(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ように構成された撮像素子を備えた内視鏡と、
前記複数の画像データから、生体組織の第１特徴量の分布を表した第１特徴量分布画像及び生体組織の第２特徴量の分布を表した第２特徴量分布画像を求めるように構成された第１画像処理部と、前記第１特徴量分布画像において、前記第１特徴量が所定の閾値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、前記第１特徴量が前記所定の閾値以上の画素に、前記第１特徴量が前記閾値から離れる程度に応じて複数の透過率のレベルのうちの１つのレベルの透過率を与えて透過画素とすることにより、第１特徴量分布画像から、前記第２特徴量分布画像をマスクするマスク画像を生成するように構成された第２画像処理部と、前記第２特徴量分布画像の上層に前記マスク画像を重ねることにより前記第２特徴量分布画像の輝度が前記第１特徴量の分布により調整された第２特徴量分布処理画像を生成するように構成された第３画像処理部と、を備えたプロセッサと、
前記第３画像処理部で生成された前記第２特徴量分布処理画像を画像表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
前記第１特徴量は、ヘモグロビンの濃度であり、前記第２特徴量は、ヘモグロビンの酸素飽和度である、ことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記透過画素の前記透過率は、前記画素における前記第１特徴量が前記閾値から離れる程、連続的にあるいは段階的に高くなる、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記透過画素の前記透過率は、前記画素における前記第１特徴量が前記閾値から離れるにつれ、非線形に高くなる、請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記閾値の値を連続的に変化させるような入力を受けるように構成された入力部を備え、前記入力の変更のたびに、前記第３画像処理部は、前記第２特徴量分布処理画像の生成を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記第１画像処理部は、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前記第１特徴量及び前記第２特徴量を算出する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記第１の比率は、前記生体組織の前記第１特徴量に対して感度を有する比率であり、
前記第２の比率は、前記生体組織の前記第２特徴量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に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
画像処理を行うように構成されたプロセッサと画像を表示するように構成されたディスプレイを備える画像表示装置であって、
生体組織の撮像画像から生体組織の第１特徴量の分布を表した第１特徴量分布画像及び生体組織の第２特徴量の分布を表した第２特徴量分布画像を求めるように構成された第１画像処理部と、前記第１特徴量分布画像において、前記第１特徴量が所定の閾値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、前記第１特徴量が所定の閾値以上の画素に、前記第１特徴量が前記閾値から離れる程度に応じて複数の透過率のレベルのうちの１つのレベルの透過率を与えて透過画素とすることにより、前記第１特徴量分布画像から、前記第２特徴量分布画像をマスクするマスク画像を生成するように構成された第２画像処理部と、前記第２特徴量分布画像の上層に前記マスク画像を重ねることにより前記第２特徴量分布画像の輝度が前記第１特徴量の分布により調整された第２特徴量分布処理画像を生成するように構成された第３画像処理部と、を備えたプロセッサと、
前記第３画像処理部で生成された前記第２特徴量分布処理画像を画像表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
前記第１特徴量は、ヘモグロビンの濃度であり、前記第２特徴量は、ヘモグロビンの酸素飽和度である、ことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織の特徴量を画像処理して画像表示する内視鏡システム及び画像表示装置に関する。
【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この情報を分布として表した分布画像を表示する機能を備えた内視鏡システムがある。この特徴量の分布画像から、病変部あるいは病変部として疑わしい部分（以降、病変部あるいは病変部として疑わしい部分を非健常部という）を有力な診断支援情報として提供することができる。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、観察対象物が含むヘモグロビンの３種の異なる波長帯域の反射光の情報を所定の演算処理に基づき処理し、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は、ヘモグロビン濃度依存の反射光量または透過光量の情報と、酸素飽和度依存の反射光量または透過光量の情報との相関に基づいてヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。
