナ３６に導光される。コンバイナ３６は、各光ファイバ３４からの光を合波する機能を持つ光学部材であり、選択的に入射する各光ファイバ３４からの光の光軸を１つに結合する。
【００３１】
図２において、コンバイナ３６の下流側には、集光レンズ３８とロッドインテグレータ３９が配置されている。集光レンズ３８は、コンバイナ３６からの光を集光して、ロッドインテグレータ３９に入射させる。ロッドインテグレータ３９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の入射端に光を入射させる。
【００３２】
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、ライトガイド４３の入射端が配置されたコネクタ２７が光源装置１３に接続されたときに、入射端が光源装置１３のロッドインテグレータ３９の出射端と対向する。
【００３３】
照明窓２３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２３から観察部位に向けて照射される。観察窓２４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２４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。
【００３４】
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。電圧信号は撮像信号として撮像素子４４から出力されて、撮像信号はＡＦＥ４５に送られる。
【００３５】
撮像素子４４は、カラー撮像素子であり、撮像面４４ａには、図４に示すような分光特性を有するＢ、Ｇ、Ｒの３色のマイクロカラーフィルタが各画素に割り当てられている。Ｂのマイクロカラーフィルタは３８０〜５６０nmの透過帯域を有し、Ｇのマイクロカラーフィルタは４５０〜６３０nmの透過帯域を有し、Ｒのマイクロカラーフィルタは５８０〜７６０nmの透過帯域を有する。なお、マイクロカラーフィルタの配列は例えばベイヤー配列とすることが好ましい。
【００３６】
図５Ａに示すように、通常観察モードにおいては、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、蓄積タイミングに合わせてレーザ光源ＬＤ１が点灯し、照明光として白色光Ｗが観察部位に照射され、その反射光が撮像素子４４に入射する。撮像素子４４は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素の輝度値が混在した１フレーム分の撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００３７】
機能情報観察モードにおいては、図５Ｂに示すように、蓄積タイミングに合わせてレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３が順次点灯する。レーザ光源ＬＤ１が点灯すると、通常観察モードと同様に、白色光Ｗが観察部位に照射される。レーザ光源ＬＤ２が点灯すると、照明光として狭帯域光Ｎ２が観察部位に照射される。レーザ光源ＬＤ３が点灯すると、照明光として狭帯域光Ｎ３が観察部位に照射される。機能情報観察モードにおいても、通常観察モードと同様に、撮像素子４４は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素の輝度値が混在した１フレーム分の撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、機能情報観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００３８】
図２に示すように、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からの撮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、所定のビット数に応じた階調値を持つ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。
【００３９】
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撮像信号をＡＦＥ４５に出力する。
【００４０】
プロセッサ装置１２は、コントローラ５６の他、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５７、画像処理部５８と、フレームメモリ５９と、表示制御回路６０を備えている。コントローラ５６は、ＣＰＵ、制御プログラムや制御に必要な設定データを記憶するＲＯＭ、プログラムをロードして作業メモリとして機能するＲＡＭなどからなり、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより、プロセッサ装置１２の各部を制御する。
【００４１】
ＤＳＰ５７は、撮像素子４４が出力する撮像信号を取得する。ＤＳＰ５７は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素に対応する信号が混在した撮像信号を、３色の撮像信号に分離し、各色の撮像信号に対して画素補間処理を行って、Ｂ、Ｇ、Ｒの各色の分光画像を生成する。この他、ＤＳＰ５７は、ガンマ補正や、Ｂ、Ｇ、Ｒの各分光画像の撮像信号に対してホワイトバランス補正などの信号処理を施す。
【００４２】
