JP2013013560A - 内視鏡システム、光源装置、及び内視鏡システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主として表層血管について酸素飽和度と血液量の両方を良好な測定精度で取得して観察可能な内視鏡システムを、既存の光源装置の構成を利用しやすい形態で提供する。
【解決手段】内視鏡システムの光源装置は、通常観察画像を得るための照明光に利用される白色光を発する白色光源３０と、半導体光源ユニット３１とを有する。半導体光源ユニット３１は、青色領域の一部の狭い波長域を有し、観察部位に照射して観察部位に存在する血管の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光を発する。光源装置は、酸素飽和度測定光に加えて、血管の血液量を測定するための血液量測定光として、白色光に含まれる赤色領域の光を電子内視鏡に供給する。酸素飽和度測定光及び血液量測定光に応じて撮像素子が出力する第１及び第２の撮像信号に基づいて、血液量及び酸素飽和度が算出されて、酸素飽和度と血液量の両方の情報が画像化される。
【選択図】図８

Description

本発明は、被検体内を観察するための内視鏡システム、光源装置、及び内視鏡システムの制御方法に関する。

近年の医療においては、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被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、被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。

また、特許文献１に記載されているように、血管の吸光特性や生体組織の散乱特性を利用して、画像信号から血中ヘモグロビンの酸素飽和度や血管深さなどの血管に関する機能情報を取り出し、それを画像化することも行われている。特許文献１に記載の内視鏡システムでは、血中ヘモグロビンの吸光スペクトルにおいて近赤外領域や緑色領域など酸素飽和度によって吸光度が変化する波長域の光を用いて、画像信号を取得している。近赤外領域や緑色領域の光は、白色光を光学フイルタで色分離して生成される。そして、取得した画像信号に基づいて酸素飽和度を算出し、酸素飽和度の大小に応じて異なる色を割り当て、その割り当てた色に基づいて疑似カラーの酸素飽和度画像を生成している。このような酸素飽和度画像を用いることで、例えば、酸素飽和度が特異的に低くなる癌の発見が容易になるため、診断能が向上する。

特許２６４８４９４号公報

低酸素状態となる癌の中でも、未分化型早期胃癌は高分化型の癌と比べて腫瘍領域の血液密度（血液量ともいう）が低くなる特徴を有している。したがって、このような未分化型早期胃癌の発見を確実に行うために、酸素飽和度と合わせて、血液量に関する情報も画像信号から取り出すことが求められている。これに関して、特許文献１においては、酸素飽和度のみしか求めていないため、未分化型早期胃癌など酸素飽和度と血液量の両方に特徴を有する病変部の発見が困難である。また、酸素飽和度は血液量によっても影響を受けるため、酸素飽和度の測定精度を上げるためには、血液量の影響を排除する必要があり、そのためにも酸素飽和度と血液量の両方を把握することが求められている。

さらに、特許文献１に記載の酸素飽和度測定方法は、近赤外領域や緑色領域の光を用いている。粘膜表層からの光の深達度は、波長が短いほど浅く、波長が長いほど深くなるという波長依存性を有しているため、近赤外領域や緑色領域の光では粘膜表層に位置する表層血管に関する情報が良好に取得できないという問題もある。腫瘍の良悪鑑別などの病変部の診断においては、中深層よりも表層血管の性状の把握が重要である場合も多く、表層血管の性状を詳細に把握することが求められている。

しかしながら、ヘモグロビンの吸光スペクトルにおいて、緑色領域や赤色領域と比較して、青色領域は、吸光度の変化が急峻であるため、波長が少しずれると吸光度が大きく変化してしまう。そのため、青色領域の光を用いる場合には、緑色領域や赤色領域と比較して、狭い波長域を持つ狭帯域光が必要になる。特許文献１のように、白色光を光学フイルタで色分離する方法では、光量が不足して高い測定精度が得られないという懸念があった。