【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】
内視鏡システムを含む上記ヘモグロビン観察装置で算出され表示される酸素飽和度の分布を示す画像は、内臓組織や静脈や動脈等の血管の場所を特定する情報が欠落している。このため診断支援画像としては、注目する部分と生体組織との位置関係が不明確であり、適切でない。すなわち、酸素飽和度の分布を示す画像において注目する部分が、生体組織のどの位置に対応するのか、明確に特定できない。また、生体組織の画像を酸素飽和度画像と同時に観察できるように画面上に配置とした場合でも、生体組織のどの位置において酸素飽和度が高いのか、生体組織と酸素飽和度の位置関係を明確に把握することは困難であるという欠点を有している。【０００６】
そこで、本発明は、酸素飽和度と血液の濃度から、生体組織中の病変部あるいは病変部として疑わしい部分を含む非健常部の存在を検出することができ、かつ診断支援画像として注目する非健常部が生体組織のどこに位置するか特定することが可能な明確な画像情報を表示する内視鏡システム及び画像表示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】
【０００７】
本発明の一態様は、内視鏡システムである。
前記内視鏡システムは、
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ように構成された撮像素子を備えた内視鏡と、
前記複数の画像データから、生体組織の第１特徴量の分布を表した第１特徴量分布画像及び生体組織の第２特徴量の分布を表した第２特徴量分布画像を求めるように構成された第１画像処理部と、前記第１特徴量分布画像において、前記第１特徴量が所定の閾値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、前記第１特徴量が前記所定の閾値以上の画素に、前記第１特徴量が前記閾値から離れる程度に応じて複数の透過率のレベルのうちの１つのレベルの透過率を与えて透過画素とすることにより、第１特徴量分布画像から、前記第２特徴量分布画像をマスクするマスク画像を生成するように構成された第２画像処理部と、前記第２特徴量分布画像の上層に前記マスク画像を重ねることにより前記第２特徴量分布画像の輝度が前記第１特徴量の分布により調整された第２特徴量分布処理画像を生成するように構成された第３画像処理部と、を備えたプロセッサと、
前記第３画像処理部で生成された前記第２特徴量分布処理画像を画像表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
前記第１特徴量は、ヘモグロビンの濃度であり、前記第２特徴量は、ヘモグロビンの酸素飽和度である。
前記第２画像処理部は、例えば、前記第１特徴量が所定の下限値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、前記第１特徴量が所定の上限値以上の画素を透過率が１００％の透過画素とし、前記画素の出力値が前記下限閾値から前記上限閾値の間は両者間の距離に応じて変調される透過率を画素に与えて透過画素とすることにより、前記第１特徴量分布画像からマスクを生成して、前記第２特徴量分布画像をフィルタリングするためのマスク画像を生成する、ことが好ましい。
【０００８】
前記透過画素の前記透過率は、前記画素における前記第１特徴量が前記閾値から離れる程、連続的にあるいは段階的に高くなる、ことが好ましい。例えば、前記透過画素の透過率は、前記下限値から前記上限値に向けて、連続的にあるいは段階的に高くする構成とすることができる。【０００９】
前記透過画素の前記透過率は、前記画素における前記第１特徴量が前記閾値から離れるにつれ、非線形に高くなる、ことが好ましい。例えば、前記透過画素の透過率は、前記画素における前記第１特徴量が前記閾値から離れる程度に応じて、または、前記画素の出力値が前記下限値から前記上限値に向けて、非線形的に高くする構成とすることができる。【００１０】
前記プロセッサは、前記閾値の値を連続的に変化させるような入力を受けるように構成された入力部を備え、前記入力の変更のたびに、前記第３画像処理部は、前記第２特徴量分布処理画像の生成を行うように構成されている、ことが好ましい。【００１１】
前記第１画像処理部は、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前記第１特徴量及び前記第２特徴量を算出する、ことが好ましい。
【００１２】
前記第１の比率は、前記生体組織の前記第１特徴量に対して感度を有する比率であり、
前記第２の比率は、前記生体組織の前記第２の特徴量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。【００１３】
本発明の他の一態様は、画像処理を行うように構成されたプロセッサと画像を表示するように構成されたディスプレイを備える画像表示装置である。
前記画像表示装置は、
画像処理を行うように構成されたプロセッサと画像を表示するように構成されたディスプレイを備える画像表示装置であって、