フレームメモリ５９は、ＤＳＰ５７が出力する画像データや、画像処理部５８が処理した処理済みのデータを記憶する。表示制御回路６０は、フレームメモリ５９から画像処理済みの画像データを読み出して、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。
【００４３】
画像処理部５８は通常画像処理部６１と機能画像処理部６２とを備えており、電子内視鏡１１からの画像信号に対して、所定の画像処理を施す。通常画像処理部６１は、通常観察モードにおいて、ＤＳＰ５７によって色分離された画像に基づいて、青色の分光画像ＰＢ１、緑色の分光画像ＰＧ１、赤色の分光画像ＰＲ１からなる白色画像Ｗを生成する。
【００４４】
機能画像処理部６２は、機能情報観察モードにおいて、白色光Ｗ、Ｎ２、Ｎ３の照射タイミングに合わせて順次取得される３つの白色画像Ｗ、分光画像ＰＢ２、分光画像ＰＢ３に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。機能画像処理部６２は、図６に示すように、白色画像Ｗの中の分光画像ＰＢ１、分光画像ＰＢ２、分光画像ＰＢ３に基づいて、暫定的な仮酸素飽和度を算出する仮酸素飽和度算出部６３と、白色画像Ｗと酸素飽和度の対応関係から酸素飽和度を算出するとともに、その対応関係を仮酸素飽和度の算出毎に順次更新する酸素飽和度算出部６４と、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する画像生成部６９とを備えている。
【００４５】
仮酸素飽和度算出部６３は、簡易位置合わせ処理部６３ａと、輝度比算出部６３ｂと、第１記憶テーブル６３ｃと、第１演算部６３ｄとを備えている。簡易位置合わせ処理部６３ａは、分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３間の簡易的な位置合わせ（以下「簡易位置合わせ処理」という）を行う。簡易位置合わせ処理部６３ａは、フレームメモリ５９から分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３を読み出す。そして、図７に示すように、分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３の中心位置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が一致するように平行移動して位置合わせされる。或いは、分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３の中心部分に基準点を設け、この基準点が、分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３間で一致するように平行移動して位置合わせしてもよい。このような中心部分だけの位置合わせの場合には、プロセッサ装置１２への負荷が大幅に軽減される。
【００４６】
輝度比算出部６３ｂは、簡易位置合わせ処理が行われた分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３をフレームメモリ５９から読み出して、分光画像ＰＢ１と分光画像ＰＢ３間の輝度比Ｓ１／Ｓ３を求めるとともに、分光画像ＰＢ２と分光画像ＰＢ３の輝度比Ｓ２／Ｓ３を求める。ここで、Ｓ１は分光画像ＰＢ１の画素の輝度値を、Ｓ２は分光画像ＰＢ２の画素の輝度値を、Ｓ３は分光画像ＰＢ３の画素の輝度値を表している。輝度値Ｓ３は、観察部位の明るさのレベルを表すものであり、輝度値Ｓ１、Ｓ２を比較するために、輝度値Ｓ１、Ｓ２の値を規格化するための参照信号である。輝度比Ｓ１／Ｓ３と輝度比Ｓ２／Ｓ３は、各分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３間において、対応する全画素について算出される。
【００４７】
第１記憶テーブル６３ｃは、輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３と酸素飽和度との相関関係を記憶している。第１記憶テーブル６３ｃの相関関係は、主として、血中のヘモグロビンの吸光スペクトルで表される光吸収特性によって決められる。なお、第１記憶テーブル６３ｃには、輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３と血管深さとの相関関係についても記憶している。
【００４８】
ここで、図８に示すように、血中ヘモグロビンのうち、酸素と結合していない還元ヘモグロビン７０ａと、酸素と結合した酸化ヘモグロビン７０ｂは、異なる吸光特性を持っており、同じ吸光係数μａを示す等吸収点（図８における各ヘモグロビン７０ａ、７０ｂの交点）を除いて、吸光係数μａに差が生じる。吸光係数μａに差があると、同じ光強度かつ同じ波長の光を照射しても、酸素飽和度が変化すれば、輝度値が変化する。
【００４９】
分光画像ＰＢ１と分光画像ＰＢ２は、吸光係数μａに差が生じる狭帯域光Ｎ１，Ｎ２の波長成分を有するため、酸素飽和度の変化に応じて、分光画像ＰＢ１、ＰＢ２の輝度値Ｓ１、Ｓ２は変化する。そのため、輝度値Ｓ１、Ｓ２の変化を捉えることによって、酸素飽和度を算出することができる。これに対して、分光画像ＰＢ３は、吸光係数μａに差が生じない狭帯域光Ｎ３の波長成分を有するため、酸素飽和度が変化しても、分光画像ＰＢ３の輝度比Ｓ３は変化しない。
【００５０】