一方で、こうした酸素飽和度を測定する技術は、内視鏡診断において有用であるため、ユーザがより利用しやすいものとするためには、内視鏡システムの実用段階において、開発コストや製造コストの低減が求められる。そのため、既存の光源装置に搭載されている白色光源をできるだけ有効利用するという観点も見過ごせない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、主として表層血管に関する酸素飽和度と血液量の両方について良好な測定精度で取得して観察可能な内視鏡システムを、既存の光源装置の構成を利用しやすい形態で提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、被検体内に挿入される挿入部を有し、前記被検体内の観察部位を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、前記電子内視鏡に撮像用の光を供給する光源装置であり、前記観察部位の通常観察画像を得るための照明光に利用される白色光を発する白色光源と、青色領域の一部の狭い波長域を有し、前記観察部位に照射して前記観察部位に存在する血管の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光を発する半導体光源とを有し、前記酸素飽和度測定光に加えて、前記観察部位に照射して前記血管の血液量を測定するための血液量測定光として、前記白色光に含まれる赤色領域の光を前記電子内視鏡に供給する光源装置と、前記撮像素子が出力する撮像信号に基づいて画像処理を施すプロセッサ装置であり、前記観察部位で反射した前記酸素飽和度測定光及び前記血液量測定光を受光した前記撮像素子が出力する２つの第１及び第２の撮像信号に基づいて、前記血液量及び前記酸素飽和度を求める血液量及び酸素飽和度算出手段と、前記酸素飽和度と前記血液量の両方の情報を画像化する画像生成手段とを有するプロセッサ装置とを備えていることを特徴とする。

前記光源装置は、前記白色光に含まれる少なくとも一部の光を、前記第１及び第２の撮像信号の規格化に利用される参照信号を得るための参照光として、前記電子内視鏡に供給し、前記血液量及び酸素飽和度算出手段は、前記第１及び第２の撮像信号と、前記参照光に対応して前記撮像素子が出力する第３の撮像信号の３つの撮像信号に基づいて前記血液量及び酸素飽和度を算出することが好ましい。

前記光源装置は、前記白色光源が発する白色光を前記電子内視鏡に入射させるために前記白色光を集光する集光レンズと、前記白色光源から前記集光レンズに向かう前記白色光の光路上に配置され、前記半導体光源が発する前記酸素飽和度測定光を前記白色光の光路に合流させる光合流部とを有していることが好ましい。

前記光合流部は、前記白色光を透過する透過部と、前記酸素飽和度測定光を前記集光レンズに向けて反射する反射部とを有していることが好ましい。

前記光源装置は、前記白色光の光路に挿入されて前記白色光を遮光する挿入位置と前記光路から退避する退避位置との間で移動可能なシャッタとを有しており、前記血液量及び前記酸素飽和度を算出するモードにおいて、前記シャッタを前記挿入位置に移動して前記白色光を遮光した状態で、前記酸素飽和度測定光を前記電子内視鏡に供給し、前記シャッタを前記退避位置に移動して、前記血液量測定光を前記電子内視鏡に供給することが好ましい。

前記撮像素子は単色の撮像信号を出力するモノクロ撮像素子であり、前記光源装置は、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前記白色光の光路に選択的に挿入して、前記白色光を三色の光に色分離するフイルタを有しており、前記通常観察画像を得る通常観察モードにおいて、前記三色の光を順次前記電子内視鏡に供給する面順次式であることが好ましい。この場合には、前記フイルタには、前記三色の透過領域に加えて、前記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。

前記撮像素子は、青色、緑色、赤色の三色、またはイエロー、マゼンタ、シアンの三色の画素を有し、各色の画素に対応した三色の画像信号を出力するカラー撮像素子であり、前記光源装置は、前記通常観察画像を撮像する通常観察モードにおいて、前記白色光を色分離せずに前記電子内視鏡に供給する同時式であることが好ましい。

前記血液量及び酸素飽和度算出手段は、前記酸素飽和度と前記血液量の両方に依存性を有する前記第１撮像信号と、前記参照信号の比である第１信号比と、前記血液量に依存性を有する前記第２撮像信号と、前記参照信号の比である第２信号比とを求める信号比算出手段と、前記酸素飽和度と前記第１信号比及び前記第２信号比との第１の相関関係と、前記血液量と前記第２信号比との第２の相関関係を記憶する相関関係記憶部とを有しており、前記第２相関関係を参照して前記第２信号比に対応する前記血液量を求めるとともに、前記第１相関関係を参照して前記前記第１信号比に対応する酸素飽和度を求めることが好ましい。

前記酸素飽和度測定光は、例えば、４７０ｎｍ±１０ｎｍの波長域を有する。また、前記血液量測定光は、例えば、５９０ｎｍ〜７００ｎｍの波長域を有する。前記参照光は、例えば、５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長域を有する。

前記画像生成手段は、前記血液量及び酸素飽和度算出手段によって算出された前記血液量及び前記酸素飽和度に応じて色調が変化するカラーテーブルを用いて、前記血液量及び前記酸素飽和度の情報が反映された疑似カラー画像を生成することが好ましい。