生体組織の撮像画像から生体組織の第１特徴量の分布を表した第１特徴量分布画像及び生体組織の第２特徴量の分布を表した第２特徴量分布画像を求めるように構成された第１画像処理部と、前記第１特徴量分布画像において、前記第１特徴量が所定の閾値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、前記第１特徴量が所定の閾値以上の画素に、前記第１特徴量が前記閾値から離れる程度に応じて複数の透過率のレベルのうちの１つのレベルの透過率を与えて透過画素とすることにより、前記第１特徴量分布画像から、前記第２特徴量分布画像をマスクするマスク画像を生成するように構成された第２画像処理部と、前記第２特徴量分布画像の上層に前記マスク画像を重ねることにより前記第２特徴量分布画像の輝度が前記第１特徴量の分布により調整された第２特徴量分布処理画像を生成するように構成された第３画像処理部と、を備えたプロセッサと、
前記第３画像処理部で生成された前記第２特徴量分布処理画像を画像表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
前記第１特徴量は、ヘモグロビンの濃度であり、前記第２特徴量は、ヘモグロビンの酸素飽和度である。
前記第２画像処理部は、例えば、前記第１特徴量が所定の下限値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、前記第１特徴量が所定の上限値以上の画素を透過率が１の全透過画素とし、前記画素の出力値が前記下限閾値から前記上限閾値の間は両者間の距離に応じて変調される透過率を画素に与えて透過画素とすることにより、前記第１特徴量分布画像からマスクを生成し、前記第２特徴量分布画像をフィルタリングするためのマスク画像を生成する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上述の内視鏡システム及び画像表示装置によれば、生体組織中の病変部あるいは病変部として疑わしい部分を含む非健常部の存在を検出することができる診断支援画像であり、かつ、診断支援画像として注目する非健常部が生体組織のどこに位置するか特定することが可能な明確な画像情報を含んだ画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、生体組織の画像とその生体組織の生体特徴量の分布画像の例を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の内視鏡システムあるいは画像表示装置で表示する診断支援画像の作成の一例を説明する図である。
【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比率の上限値及び下限値とヘモグロビンの濃度の関係の一例を示す図である。
【図９】（ａ）は、本実施形態の内視鏡システムで表示する診断支援画像の一例を示す図であり、（ｂ）は、従来の内視鏡システムで表示する診断支援画像の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態の内視鏡システムあるいは画像表示装置で表示する診断支援画像の作成に用いるマスク画像を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態である内視鏡システムあるいは画像表示装置は、生体組織における非健常部の有無を判断することができる診断支援画像を表示する。図１（ａ）〜（ｃ）は、生体組織の画像とその生体組織の生体特徴量の分布画像の例を示す図である。
【００１７】
図１（ａ）は、生体組織の像の一例を示している。図１（ｂ）は、後述する内視鏡システムを用いて算出される生体組織におけるヘモグロビンの濃度（生体特徴量）の分布画像の一例を示し、図１（ｃ）は、後述する内視鏡システムを用いて算出される生体組織における酸素飽和度（生体特徴量）の分布画像の一例を示す。
図１（ｂ）には、生体組織の血管等の筋状の形態が表示されている。一方、図１（ｃ）に示す酸素飽和度の分布画像では、生体組織の血管等の形態が明確に示されていない。このため、悪性腫瘍等と特徴とされるヘモグロビンの濃度が高く、かつ酸素飽和度の低い組織を検出するために、酸素飽和度の分布画像から、低い酸素飽和度の場所を探し、かつ該当部分に対応するヘモグロビンの濃度の高低を判断することが必要となる。しかし、図１（ｂ）及び図１（ｃ）をディスプレイに並列に表示したとしても、生体組織の血管等の場所を特定できる画像情報が含まれない酸素飽和度の分布画像から、病変部あるいは病変部として疑わしい非健常部が、図１（ａ）に示す生体組織のどの部分に該当するか、瞬時に特定することは困難である。
本発明の実施形態では、このような生体組織中の病変部あるいは病変部として疑わしい部分を含む非健常部の存在を検出することができかつ、生体組織中の非健常部の位置を容易に特定できる診断支援画像を提供することができる。すなわち、診断支援画像として、生体組織の形状や位置を反映した情報を付加した画像が提供される。
【００１８】
（診断支援画像）
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の内視鏡システムあるいは画像表示装置で表示する診断支援画像の作成の一例を説明する図である。