以上のような血中のヘモグロビンの光吸収特性の他、生体組織の光反射特性と、これまでの診断等で蓄積された多数の分光画像の分析とから、第１記憶テーブル６３ｃには、図９に示すような、輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３を表す輝度座標系７１と、酸素飽和度及び血管深さを表す血管情報座標系７２との相関関係が記憶されている。輝度座標系７１は、ＸＹの２軸を持つＸＹ座標系であり、Ｘ軸に輝度比Ｓ１／Ｓ３が割り当てられ、Ｙ軸には輝度比Ｓ２／Ｓ３が割り当てられている。
【００５１】
血管情報座標系７２は、輝度座標系７１上に設けられたＵＶの２軸を持つＵＶ座標系であり、U軸は血管深さに、Ｖ軸は酸素飽和度に割り当てられている。Ｕ軸は、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、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。また、血管情報座標系７２においては、U軸とV軸とは交点Ｐで交差している。
【００５２】
第１演算部６３ｄは、輝度比算出部６３ｂで算出した輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３が入力されると、第１記憶テーブル６３ｃに記憶された相関関係を参照して、入力された輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３に対応する酸素飽和度を暫定的な仮酸素飽和度として求める。ここで、仮酸素飽和度とするのは、輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３の元となる分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３は、中心部分のみ位置合わせする簡易位置合わせ処理しか行われていないため、酸素飽和度の算出精度が低いからである。
【００５３】
第１演算部６３ｄに入力された輝度比Ｓ１／Ｓ３及び輝度比Ｓ２／Ｓ３を、それぞれ輝度比をＳ１*／Ｓ３*、輝度比をＳ２*／Ｓ３*とすると、第１演算部６３ｄは、次のようにして、仮酸素飽和度を算出する。第１演算部６３ｄは、図１０Ａに示すように、輝度座標系７１において、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１０Ｂに示すように、血管情報座標系７２において、特定した座標（Ｘ*，Ｙ*）を、酸素飽和度の座標軸であるＶ軸に射影して、座標Ｖ*を特定する。これにより、１つの画素について、仮酸素飽和度Ｖ*が求まる。第１演算部６３ｄは、こうした処理を１画面分の全画素について繰り返すことによって、全画素分の仮酸素飽和度を有する仮酸素飽和度データが得られる。なお、座標（Ｘ*，Ｙ*）を、血管深さの座標軸であるＵ軸に射影して、座標Ｕ*を特定することによって、血管深さ情報Ｕ*を算出してもよい。
【００５４】
図６に示すように、酸素飽和度算出部６４は、白色信号比データ生成部６４ａと、対応付け部６４ｂと、第２記憶テーブル６４ｃと、テーブル更新部６４ｄと、第２演算部６４ｅとを備えている。白色信号比データ生成部６４ａは、白色画像Ｗの各画素について、分光画像ＰＢ１、分光画像ＰＧ１間の信号比Ｂ／Ｇを求めるとともに、分光画像ＰＲ１、分光画像ＰＧ１間の信号比Ｒ／Ｇを求める。これにより、全画素分の信号比Ｂ／Ｇ、Ｒ／Ｇを有する白色信号比データが得られる。
【００５５】
対応付け部６４ｂは、白色信号比データと、仮酸素飽和度算出部６３で算出された仮酸素飽和度データとを対応付ける。このような対応付けが可能であるのは、例えば、電子内視鏡１１の先端部を特定の観察部位に向けた状態で、静止して観察するような場合（時間と場所を限定するような場合）である。対応付け部６４ｂでは、まず、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、白色信号比データと仮酸素飽和度データ間で同じ位置にある画素について、信号比Ｂ／Ｇ、Ｒ／Ｇと仮酸素飽和度とを対応付ける。例えば、第１位置の画素の場合であれば、信号比Ｂ／Ｇ＝０．３、Ｒ／Ｇ＝０．３と仮酸素飽和度２０％とが対応付けられる。白色信号比データと仮酸素飽和度データの全ての画素について、同様の対応付け処理を行うことによって、図１１（Ｃ）に示すような仮酸素飽和度用テーブルが得られる。なお、（Ｃ）では、「（）」の中のパーセント値は酸素飽和度を表している
【００５６】
この仮酸素飽和度用テーブルは、信号比Ｂ／Ｇを縦軸、信号比Ｒ／Ｇを横軸に割り当てた二次元座標から構成され、この二次元座標上に、所定の信号比に対応付けられた仮酸素飽和度がプロットされている。なお、仮酸素飽和度用テーブルは、図１２に示すようなＬＵＴ（Look Up Table）としても得られる。
【００５７】
第２記憶テーブル６４ｃには、これまでの診断で得られた白色画像の信号比Ｂ／Ｇ、Ｒ／Ｇと酸素飽和度との対応関係が記憶されている。テーブル更新部６４ｄは、対応付け部６４ｂで得られた仮酸素飽和度用テーブルに基づいて、第２記憶テーブル６４ｃの対応関係を更新する。対応関係の更新は、図１３に示すように、仮酸素飽和度テーブルの対応関係が第２記憶テーブル６４ｃの対応関係と一致（又は略一致）する場合には、その対応関係については第２記憶テーブル６４ｃの更新は行わない。例えば、信号比Ｂ／Ｇ＝０．４、Ｒ／Ｇ＝０．４については、仮酸素飽和度用テーブル及び第２記憶テーブル６４ｃともに、酸素飽和度２５％で一致するため、これについては更新を行わない。また、仮酸素飽和度テーブルの対応関係が第２記憶テーブル６４ｃ上に存在しない場合には、その対応関係は第２記憶テーブル６４ｃに書き込まれる。
【００５８】