前記プロセッサ装置は、前記画像生成手段が生成した画像をモニタに出力する表示制御手段を有しており、前記表示制御手段は、前記血液量の情報を画像化した血液量画像と、前記酸素飽和度の情報を画像化した酸素飽和度画像の２つの画像を、前記モニタに同時に又は選択的に出力することが好ましい。

本発明の光源装置は、被検体内に挿入される挿入部を有し、前記被検体内の観察部位を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡を有する内視鏡システムに用いられ、前記電子内視鏡に撮像用の光を供給する光源装置において、前記観察部位の通常観察画像を得るための照明光に利用される白色光を発する白色光源と、青色領域の一部の狭い波長域を有し、前記観察部位に照射して前記観察部位に存在する血管の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光を発する半導体光源とを有し、前記酸素飽和度測定光に加えて、前記観察部位に照射して前記血管の血液量を測定するための血液量測定光として、前記白色光に含まれる赤色領域の光を前記電子内視鏡に供給することを特徴とする。

本発明の内視鏡システムの制御方法は、被検体内に挿入される挿入部を有し、前記被検体内の観察部位を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と前記電子内視鏡に撮像用の光を供給する光源装置とを有する内視鏡システムを用い、前記観察部位に存在する血管の血中ヘモグロビンの酸素飽和度と、前記血管の血液量を算出する内視鏡システムの制御方法において、前記光源装置が有する半導体光源が発光する光であり、青色領域の一部の狭い波長域を有し、前記酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光が、前記観察部位に照射されるように前記光源装置を制御する第１照射制御ステップと、前記酸素飽和度測定光の反射光を受光した前記撮像素子が出力する第１撮像信号を取得する第１信号取得ステップと、前記光源装置が有する白色光源が発光する白色光に含まれる赤色領域の光であり、前記血液量を測定するための血液量測定光が、前記観察部位に照射されるように前記光源装置を制御する第２照射制御ステップと、前記血液量測定光を受光した前記撮像素子が出力する第２撮像信号を取得する第２信号取得ステップと、前記第１及び第２の撮像信号に基づいて、前記血液量及び前記酸素飽和度を算出する算出ステップと、前記算出ステップの算出結果に基づいて、前記酸素飽和度と前記血液量の両方の情報を画像化する画像生成ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、主として表層血管について酸素飽和度と血液量の両方を良好な測定精度で取得して観察可能な内視鏡システムを、既存の光源装置の構成を利用しやすい形態で提供することにある。

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。 スコープ先端部の正面図である。 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。 ロータリフイルタの説明図である。 原色系カラーフイルタの分光透過率と、白色光ＢＢ及び狭帯域光Ｎの光強度分布を示すグラフである。 光合流部の説明図である。 シャッタ板の説明図である。 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。 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。 （Ａ）は通常観察モードにおける撮像素子の撮像動作を、（Ｂ）は機能情報観察モードにおける撮像素子の撮像動作を説明する説明図である。 機能画像処理部のブロック図である。 血液量と信号比Ｒ／Ｇとの相関関係を示すグラフである。 酸素飽和度と信号比Ｎ／Ｇ、Ｒ／Ｇとの相関関係を示すグラフである。 ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 図８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ための説明図である。 血液量画像及び酸素飽和度画像の作成手順を示すブロック図である。 血液量と色差信号との関係を示すグラフである。 酸素飽和度と色差信号との関係を示すグラフである。 血液量画像と酸素飽和度画像を並列表示する表示装置の画像図である。 血液量画像と酸素飽和度画像のいずれか一方を表示する表示装置の画像図である。 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。 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。 第３実施形態のカラー撮像素子の説明図である。 第３実施形態の光源装置の説明図である。 第３実施形態における撮像素子の撮像動作を説明する説明図である。 補色系のカラーフイルタの分光透過率と、白色光ＢＢ及び狭帯域光Ｎの光強度分布を示すグラフである。

［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。

電子内視鏡システム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、特殊光を利用して、観察部位に存在する血管に関する生体機能情報である、酸素飽和度及び血液量を取得して、これらを画像化して観察するモードである。

電子内視鏡１１は、被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。

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２参照）や結像用の光学系が内蔵されている。

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２２に導光するライトガイド４３（図２参照）が挿通されている。

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。

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。

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。

白色光源３０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、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。