本実施形態では、図１（ｃ）に示す酸素飽和度（第２特徴量）の分布画像をマスクするマスク画像を、図１（ｂ）に示すヘモグロビンの濃度（第１特徴量）の分布画像から生成する。具体的には、本実施形態では、後述する内視鏡システムで算出されるヘモグロビンの濃度の分布（図２（ａ）参照）において、図２（ｂ）に示すように、各画素におけるヘモグロビンの濃度（第１特徴量）が所定の閾値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、ヘモグロビンの濃度が閾値以上の画素を、ヘモグロビンの濃度が前記閾値から離れる程度に応じて定まる透過率を画素に与えて透過画素とする。具体的には、各画素の出力値すなわちヘモグロビンの濃度に関する画素値が、所定の下限値（ヘモグロビンの濃度の閾値に対応する画素値）以上の画素を、下限値から上限値に向けて透過率が高くなるように、画素値と下限値との差（距離）に応じて定まる透過率を画素に与えて透過画素とすることにより、ヘモグロビンの濃度（第１特徴量）の分布画像からマスク画像を作成する。
本実施形態の内視鏡システム及び画像表示装置は、このマスク画像を、酸素飽和度の分布画像をマスクするマスク画像として作成し、酸素飽和度の分布画像の上層にマスク画像を重ねた酸素飽和度処理分布画像を、診断支援画像として作成し、この酸素飽和度分布処理画像をディスプレイに表示する。
【００１９】
図２（ａ）に示す例では、透過率が２０％、５０％、及び１００％が示されている。透過率は、マスク画像として用いる場合、マスク画像の下層にある画像の画素の輝度値を透過率に応じて変更させる。マスク画像の各画素において、透過率１００％は、マスク画像の下層にある画像の画素の輝度値は変化させず、透過率２５％は、マスク画像の下層にある画像の画素の輝度値を２５％に変化させることをいう。
図２（ｃ）は、マスク画像Ｍの一例を示す。
【００２０】
（内視鏡システムの構成）
図３は、本実施形態の内視鏡システム１０の構成を示すブロック図である。内視鏡システム１０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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、例えば波長約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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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受け取って、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。
【００３０】
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、ヘモグロビンの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の分布画像を生成する。特徴量取得部５１０は、さらに、ヘモグロビンの濃度の分布画像から酸素飽和度の分布画像をマスクするマスク画像を生成する。特徴量取得部５１０は、さらに、酸素飽和度の分布画像の上層に上記マスク画像を重ねた酸素飽和度分布処理画像を生成する。
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ヘモグロビンの濃度や酸素飽和度の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。
【００３１】
画像表示制御部５１４は、生成した酸素飽和度分布処理画像をディスプレイ３００に表示する形態を制御する。
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、専用のハードウェアで構成されてもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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４参照）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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
ここで、酸素飽和度は次の式（１）により定義される。
【００５０】
式（１）：
【数１】
0006770587.tif 000002
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）
【００５１】
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。
【００５２】
式（２）：
【数２】
0006770587.tif 000003
【００５３】
式（３）：
【数３】
0006770587.tif 000004
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
本実施形態の特徴量取得部５１０は、第１画像処理部５１０ａ、第２画像処理部５１０ｂ、及び第３画像処理部５１０ｃを有する。