これに対して、仮酸素飽和度テーブルの対応関係が第２記憶テーブル６４ｃの対応関係とが一致しない場合には、平均化処理を行った上で、第２記憶テーブル６４ｃの更新を行う。この平均化処理については、仮酸素飽和度テーブルと第２記憶テーブル６４ｃとで、酸素飽和度が同じで信号比が異なる場合と、信号比が同じで酸素飽和度が異なる場合との２パターンが考えられる。以下、前者のパターンの平均化処理について説明を行うが、後者のパターンについても前者と同様であるため、これについては説明を省略する。
【００５９】
例えば、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、酸素飽和度３０％のときの信号比が、仮酸素飽和度用テーブルでは信号比Ｂ／Ｇ＝０．５、Ｒ／Ｇ＝０．７であるのに対して、第２記憶テーブル６４ｃでは信号比Ｂ／Ｇ＝０．３、Ｒ／Ｇ＝０．９と異なっている場合について説明する。この場合、図１４（Ｃ）に示すように、仮酸素飽和度用テーブル上の信号比Ｂ／Ｇ＝０．５、Ｒ／Ｇ＝０．７と第２記憶テーブル６４ｃ上の信号比Ｂ／Ｇ＝０．３、Ｒ／Ｇ＝０．９を平均化することにより、平均化信号比Ｂ／Ｇ＝０．４、Ｒ／Ｇ＝０．８が得られる。そして、この得られた平均化信号比Ｂ／Ｇ＝０．４、Ｒ／Ｇ＝０．８が、酸素飽和度３０％として対応付けられる。そして、この対応関係（Ｂ／Ｇ＝０．４、Ｒ／Ｇ＝０．８のとき酸素飽和度３０％）が、第２記憶テーブル６４ｃに書き込まれる。
【００６０】
また、この書き込みに伴って、図１４（Ｃ）に示すように、第２記憶テーブル６４ｃ上に記憶されていた酸素飽和度３０％のときの対応関係は、平均化処理後に第２記憶テーブル６４ｃから消去される。これにより、酸素飽和度３０％に関する対応関係が、第２記憶テーブル６４ｃ上で更新される。更新された第２記憶テーブル６４ｃは、例えば、図１５に示すテーブルとなる。
【００６１】
第２演算部６４ｅは、白色信号比データと更新済みの第２記憶テーブル６４ｃを用いて、画素毎に酸素飽和度を算出する。この第２演算部６４ｅでは、第２記憶テーブル６４ｃに記憶された対応関係を参照して、白色信号比データの信号比Ｂ／Ｇ，Ｒ／Ｇに対応する酸素飽和度を求める。例えば、第２記憶テーブル６４ｃが図１５の場合であれば、白色信号比データの信号比Ｂ／Ｇ＝０．６、信号比Ｒ／Ｇ＝０．８に対応する酸素飽和度は、「３２％」となる。第２演算部６４ｅは、こうした処理を全画素について行うことによって、全画素分の酸素飽和度を有する酸素飽和度データを生成する。
【００６２】
図６に示すように、画像生成部６９は、ＢＧＲゲインテーブル７６と、ゲイン値演算部７７とを備えている。ＢＧＲゲインテーブル７６は、図１６に示すように、酸素飽和度を横軸に、白色画像Ｗのうち青色の分光画像ＰＢ１の輝度値、緑色の分光画像ＰＧ１の輝度値、赤色の分光画像ＰＲ１の輝度値に対するゲイン値ｇｂ、ｇｇ、ｇｒを縦軸に割り当てたＬＵＴで構成される。このＢＧＲゲインテーブル７６は、酸素飽和度が１００％〜６０％の間はゲイン値ｇｂ、ｇｇ、ｇｒはすべて１に設定されている。一方、酸素飽和度が６０％を下回ると、ゲイン値ｇｒは酸素飽和度の低下に伴って徐々に小さくなり、ゲイン値ｇｂ、ｇｇは酸素飽和度の低下に伴って徐々に大きくなる。
【００６３】
ゲイン値演算部７７は、酸素飽和度算出部６４で生成した酸素飽和度データとＢＧＲゲインテーブル７６とを用い、酸素飽和度の情報を白色画像Ｗ上に反映させる。まず、ＢＧＲゲインテーブル７６から、酸素飽和度データ上の酸素飽和度に対応するゲイン値を求める。ゲイン値の算出は、全ての画素について行う。そして、算出したゲイン値を、白色画像Ｗの分光画像ＰＢ１の輝度値、分光画像ＰＧ１の輝度値、分光画像ＰＲ１の輝度値に掛け合わせる。これにより、酸素飽和度画像が得られる。生成された酸素飽和度画像は、再度フレームメモリ５９に記憶される。
【００６４】
酸素飽和度画像は、白色画像をベースとしているため、図１７に示すように、酸素飽和度が正常な領域７８において生体に適した色で表示されるのに対して、酸素飽和度が正常でない領域７９においては、酸素飽和度に応じて白色画像の色調が生体ではあり得ない色になる。本実施形態では酸素飽和度が６０％を下回ったときにゲイン値が１から上下するＢＧＲゲインテーブル７６を用いているため、酸素飽和度画像は、酸素飽和度が特に６０％未満（正常な消化管粘膜では７０％）の画素において、酸素飽和度が低くなるほど色味がシアン調に変化するようになっている。なお、正常な状態での酸素飽和度は、動脈では１００％、静脈では７０％程度である。
【００６５】
なお、本実施形態では、酸素飽和度が６０％を下回ったときにゲイン値を変化させるようにしたが、これに限らず、６０％よりももっと低い値に設定し、著しく低酸素な領域のみ強調するようにしてもよい。また、これとは反対に６０％よりも少し高めの値に設定し、少しでも低酸素の疑いのある領域を強調するようにしてもよい。
【００６６】
なお、酸素飽和度画像は、白色画像の代わりに、分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３やこれらの合成画像をベースにカラー情報を反映させたものでもよい。また、画像生成部６９は、仮酸素飽和度算出部６３で得られる血管深さ情報に基づいて、酸素飽和度画像と同様に、血管深さ画像を生成することもできる。この場合は、血管深さの程度に応じて、明瞭に区別することができる色が割り当てられていることが好ましい。
【００６７】
また、本実施形態では、酸素飽和度に応じて白色画像Ｗの画素値を変化させるが、画素値全体ではなく、色相、明度、彩度などの白色画像の色特性値を酸素飽和度に応じて変化させてもよい。酸素飽和度に応じて色相、明度、彩度を変化させる場合には、ＢＧＲゲインテーブル７６に代えて、酸素飽和度と、白色画像の画素値を色相、明度、彩度に変換するための変換値とを関連付けた色相マトリックス、明度マトリックス、彩度マトリックスを用いる。