白色光源３０は、白色光ＢＢを放射するランプ３０ａと、ランプ３０ａが放射する広白色光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。キセノンランプやハロゲンランプなどの白色光源は、点灯開始から光量が安定するまでに時間が掛かるため、白色光源３０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。

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。

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、各色のフイルタ部３４ａ、Ｇフイルタ部３４ｂ、Ｒフイルタ部３４ｃが順次白色光ＢＢの光路に挿入される。

Ｂフイルタ部３４ａ、Ｇフイルタ部３４ｂ、Ｒフイルタ部３４ｃは、それぞれ図５に示す分光透過率を有しており、白色光ＢＢが各フイルタ部３４ａ〜３４ｃを透過することにより、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。

電子内視鏡１１の撮像素子４４（図３参照）は、撮像面にマイクロカラーフイルタが設けられていない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撮像信号を出力する。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画面分の撮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。

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。光源制御部３２は、撮像素子４４が出力する撮像信号をプロセッサ装置１２から受け取り、撮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。

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。

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、レーザダイオードからなるレーザ光源３１ａとコリメータレンズ３１ｂを有する。レーザ光源３１ａは、酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光として、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）Ｎを発光する。狭帯域光Ｎ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。レーザ光源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、光源制御部３２の制御により、レーザ光源３１ａの点灯、消灯、光量の制御を行う。

レーザ光源３１ａが発光する狭帯域光Ｎ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、狭帯域光Ｎ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。

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が発生する狭帯域光Ｎ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から出射直後の狭帯域光Ｎ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、狭帯域光Ｎの光路を白色光ＢＢの光路に合流させる。

図６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平板部材をベースに、その片面の中央部に狭帯域光Ｎを反射する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、狭帯域光Ｎ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。

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。

狭帯域光Ｎ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、狭帯域光Ｎ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。

反射部３９ｂは、白色光ＢＢのうち狭帯域光Ｎ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部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。

図２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が配置されている。シャッタ板４０は、狭帯域光Ｎ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。

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、光源制御部３２によって制御される。

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４０ｂを構成してもよい。

図８に示すように、通常観察モードにおいては、シャッタ板４０は、遮光部４０ａが白色光ＢＢの光路から退避し、透過部４０ｂ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。

機能情報観察モードにおいては、狭帯域光Ｎ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９に示すように、機能情報観察モードにおいては、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、レーザ光源３１ａが点灯して、狭帯域光Ｎ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、狭帯域光Ｎと白色光ＢＢの混色が防止される。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、３種類の光に対応する撮像信号を撮像素子４４から出力する。

図２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、ライトガイド４３の入射端が配置されたコネクタ２８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３７の出射端と対向する。

電子内視鏡１１の先端部１９に設けられた照明窓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。

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から出力される。撮像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。上述のとおり、撮像素子４４は、撮像面４４ａにマイクロカラーフイルタが設けられていないモノクロ撮像素子である。

通常観察モードにおいては、撮像素子４４は、順次入射するＢ、Ｇ、Ｒの各色に対応する撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを出力する。そして、機能情報観察モードにおいては、狭帯域光Ｎ、Ｇ色光、Ｒ色光が撮像素子４４に順次入射して、撮像素子４４は、各色に対応する撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒを順次出力する。

図１０（Ａ）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、撮像信号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。

機能情報観察モードにおいては、図１０（Ｂ）に示すように、１フレーム毎に狭帯域光Ｎ、Ｇ色光、Ｒ色光の３つの光の像光を順次撮像して、撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒ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。

図２において、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。

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。

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から出力された撮像信号に対して、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。

また、画像処理部５７は、通常観察モードにおいては、順次入力される撮像信号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撮像信号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。

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、機能情報観察モードにおいて、撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒに対応する３つの画像データＮ、Ｇ、Ｒに基づいて、血液量と、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の情報を算出するとともに、算出した血液量を疑似カラー画像化した血液量画像と酸素飽和度を疑似カラー画像化した酸素飽和度画像を生成する。

図１１に示すように、機能画像処理部６０は、信号比算出部６４と、相関関係記憶部６５と、血液量及び酸素飽和度算出部６６と、血液量画像生成部６７と、酸素飽和度画像生成部６８とを備えている。

信号比算出部６４は、機能情報観察モードにおいて取得される、画像データＮ、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。本実施形態では、信号比算出部６４は、画像データＮと画像データＧとの信号比Ｎ／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Ｎ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。なお、信号比は画像データのうち血管部分の画素のみ求めてもよい。この場合、血管部分は、例えば、血管部分の画像値とそれ以外の部分の画像値との差に基づいて特定される。