第１画像処理部５１０ａ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こと、及び、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ことを行う。第１比率がモグロビンの濃度に対して感度を有するとは、モグロビンの濃度が変化するとき第１比率の値も変化することをいう。また、第２比率がヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有するとは、酸素飽和度が変化するとき第２比率の値も変化することをいう。
第２画像処理部５１０ｂは、図２（ｂ）に示すように、ヘモグロビンの濃度の分布画像において、ヘモグロビンの濃度が閾値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、ヘモグロビンの濃度が閾値から離れた画素を、この閾値から離れる程度に応じて定まる透過率を画素に与えて透過画素とすることにより、ヘモグロビンの濃度の分布画像から酸素飽和度の分布画像をマスクする、図２（ｃ）に示すようなマスク画像Ｍを生成する。具体的には、第２画像処理部５１０ｂは、ヘモグロビンの濃度を表す画素値が、設定された下限値以上かつ上限値までの画素を、下限値と上限値との間の差に対する、画素値（画素出力値）と下限値との差（距離）の比に応じて定まる透過率を画素に与えて透過画素とすることにより、ヘモグロビンの濃度の分布画像から酸素飽和度の分布画像をマスクする、図２（ｃ）に示すようなマスク画像Ｍを生成する。一実施形態によれば、画素値が上限値以上の画素には、透過率１００％を与えて、透過画素とすることが好ましい。
第３画像処理部５１０ｃは、酸素飽和度の分布画像の上層にマスク画像Ｍを重ねた酸素飽和度分布処理画像を生成する。
まず、第１画像処理部５１０ａにおいて行うヘモグロビンの濃度の分布画像の生成と酸素飽和度の分布画像の生成を説明する。
【００５７】
（ヘモグロビンの濃度の分布画像及び酸素飽和度の分布画像の生成）
上述した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の第１画像処理部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の第１画像処理部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。第１のカラー画像データの成分の１つがヘモグロビンの濃度の変化に対して感度を有しないとは、ヘモグロビンの濃度が変化しても、第１のカラー画像データの成分の１つの値は、実質的に変化しないことをいう。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。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とは、酸素飽和度が変化しても、第１のカラー画像データの成分の１つの値は、実質的に変化しないことをいう。
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試料における第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の第１画像処理部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。
【００５８】
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。
【００５９】
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（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、上述の試料から求めてメモリ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。下限値、上限値は、酸素飽和度０％、１００％に対応する値である。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第２比率が酸素飽和度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、酸素飽和度０〜１００％に対応する下限値及び上限値の間の範囲のうちどの位置にあるかによって酸素飽和度を算出する。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の試料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。
【００６０】
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が、用いるフィルタの波長特性により最適化されることが望ましい。
【００６１】
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。
【００６２】
本実施形態では、上述したように、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、比率Ｗｉｄｅは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の波長帯域の成分であり、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、散乱等外乱の影響を最小限にして、ヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を精度良く求めることができる。