【００６８】
また、上記の例では、ゲイン値を画像信号に掛け合わせることで色調を変化させたが、ｌｏｇ変換した画像信号にゲイン値に相当のオフセット値を加算するようにしてもよい。
【００６９】
表示制御回路６０は、上述のように生成された酸素飽和度画像を順次取得し、これら順次取得した画像を酸素飽和度動画としてモニタ１４に表示する。酸素飽和度動画は、１フレームの白色画像Ｗから得られる酸素飽和度の情報に基づいて生成されたものであるためフレーム間の位置ズレによるちらつきが発生することがなく、また、動画中の酸素飽和度に関する情報も正確に表示されている。
【００７０】
なお、酸素飽和度や血管深さなどの機能情報は、画像に代えて又は加えて、文字情報として表示してもよい。また、酸素飽和度を画像化しているが、酸素飽和度画像には、上記例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も含まれる。
【００７１】
次に、本発明の作用について図１８のフローチャートに沿って説明する。機能情報観察モードに設定されると、まず、白色光Ｗが被検体内に照射される。被検体の反射像は、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からなる撮像素子４４で撮像される。これにより、青色の分光画像ＰＢ１、緑色の分光画像ＰＧ１、赤色の分光画像ＰＲ１からなる白色画像Ｗが得られる。
【００７２】
次に、中心波長４７３ｎｍの狭帯域光Ｎ２が被検体内に照射され、その反射像が撮像素子４４により撮像される。これにより、分光画像ＰＢ２を含む画像が得られる。次に、中心波長４０５ｎｍの狭帯域光Ｎ３が被検体内に照射され、その反射像が撮像素子４４により撮像される。これにより、分光画像ＰＢ３を含む画像が得られる。
【００７３】
以上の３フレーム分の画像ＰＢ３が得られると、３つの分光画像ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３間の簡易位置合わせを行う。この簡易位置合わせにより、分光画像ＰＢ１〜ＰＢ３の中心部分のみ位置合わせする。次に、簡易位置合わせされた分光画像間の輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３を求める。輝度比は全ての画素について求める。輝度比が求まると、第１記憶テーブル６３ｃに記憶している相関関係から、輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３に対応する酸素飽和度を暫定的な仮酸素飽和度として求める。この仮酸素飽和度を全ての画素について求めることにより、仮酸素飽和度データを得る。
【００７４】
次に、白色画像Ｗの分光画像間の信号比Ｂ／Ｇ、Ｒ／Ｇを求める。白色画像の信号比を全ての画素について求めることにより、白色信号比データを得る。そして、白色信号比データと、仮酸素飽和度データとを対応付ける。この対応付けは、例えば同じ時間かつ同じ観察部位に限定したような場合に可能である。白色画像Wの信号比と仮酸素飽和度との対応付けを全ての画素について行うことにより、仮酸素飽和度用テーブルが得られる。
【００７５】
次に、仮酸素飽和度用テーブルに基づいて、第２記憶テーブル６４ｃの対応関係を更新する。この第２記憶テーブル６４ｃには、これまでの診断で得られた白色画像の信号比とＢ／Ｇ、Ｒ／Ｇと酸素飽和度との関係が記憶されている。そして、この更新済みの第２記憶テーブル６４ｃから、白色信号比データの信号比Ｂ／Ｇ、Ｒ／Ｇに対応する酸素飽和度を求める。
【００７６】
全ての画素について酸素飽和度が求まると、ＢＧＲゲインテーブル７６から、各画素の酸素飽和度に対応するゲイン値を特定する。ゲイン値の特定は全ての画素について行う。各画素におけるゲイン値が特定されると、このゲイン値を分光画像ＰＢ１の輝度値、分光画像ＰＧ１の輝度値、分光画像ＰＲ１の輝度値に掛け合わせる。ゲイン値の掛け合わせは全ての画素について行われる。これにより酸素飽和度画像が得られる。得られた酸素飽和度画像は動画としてモニタ１４に表示される。
【００７７】
本実施形態では、複数の分光画像の位置合わせを簡易的に行っているため、プロセッサ装置のハード構成への負荷が軽減される。また、１フレームの白色画像Ｗから酸素飽和度を算出し、それに基づいて酸素飽和度画像を生成するため、ちらつきなく動画表示することができる。
【００７８】
［第２実施形態］
上記実施形態では、青色領域において特定の波長域に制限された狭帯域光をそれぞれ発光する３つのレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３を用いて被検体内の照明を行ったが、第２実施形態の内視鏡システム９１は、２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２を用いて照明を行うものである。この場合、内視鏡システム１０に代えて、例えば図１９に示す内視鏡システム９１が使用される。この内視鏡システム９１は、光源装置９２とプロセッサ装置の機能画像処理部１０２が異なっている以外は、内視鏡システム１０と同様の構成を備えている。したがって、以下においては、光源装置９２及び機能画像処理部１０２の構成とそれに関連する部分を説明し、その他に構成については説明を省略する。
【００７９】