相関関係記憶部６５は、信号比Ｎ／Ｇ及びＲ／Ｇと血液量及び酸素飽和度との相関関係を記憶している。信号比と血液量との相関関係は、図１２に示すように、信号比Ｒ／Ｇが大きくなるほど血液量も大きくなるように定義される１次元テーブルで記憶されている。なお、信号比Ｒ／Ｇはｌｏｇスケールで記憶されている。

一方、信号比と酸素飽和度との相関関係は、図１３に示す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。この等高線の位置及び形状は、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Ｎ／Ｇ，Ｒ／Ｇはｌｏｇスケールで記憶されている。

なお、上記相関関係は、図１４に示すような酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。図１４において、グラフ７０は酸化ヘモグロビンの吸光係数を、グラフ７１は還元ヘモグロビンの吸光係数を示している。この図１４が示すように、例えば、狭帯域光Ｎの波長域である４７３ｎｍのように吸光係数の差が大きい波長では、酸素飽和度の情報を取り易い。しかしながら、観察部位に４７３ｎｍの光を照射して得た信号は、酸素飽和度だけでなく血液量にも依存度が高い。

図１４に示す血中ヘモグロビンの吸光係数の波長依存性から、以下の２つのことが言える。
・波長４７０ｎｍ近辺（例えば、中心波長４７０ｎｍ±１０ｎｍの青色の波長領域）では酸素飽和度の変化に応じて吸光係数が大きく変化する。
・５９０〜７００ｎｍの赤色の波長範囲では、酸素飽和度によって一見吸光係数が大きく変化するように見えるが、吸光係数の値自体が非常に小さいので、結果的に酸素飽和度の影響を受けにくい。

こうした知見を踏まえて、本発明の機能情報観察モードにおいては、酸素飽和度測定光として青色領域の狭帯域光Ｎを用いて、狭帯域光Ｎに対応する画像データＮを取得し、主として血液量に依存して変化するＲ色光を血液量測定光として用いて、Ｒ色光に対応する画像データＲを取得する。そして、酸素飽和度と血液量の両方に依存性を示す信号比Ｎ／Ｇと、血液量のみ依存性を示す信号比Ｒ／Ｇの２つの信号比を用いて、血液量の影響を除去した酸素飽和度を正確に求めている。

血液量及び酸素飽和度算出部６６は、相関関係記憶部６５に記憶された相関関係と信号比算出部６４で求めた信号比Ｎ／Ｇ、Ｒ／Ｇとを用いて、各画素における血液量及び酸素飽和度の両方を求める。血液量については、相関関係記憶部６５の１次元テーブルにおいて信号比算出部で求めた信号比Ｒ／Ｇに対応する値が、血液量となる。一方、酸素飽和度については、まず、図１５に示すように、二次元空間において信号比算出部６４で求めた信号比Ｂ^＊／Ｇ^＊、Ｒ^＊／Ｇ^＊に対応する対応点Ｐを特定する。

そして、図１５のように、対応点Ｐが酸素飽和度＝０％限界の下限ライン７３と酸素飽和度＝１００％限界の上限ライン７４との間にある場合、その対応点Ｐが位置する等高線が示すパーセント値が、酸素飽和度となる。例えば、図１５の場合であれば、対応点Ｐが位置する等高線は６０％を示しているため、この６０％が酸素飽和度となる。なお、対応点が下限ライン７３と上限ライン７４との間から外れている場合には、対応点が下限ライン７３よりも上方に位置するときには酸素飽和度を０％とし、対応点が上限ライン７４よりも下方に位置するときには酸素飽和度を１００％とする。なお、対応点が下限ライン７３と上限ライン７４との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げて表示しないようにしてもよい。

血液量画像生成部６７は、血液量及び酸素飽和度算出部６６で求めた血液量を疑似カラーで表す血液量画像を生成する。血液量画像は、画像データＮと算出した血液量に基づいて生成される。

図１６に示すように、モニタ１４に出力されるビデオ信号は、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒから構成される。血液量画像は、画像データＧと算出した血液量とをそれぞれ輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒに割り当てることによって生成される。輝度信号Ｙには、画像データＧが割り当てられる。画像データＧは、ヘモグロビンによる吸収がやや強い波長域の反射光に対応しているので、これに基づく画像からは粘膜の凹凸や血管などを視認できる。したがって、画像データＧを輝度信号に割り当てることで、疑似カラー画像の全体的な明るさを定義することができる。