【００６３】
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の第１画像処理部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。
【００６４】
図８は、第２比率の上限値及び下限値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の第１画像処理部５１０ａは、上述したように第２比率を求めると、第１画像処理部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に示す対応関係を用いて、求めたヘモグロビンの濃度における第２比率の上限値及び下限値を求める。この上限値が酸素飽和度＝１００％を示し、下限値が酸素飽和度＝０％を示す。この上限値と下限値の間のどの位置に求めた第２比率はあるかを求めることで、酸素飽和度量算出部５１０ｂは、酸素飽和度の値を求める。図８では、第２比率の値がＲ２であるときのヘモグロビンの濃度Ｈ１であるときの上限値Ｍａｘ（１００％）と下限値Ｍｉｎ（０％）を求めている。この上限値Ｍａｘ（１００％）と下限値Ｍｉｎ（０％）と第２比率の値Ｙから、酸素飽和度の値が求められる。
第１画像処理部５１０ａは、このようにして画素毎に算出されたヘモグロビンの濃度の値と酸素飽和度の値に基づいて階調処理して得られる画素値によってヘモグロビンの濃度の分布画像及び酸素飽和度の分布画像を生成する。
【００６５】
（マスク画像の生成及び酸素飽和度分布処理画像の生成）
第２画像処理部５１０ｂが行うマスク画像の生成は、図２（ｂ）に示すように、ヘモグロビンの濃度の分布画像において、ヘモグロビンの濃度が閾値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、ヘモグロビンの濃度が閾値以上の画素を、ヘモグロビンの濃度が前記閾値から離れる程度に応じて定まる透過率を画素に与えて透過画素とすることにより、ヘモグロビンの濃度の分布画像から酸素飽和度の分布画像をマスクする、図２（ｃ）に示すようなマスク画像Ｍ（図２（ｃ）参照）を生成する。
具体的には、ヘモグロビンの濃度を表す画素値（画素出力値）が設定した下限値未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、画素値が設定した上限値以上の画素を透過率が１００％の透過画素とし、画素値（画素出力値）が下限値から上限値の間は、下限値と上限値との間の差に対する画素値と下限値との間の差の比に応じて変調される０と１００％の間の中間の透過率を画素に与えて透過画素とすることにより、ヘモグロビンの濃度の分布画像から酸素飽和度の分布画像をマスクする、図２（ｃ）に示すようなマスク画像Ｍ（図２（ｃ）参照）を生成する。ここで、閾値、上限値、下限値は、予め設定された値でもよいし、操作者が自在に入力して設定することができる値であってもよい。
【００６６】
第３画像処理部５１０ｃは、第１画像処理部５１０ａが生成した酸素飽和度の分布画像の上層に、生成したマスク画像Ｍを重ねた酸素飽和度分布処理画像を生成する。生成した酸素飽和度分布処理画像のデータは、画像表示制御部５１４を介して、所定の画像の表示形態に制御されてディスプレイ３００に出力される。
【００６７】
図９（ａ）は、内視鏡システム１０で表示する本実施形態の診断支援画像の一例を示す図であり、（ｂ）は、従来の内視鏡システムで表示する診断支援画像の一例を示す図である。具体的には、図９（ａ），（ｂ）は、同じヘモグロビンの濃度の分布画像と酸素飽和度の分布画像から生成される、本実施形態の酸素飽和度分布処理画像（診断支援画像）と従来の酸素飽和度の分布画像の一例を示す図であり、図１（ａ），（ｃ）に矩形枠Ｆで囲まれた部分を示す。
図９（ａ）に示すように、本実施形態で生成される診断支援画像（酸素飽和度分布処理画像）には、血管等の筋状の形態の画像情報が表示されることがわかる。一方、図９（ｂ）に示す従来の診断支援画像は、指定されたヘモグロビン濃度で画素を選定して表示しただけの画像である。
すなわち、この酸素飽和度分布画像では、血管等の筋状の形態の画像情報が表示されていない。このため、従来の診断支援画像では、図１（ａ）に示す生体組織上のどの部分が問題となる非健常部であるかを、指し示すことは難しい。これに対して、本実施形態で生成される診断支援画像には、ヘモグロビン（血液）の濃度の変化を基にマスクを生成しているので、血管等の筋状の形態の画像情報が表示され、この画像情報をたよりに、図１（ａ）に示す生体組織上のどの部分が問題となる非健常部であるかを、容易に特定することができる。
【００６８】
図１０（ａ）〜（ｆ）は、内視鏡システム１０で表示する診断支援画像の作成に用いるマスク画像Ｍを説明する図である。具体的には、図１０（ａ）〜（ｆ）は、マスク画像Ｍの作成のためのヘモグロビンの濃度の値から透過率０〜１００％の値を生成するときの階調変換の例を示す図である。
【００６９】