光源装置９２は、半導体光源ユニット９３と、これらを駆動制御する光源制御部９４とを備えている。光源制御部９４は、光源装置９２の各部の駆動タイミングや同期タイミングなどの制御を行う。
【００８０】
半導体光源ユニット９３は、青色領域において特定の波長域に制限された狭帯域光をそれぞれ発光する２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２を有している。レーザ光源ＬＤ１は、波長域が４４０±１０ｎｍに、好ましくは４４５ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ１を発光する。レーザ光源ＬＤ２は、波長域が４７０±１０ｎｍに、好ましくは４７３ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ２を発光する。レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２としては、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。また、レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２としては、高出力化が可能なストライプ幅（導波路の幅）が広いブロードエリア型のレーザダイオードが好ましい。
【００８１】
光源制御部９４は、ドライバ９５を介してレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の点灯、消灯、光量の制御を行う。レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２が発光する光は、光ファイバ９６によってコンバイナ３６に導光される。コンバイナ３６は、各光ファイバ９６からの光を合波する機能を持つ光学部材であり、選択的に入射する各光ファイバ９６からの光の光軸を１つに結合する。コンバイナ３６の下流側には、蛍光体３７が設けられている。
【００８２】
本実施形態では、通常観察モードのときには、蓄積タイミングに合わせてレーザ光源ＬＤ１が点灯し、照明光として、狭帯域光Ｎ１とこの狭帯域光Ｎ１により蛍光体３７で励起発光する蛍光とからなる白色光が観察部位に照射され、その反射光が撮像素子４４に入射する。撮像素子４４は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素の輝度値が混在した１フレーム分の撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００８３】
一方、機能情報観察モード時には、図２０に示すように、まず、１フレーム目でレーザ光源ＬＤ１が点灯し、照明光として狭帯域光Ｎ１とこの狭帯域光Ｎ１により蛍光体３７で励起発光する蛍光とからなる白色光Ｗ１（４４５nm＋蛍光体）が観察部位に照射され、その反射光が撮像素子４４に入射する。次に、２フレーム目でレーザ光源ＬＤ２が点灯し、照明光として、狭帯域光Ｎ２とこの狭帯域光Ｎ２により蛍光体３７で励起発光する蛍光とからなる白色光Ｗ２（４７３nm＋蛍光体）が観察部位に照射され、その反射光が撮像素子４４に入射する。撮像素子４４は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素の輝度値が混在した１フレーム分の撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、機能情報観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００８４】
この機能情報観察モードにおいては、１フレーム目においては、白色光Ｗ１の反射像の撮像により白色画像Ｗ１が得られ、２フレーム目においては、白色光Ｗ２の反射像の撮像により白色画像Ｗ２が得られる。そして、機能画像処理部１０２において、白色画像Ｗ１の中の緑色の分光画像ＰＧ１及び赤色の分光画像ＰＲ１と、白色画像Ｗ２の中の青色の分光画像ＰＢ２とに基づいて、酸素飽和度の算出と画像化を行う。
【００８５】
機能画像処理部１０２は、図２１に示すように、輝度値算出部１０３、第１記憶テーブル１０４、第１演算部１０５以外は、機能画像処理部６２と同様である。そのため、機能画像処理部６２と同様の部分については、説明を省略する。なお、第２実施形態では、機能画像処理部１０２の白色信号比データ生成部６４ａは、白色画像Ｗ１に基づいて、白色信号比データが生成される。
【００８６】
輝度比算出部１０３は、簡易位置合わせ処理部６３ａにおいて簡易位置合わせされた分光画像ＰＧ１の輝度値Ｇ１と分光画像ＰＢ２の輝度値Ｂ２間の輝度比Ｂ２／Ｇ１を算出するとともに、簡易位置合わせされた分光画像ＰＧ１の輝度値Ｇ１と分光画像ＰＲ１の輝度値Ｒ１間の輝度比Ｒ１／Ｇ１を算出する。輝度比は全ての画素に対して算出される。
【００８７】
第１記憶テーブル１０４は、信号比Ｂ２／Ｇ１及び信号比Ｒ１／Ｇ１と、血管中の酸素飽和度との相関関係を記憶している。この第１記憶テーブル１０４の相関関係はこれまでの診断結果等から得られるものであり、図２２に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等高線を定義した２次元テーブルで記憶されている。この等高線の位置、形は光散乱の物理的なシミュレーションで得られ、血液量に応じて変わるように定義されている。例えば、血液量の変化があると、各等高線間の間隔が広くなったり、狭くなったりする。なお、信号比Ｂ２／Ｇ１、Ｒ１／Ｇ１はｌｏｇスケールで記憶されている。
【００８８】