一方、色差信号Ｃｂ，Ｃｒは、カラーテーブル６７ａに従って、血液量に応じた信号値が割り当てられる。カラーテーブル６７ａは、図１７に示すように、色差信号Ｃｂについては血液量が大きくなるほど信号値が低下するように定義され、色差信号Ｃｒについては血液量が大きくなるほど信号値が増加するように定義されている。したがって、血液量画像は、血液量が多いところでは赤味が増加し、血液量が低くなるにつれて赤味の彩度が下がりモノクロに近づいていく。

酸素飽和度画像生成部６８は、血液量及び酸素飽和度算出部６６で求めた酸素飽和度を疑似カラーで表す酸素飽和度画像を生成する。図１６に示すように、酸素飽和度画像は、血液量画像と同様に、画像データＧと算出した酸素飽和度を、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒに割り当てることによって生成される。輝度信号Ｙには、画像データＧが割り当てられる。色差信号Ｃｂ，Ｃｒは、カラーテーブル６８ａに従い、酸素飽和度に応じた信号値が割り当てられる。

カラーテーブル６８ａは、図１８に示すように、高酸素飽和度下では色差信号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、低酸素飽和度下では、反対に色差信号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。そして、中酸素飽和度下において、色差信号Ｃｒの信号値と色差信号Ｃｂの信号値の大小関係が逆転するように定義されている。したがって、酸素飽和度が低い方から高い方に行くにつれて、酸素飽和度画像の色味は青→水色→緑→黄色→橙→赤と変化するようになっている。

以上のように生成された血液量画像及び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１９に示すように、酸素飽和度画像と血液量画像を縮小し、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、コンソール１５に設けられた画像選択手段をユーザが操作することによって、図２０に示すように、酸素飽和度画像と血液量画像のいずれか一方を選択し、その選択した画像をモニタ１４に表示するようにしてもよい。このように血液量画像と酸素飽和度画像の両方を用いて内視鏡診断を行うことができるため、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癌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。

次に、上記構成による作用を図２１に示すフローチャートを用いて説明する。まず、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８に示すように、シャッタ板４０は回転せずに、白色光ＢＢの光路から遮光部４０ａが退避し、透過部４０ｂ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。

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、撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。画像処理部５７は、撮像信号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。

コンソール１５の操作により、通常観察モードから機能情報観察モードへの切り替え指示が入力されると、機能情報観察モードに切り替えられる。機能情報観察モードに切り替えられると、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。

光源制御部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、レーザ光源３１ａを点灯させる。レーザ光源３１ａが発する狭帯域光Ｎ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。狭帯域光Ｎ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、狭帯域光Ｎに対応する撮像信号Ｎを出力する。

そして、光源制御部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、レーザ光源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色光に対応する撮像信号Ｇ、Ｒを出力する。

機能画像処理部６０は、撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒに対応する画像データＮ、Ｇ、Ｒに基づいて、図１５で説明した手順で、血液量及び酸素飽和度を算出する。機能画像処理部６０は、図１６〜図１８で説明した手順で、血液量画像及び酸素飽和度画像を生成する。生成された画像は、図１９及び図２０に示したいずれかの表示態様で、モニタ１４に表示される。通常観察モードへの切り替え指示があるまで、上記処理が繰り返される。通常観察モードへの切り替え指示が入力された場合には、通常観察モードに復帰する。観察を終了する指示があった場合には、白色光源３０、レーザ光源３１ａ、ロータリフイルタ３４、シャッタ板４０が停止される。

なお、本例においては、機能情報観察モードにおいては、通常観察画像の生成を行わない例で説明したが、機能情報観察モードの実行中に、通常観察画像を得るためのＢ、Ｇ、Ｒの照射と、機能観察を行うための狭帯域光Ｎ、Ｇ、Ｒの照射を交互に行って、通常観察画像と、血液量画像及び酸素飽和度画像との両方を生成してもよい。こうすれば、機能情報観察モードにおいても、通常観察画像を表示することができる。

以上説明したように、本発明においては、青色領域の狭帯域光Ｎを酸素飽和度測定光として、白色光ＢＢから色分離されたＲ色光を血液量測定光として用いることにより、血液量と酸素飽和度の両方を算出している。これにより、血液量に影響されない精度の高い酸素飽和度を求めることができる。