図１０（ａ）に示すように、ヘモグロビンの濃度の閾値Ｔｈと上限値Ｈを定めた時、閾値Ｔｈと上限値Ｈとの間のヘモグロビンの濃度から透過率への変換は、図１０（ｂ）〜（ｆ）に示すような階調変換を用いることができる。ヘモグロビンの濃度が閾値Ｔｈ未満である画素は、透過率が０の不透過画素とされる。一実施形態によれば、図１(ｂ)に示す階調変換のように、閾値Ｔｈと上限値Ｈの間おいて、濃度に対して透過率を線形的に変化させることができる。一実施形態によれば、図１(ｃ)に示す階調変換のように、閾値Ｔｈと上限値Ｈの間おいて、閾値Ｔｈ及び上限値Ｈの付近では、濃度に対する透過率の変化を小さくし、閾値Ｔｈ及び上限値Ｈの間の中間領域では、濃度に対する透過率の変化を大きくする非線形の変換とすることもできる。一実施形態によれば、図１（ｄ）に示す階調変換のように、閾値Ｔｈと上限値Ｈの間おいて、濃度に対する透過率の変化が、濃度の増加に伴って徐々に低下する非線形の変換とすることもできる。一実施形態によれば、図１（ｅ）に示す階調変換のように、閾値Ｔｈと上限値Ｈの間おいて、濃度に対する透過率の変化が、濃度の増加に伴って徐々に増大する非線形の変換とすることもできる。一実施形態によれば、図１０（ｆ）に示す階調変換のように、図１０（ｂ）に示す、透過率が濃度の変化に対して線形的にかつ連続的に変化する変換に代えて、濃度が大きくなるにつれ、透過率が階段状に変化する変換とすることもできる。一実施形態によれば、図１０（ｃ）〜（ｅ）に示すような透過率が濃度の変化に対して連続的に変化する変換に代えて、図１０（ｆ）に示すように階段状に変化する変換にすることもできる。
【００７０】
このように、実施形態では、マスク画像Ｍの透過画素の透過率は、画素の画素値が閾値Ｔｈから離れる程、連続的にあるいは段階的に高くなるように設定する。これにより、血管等の筋状の形態の画像情報が表示され易くなるので、図１（ａ）に示す生体組織上のどの部分が問題となる非健常部であるかを、特定することが容易になる。
この場合、透過画素の透過率は、画素の画素値が閾値Ｔｈから離れるにつれ、非線形に高くなることが、好ましい。
なお、プロセッサ２００は、閾値Ｔｈの値を連続的に変化させるような入力を受ける入力部（不図示）を備え、入力の変更のたびに、第３画像処理部５１０ｃは、酸素飽和度分布処理画像の生成を行うことが好ましい。これにより、操作者がディスプレイ３００に表示された酸素飽和度分布処理画像を見ながら、血管等の筋状の形態のような、生体組織上の部分を特定できる画像情報を表示させるように閾値Ｔｈを調整できるので、操作者は、非健常部の、生体組織上の場所を容易に指し示すことができる。
【００７１】
本実施形態の内視鏡システム１０は、生体組織を撮像し、マスク画像Ｍを用いた画像処理を施すことで非健常部を、生体組織の像上で指し示すことが容易にできる診断支援画像を提供することができるが、内視鏡システム１０の代わりに、生体組織の撮像した画像を受信するように構成された画像表示装置、あるいは、生体組織の撮像した画像を予めメモリに記憶した画像表示装置を提供することができる。
すなわち、画像表示装置は、画像処理を行うプロセッサと画像を表示するように構成されたディスプレイを備える。
プロセッサは、酸素飽和度の分布処理画像を生成するための第１〜３画像処理部を備える。ディスプレイは、プロセッサで生成された酸素飽和度の分布処理画像を画像表示するように構成される。
ここで、第１画像処理部は、生体組織の撮像画像から生体組織のヘモグロビンの濃度の分布画像及び生体組織の酸素飽和度の分布画像を求めるように構成される。第２画像処理部は、ヘモグロビンの濃度の分布画像において、ヘモグロビンの濃度が閾値Ｔｈ未満の画素を透過率が０の不透過画素とし、ヘモグロビンの濃度が閾値Ｔｈ以上の画素に、画素の画素値が閾値Ｔｈから離れる程度に応じて定まる透過率を与えて透過画素とすることにより、ヘモグロビンの濃度の分布画像から、酸素飽和度の分布画像をマスクするマスク画像Ｍを生成するように構成される。第３画像処理部は、酸素飽和度の分布画像の上層にマスク画像Ｍを重ねた酸素飽和度の分布処理画像を生成するように構成される。
この画像表示装置でも、マスク画像Ｍに基づく酸素飽和度の分布処理画像を生成するので、非健常部の存在を判断することができる診断支援画像を、生体組織中の非健常部の位置を特定することができる画像情報を含んで表示することができる。
【００７２】
上述の実施形態では、ヘモグロビンの濃度及び酸素飽和度を算出するために用いる照明光ＩＬの波長帯域は、図６に示すような５００〜６００ｎｍの範囲にあるが、この波長帯域に限定されない。例えば、ヘモグロビンの酸素飽和度によって吸光率が等吸収点の周りで変化する波長帯域に適用することもできる。例えば、４００〜５００ｎｍの波長帯域におけるいずれかの等吸収点の長波長側あるいは短波長側の一定の波長帯域を、証明光ＩＬの波長帯域とすることもできる。
【００７３】
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】
【００７４】
１０  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
５１０ａ  第１画像処理部
５１０ｂ  第２画像処理部
５１０ｃ  第３画像処理部
５１２    メモリ
５１４    画像表示制御部
５１６    コントローラ
【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６】
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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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