第１演算部１０５は、第１記憶テーブル１０４に記憶された相関関係と、輝度比算出部１０３で求めた信号比Ｂ２／Ｇ１及び信号比Ｒ１／Ｇ１とを用いて、各画素における暫定的な仮酸素飽和度を求める。図２３に示すように、第１記憶テーブル１０４に記憶した相関関係から、輝度比算出部１０３で求めた信号比Ｂ２*／Ｇ１*、Ｒ１*／Ｇ１*に対応する対応点Ｐを特定する。そして、対応点Ｐが酸素飽和度＝０％限界の下限ライン９７と酸素飽和度＝１００％限界の上限ライン９８との間にある場合に、その対応点Ｐが示すパーセント値を仮酸素飽和度とする。例えば、図２３の場合であれば、対応点Ｐは６０％の等高線上に位置するため、仮酸素飽和度は６０％となる。
【００８９】
一方、対応点Ｐが下限ライン９７と上限ライン９８との間から外れている場合、対応点Ｐが下限ライン９７よりも上方に位置するときには仮酸素飽和度を０％とし、対応点Ｐが上限ライン９８よりも下方に位置するときには仮酸素飽和度を１００％とする。
【００９０】
なお、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例示したが、キセノンランプやハロゲンランプなどの白色光源と、白色光源からの白色光を狭帯域光Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に分光する分光フィルタ及び白色光を青色のB４光、緑色のＧ４光、赤色のR４光に分光する分光フィルタを有するロータリフィルタとを組み合わせたものでもよい。この場合には、第１実施形態における内視鏡システム１０の光源装置１３に代えて、図２４に示す内視鏡システム２００の光源装置２０１を用いる。この光源装置２０１で生成された光は、電子内視鏡２０２に供給される。
【００９１】
電子内視鏡２０２は第１実施形態の電子内視鏡１１と略同様の構成を備えているが、撮像素子として、カラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像素子２０３が使用される点が異なる。そして、各狭帯域光Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及び青色のB４光、緑色のＧ４光、赤色のR４光は、ロータリフィルタの回転に同期して順次照射され、各照射毎にその反射像がモノクロの撮像素子２０３によって順次に撮像される。
【００９２】
光源装置２０１は、広帯域光ＢＢ（４００〜７００ｎｍ）を発する白色光源２１０と、白色光源２１０から広帯域光ＢＢをＢ、Ｇ、Ｒの３色の光に色分離する回転フィルタ２１２と、回転フィルタ２１２の回転軸に接続され、一定の回転速度で回転フィルタ２１２を回転させるモータ２１３と、回転フィルタ２１２を半径方向にシフトさせるシフト部２１４を備えている。
【００９３】
白色光源２１０は、広帯域光ＢＢを放射する光源本体２１０ａと、広帯域光ＢＢの光量を調節する絞り２１０ｂとを備えている。光源本体２１０ａ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などから構成される。絞り２１０ｂの開度は、光量制御部（図示省略）によって調節される。
【００９４】
図２５に示すように、回転フィルタ２１２は、モータ２１３に接続された回転軸を回転中心として回転する。この回転フィルタ２１２には、回転軸がある回転中心から順に、半径方向に沿って、第１フィルタ領域と第２フィルタ領域２２０，２２１が設けられている。これら第１及び第２フィルタ領域２２０，２２１のうちのいずれかが、モードに応じて、広帯域光ＢＢの光路上にセットされる。第１フィルタ領域２２０は、通常観察モード時に広帯域光ＢＢの光路上にセットされ、第２フィルタ領域２２１は、機能情報観察モード時に広帯域光ＢＢの光路上にセットされる。各フィルタ領域２２０，２２１の切り替えは、シフト部２１４により回転フィルタ２１２を半径方向にシフトさせることによって、行われる。
【００９５】
第１フィルタ領域２２０は、中心角が１２０°の扇型の領域に、それぞれＢフィルタ部２２０ａ、Ｇフィルタ部２２０ｂ、Ｒフィルタ部２２０ｃが設けられている。Ｂフィルタ部２２０ａは広帯域光ＢＢから青色帯域（３８０〜５００nm）のＢ光を透過させ、Ｇフィルタ部２２０ｂは広帯域光ＢＢから緑色帯域（４５０〜６３０nm）のＧ光を透過させ、Ｒフィルタ部２２０ｃは広帯域光ＢＢから赤色帯域（５８０〜７６０nm）のＲ光を透過させる。したがって、回転フィルタ２１２の回転によって、回転フィルタ２１２からＢ光、Ｇ光、Ｒ光が順次出射する。これらＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、集光レンズ２１６を通して、ライドガイド４３に入射する。
【００９６】
第２フィルタ領域２２１は、Ｂ４フィルタ部２２１ａ、Ｇ４フィルタ部２２１ｂ、Ｒ４フィルタ部２２１ｃと、Ｂ３フィルタ部２２１ｄ、Ｂ１フィルタ部２２１ｅ、Ｂ２フィルタ部２２１ｆが設けられている。Ｂ３フィルタ部２２１ｄは広帯域光ＢＢから波長範囲４００±１０ｎｍの青色狭帯域光Ｎ３を透過させる。Ｂ１フィルタ部２２１ｅは広帯域光ＢＢから波長範囲４４０±１０ｎｍの青色狭帯域光Ｎ１を透過させる。Ｂ２フィルタ部２２１ｆは広帯域光ＢＢから波長範囲４７０±１０ｎｍの青色狭帯域光Ｎ２を透過させる。
【００９７】
一方、Ｂ４フィルタ部２２１ａ、Ｇ４フィルタ部２２１ｂ、Ｒ４フィルタ部２２１ｃは、Ｂフィルタ部２２０ａ、Ｇフィルタ部２２０ｂ、Ｒフィルタ部２２０ｃと同様に、Ｂ４フィルタ部２２１ａは青色帯域（３８０〜５００nm）のＢ４光を、Ｇ４フィルタ部２２１ｂは緑色帯域（４５０〜６３０nm）のＧ４光を、Ｒ４フィルタ部２２１ｃは赤色帯域（５８０〜７６０nm）のＲ４光を透過させる。したがって、回転フィルタ１１２の回転によって、回転フィルタ２１２からＢ４光、Ｇ４光、Ｒ４光と青色狭帯域光Ｎ３、Ｎ１、Ｎ２が順次出射する。これら各光は、集光レンズ２１６を通して、ライドガイド４３に入射する。