また、血液量測定光及び参照光としては、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Ｒ色光、Ｇ色光をそれぞれ用いているため、血液量測定光及び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。

また、酸素飽和度測定光として青色領域の狭帯域光を発するレーザ光源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測定できる。上述のとおり、腫瘍の良悪鑑別などの病変部の診断においては、中深層よりも表層血管の性状の把握が重要である場合も多く、表層血管の性状を詳細に把握できる観察方法が望まれている。

青色領域においては、図１０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７０、７１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。

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。

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、単色の狭帯域光Ｎを発光可能なレーザ光源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。

参照光は、血液量及び酸素飽和度の算出処理において、狭帯域光Ｎ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。

ただし、酸素飽和度測定光及び血液量測定光として、青色の狭帯域光Ｎ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。

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。

なお、本例においては、狭帯域光Ｎ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、各ヘモグロビン７０、７１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。

また、上記実施形態においては、半導体光源ユニット３１の狭帯域光Ｎ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。

また、光合流部３９は、白色光を透過する透過部３９ａと、狭帯域光Ｎ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、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。

なお、反射部３９ｂは、白色光ＢＢに含まれる、狭帯域光Ｎ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レーザ光源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。

また、シャッタ板４０を回転板で構成して、回転動作により遮光部４０ａ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。

［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を別々に設けた例で説明したが、図２２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、Ｂフイルタ部とＧフイルタ部において、内周領域と外周領域の２つの領域に分割された二重円で構成されている。内周領域は、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り、外周領域は、機能情報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。外周領域の遮光部は、上記実施形態のシャッタ板４０として機能する。

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、二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。

また、図１８に示すロータリフイルタ９３のように、内周領域と外周領域に分けずに、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、通常観察モードと機能情報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の回転及び停止の切り替えを行ったり、図１９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ため、通常観察画像と機能情報観察を並行して行いやすい。

［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を設けた面順次式の例で説明したが、電子内視鏡１１の撮像素子として、図２４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。

図２５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６及び７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。

図２６（Ａ）に示すように、通常観察モードにおいて、シャッタ板４０は、遮光部４０ａ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撮像信号を出力する。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２６（Ｂ）に示すように、機能情報観察モードの場合には、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、レーザ光源３１ａを点灯させて、狭帯域光Ｎを照射する。図５に示すように、狭帯域光Ｎは、Ｂ画素が感応する光であるので、Ｂ画素に対応する撮像信号を撮像信号Ｎとして抽出する。

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。機能画像処理部６０は、カラー撮像素子１００が出力する撮像信号から、Ｇ画素に対応する撮像信号Ｇ及びＲ画素に対応する撮像信号Ｒを抽出する。そして、図１５〜１８で説明した手順に従って、撮像信号Ｎ、Ｇ、Ｒに対応する画像データＮ、Ｇ、Ｒに基づいて血液量及び酸素飽和度を算出して、算出結果に基づいて血液量画像及び酸素飽和度画像を生成してモニタ１４に表示する。

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ＣＣＤ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する例で説明したが、図２７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。

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。

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、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る例で説明したが、２つの装置を一体で構成してもよい。

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。

１０ 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 レーザ光源
３２ 光源制御部
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 シャッタ板
４０ａ 遮光部
４０ｂ 透過部
４４ 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 相関関係記憶部
６６ 血液量及び酸素飽和度算出部
６７ 血液量画像生成部
６７ａ （血液量用の）カラーテーブル
６８ 酸素飽和度画像生成部
６８ａ （酸素飽和度用の）カラーテーブル

Claims (16)