【００９８】
通常観察モードにおいては、図２６Ａに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。この一連の動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。一方、機能情報観察モードにおいては、図２８Ｂに示すように、青色狭帯域光Ｎ３、Ｎ１、Ｎ２、Ｂ４光、Ｇ４光、Ｒ４光の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｎ３、Ｎ１、Ｎ２、Ｂ４、Ｇ４、Ｒ４を順次出力する。こうした動作が機能情報観察モードに設定されている間、繰り返される。
【００９９】
プロセッサ装置１２内の通常光画像処理部６１は、面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒに基づいて、白色画像Ｗを生成する。一方、機能画像処理部６２は、面順次撮像信号Ｂ４、Ｇ４、Ｒ４から生成される白色画像と面順次撮像信号Ｎ３、Ｎ１、Ｎ２とに基づいて、酸素飽和度画像を生成する。ここでは、第１実施形態の輝度比Ｓ１／Ｓ３に対応する輝度比としてＮ１／Ｎ３を用い、第１実施形態の輝度比Ｓ２／Ｓ３に対応する輝度比としてＮ２／Ｎ３を用いる。これに伴って、第１記憶テーブル６３ｃには、輝度比Ｎ１／Ｎ３及びＮ２／Ｎ３と酸素飽和度との相関関係が記憶されている。また、白色画像Ｗの信号比のうち、第１実施形態の信号比Ｂ／Ｇに対応する信号比として、Ｂ４／Ｇ４を用い、第１実施形態の信号比Ｒ／Ｇに対応する信号比として、Ｒ４／Ｇ４を用いる。これに伴って、第２記憶テーブル６４ｃには、信号比Ｂ４／Ｇ４及びＲ４／Ｇ４と酸素飽和度との対応関係が記憶されている。それ以外については、第１実施形態と同様の手順で処理が行われる。
【０１００】
なお、上記実施形態では、第２記憶テーブルに、白色画像と酸素飽和度との対応関係を予め記憶させておいたが、この対応関係は患者によって大きく異なる場合があるため、内視鏡診断の開始時には、第２記憶テーブルに記憶されている対応関係を全てリセットすることが好ましい。
【０１０１】
なお、上記実施形態では、仮酸素飽和度を算出する毎に、第２記憶テーブルの更新を行ったが、特定の条件下においては、第２記憶テーブルの更新を行わなくともよい。この場合には、狭帯域光Ｎ２、Ｎ３の照射・撮像は行われず、白色光Ｗの照射・撮像のみが行われる。即ち、白色画像Ｗと第２記憶テーブルだけで、酸素飽和度の算出及び画像化を行う。
【０１０２】
なお、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る例で説明したが、２つの装置を一体で構成してもよい。また、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と画像処理を行うプロセッサ装置からなるシステム、カプセル内視鏡と画像処理を行うプロセッサ装置からなるシステム等、他の形態の内視鏡システムにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，９１，２００  内視鏡システム
１４  モニタ
３１，９３  半導体光源ユニット
３２，９４  光源制御部
４４  撮像素子
６２，１０２  機能画像処理部
６３  仮酸素飽和度算出部
６３ａ  簡易位置合わせ処理部
６４  酸素飽和度算出部
６４ａ  白色信号比データ生成部
６４ｂ  対応付け部
６４ｃ  第２記憶テーブル
６４ｅ  第２演算部
【図１】
0005774531.tif 000002
【図２】
0005774531.tif 000003
【図３】
0005774531.tif 000004
【図４】
0005774531.tif 000005
【図５Ａ】
0005774531.tif 000006
【図５Ｂ】
0005774531.tif 000007
【図６】
0005774531.tif 000008
【図７】
0005774531.tif 000009
【図８】
0005774531.tif 000010
【図９】
0005774531.tif 000011
【図１０Ａ】
0005774531.tif 000012
【図１０Ｂ】
0005774531.tif 000013
【図１１】
0005774531.tif 000014
【図１２】
0005774531.tif 000015
【図１３】
0005774531.tif 000016
【図１４】
0005774531.tif 000017
【図１５】
0005774531.tif 000018
【図１６】
0005774531.tif 000019
【図１７】
0005774531.tif 000020
【図１８】
0005774531.tif 000021
【図１９】
0005774531.tif 000022
【図２０】
0005774531.tif 000023
【図２１】
0005774531.tif 000024
【図２２】
0005774531.tif 000025
【図２３】
0005774531.tif 000026
【図２４】
0005774531.tif 000027
【図２５】
0005774531.tif 000028
【図２６Ａ】
0005774531.tif 000029
【図２６Ｂ】
0005774531.tif 000030