1. 被検体内に挿入される挿入部を有し、前記被検体内の観察部位を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、
   前記電子内視鏡に撮像用の光を供給する光源装置であり、
   前記観察部位の通常観察画像を得るための照明光に利用される白色光を発する白色光源と、
   青色領域の一部の狭い波長域を有し、前記観察部位に照射して前記観察部位に存在する血管の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光を発する半導体光源とを有し、
   前記酸素飽和度測定光に加えて、前記観察部位に照射して前記血管の血液量を測定するための血液量測定光として、前記白色光に含まれる赤色領域の光を前記電子内視鏡に供給する光源装置と、
   前記撮像素子が出力する撮像信号に基づいて画像処理を施すプロセッサ装置であり、
   前記観察部位で反射した前記酸素飽和度測定光及び前記血液量測定光を受光した前記撮像素子が出力する２つの第１及び第２の撮像信号に基づいて、前記血液量及び前記酸素飽和度を求める血液量及び酸素飽和度算出手段と、
   前記酸素飽和度と前記血液量の両方の情報を画像化する画像生成手段とを有するプロセッサ装置とを備えていることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記光源装置は、前記白色光に含まれる少なくとも一部の光を、前記第１及び第２の撮像信号の規格化に利用される参照信号を得るための参照光として、前記電子内視鏡に供給し、
   前記血液量及び酸素飽和度算出手段は、前記第１及び第２の撮像信号と、前記参照光に対応して前記撮像素子が出力する第３の撮像信号の３つの撮像信号に基づいて前記血液量及び酸素飽和度を算出することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記光源装置は、前記白色光源が発する白色光を前記電子内視鏡に入射させるために前記白色光を集光する集光レンズと、前記白色光源から前記集光レンズに向かう前記白色光の光路上に配置され、前記半導体光源が発する前記酸素飽和度測定光を前記白色光の光路に合流させる光合流部とを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡システム。
4. 前記光合流部は、前記白色光を透過する透過部と、前記酸素飽和度測定光を前記集光レンズに向けて反射する反射部とを有していることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
5. 前記光源装置は、前記白色光の光路に挿入されて前記白色光を遮光する挿入位置と前記光路から退避する退避位置との間で移動可能なシャッタとを有しており、
   前記血液量及び前記酸素飽和度を算出するモードにおいて、前記シャッタを前記挿入位置に移動して前記白色光を遮光した状態で、前記酸素飽和度測定光を前記電子内視鏡に供給し、前記シャッタを前記退避位置に移動して、前記血液量測定光を前記電子内視鏡に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記撮像素子は単色の撮像信号を出力するモノクロ撮像素子であり、
   前記光源装置は、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前記白色光の光路に選択的に挿入して、前記白色光を三色の光に色分離するフイルタを有しており、
   前記通常観察画像を得る通常観察モードにおいて、前記三色の光を順次前記電子内視鏡に供給する面順次式であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
7. 請求項５を引用する請求項６に記載の内視鏡システムにおいて、
   前記フイルタには、前記三色の透過領域に加えて、前記シャッタを構成する遮光部が設けられていることを特徴とする内視鏡システム。
8. 前記撮像素子は、青色、緑色、赤色の三色、またはイエロー、マゼンタ、シアンの三色の画素を有し、各色の画素に対応した三色の画像信号を出力するカラー撮像素子であり、
   前記光源装置は、前記通常観察画像を撮像する通常観察モードにおいて、前記白色光を色分離せずに前記電子内視鏡に供給する同時式であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
9. 請求項２、又は請求項２を引用する請求項３〜８のいずれか１項に記載の内視鏡システムにおいて、
   前記血液量及び酸素飽和度算出手段は、
   前記酸素飽和度と前記血液量の両方に依存性を有する前記第１撮像信号と、前記参照信号の比である第１信号比と、前記血液量に依存性を有する前記第２撮像信号と、前記参照信号の比である第２信号比とを求める信号比算出手段と、
   前記酸素飽和度と前記第１信号比及び前記第２信号比との第１の相関関係と、前記血液量と前記第２信号比との第２の相関関係を記憶する相関関係記憶部とを有しており、
   前記第２相関関係を参照して前記第２信号比に対応する前記血液量を求めるとともに、前記第１相関関係を参照して前記前記第１信号比に対応する酸素飽和度を求めることを特徴とする内視鏡システム。
10. 前記酸素飽和度測定光は、４７０ｎｍ±１０ｎｍの波長域を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
11. 前記血液量測定光は、５９０ｎｍ〜７００ｎｍの波長域を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
12. 請求項２、又は請求項２を引用する請求項３〜１１のいずれか１項に記載の内視鏡システムにおいて、
    前記参照光は、５４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長域を有することを特徴とする内視鏡システム。
13. 前記画像生成手段は、前記血液量及び酸素飽和度算出手段によって算出された前記血液量及び前記酸素飽和度に応じて色調が変化するカラーテーブルを用いて、前記血液量及び前記酸素飽和度の情報が反映された疑似カラー画像を生成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
14. 前記プロセッサ装置は、前記画像生成手段が生成した画像をモニタに出力する表示制御手段を有しており、
    前記表示制御手段は、前記血液量の情報を画像化した血液量画像と、前記酸素飽和度の情報を画像化した酸素飽和度画像の２つの画像を、前記モニタに同時に又は選択的に出力することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
15. 被検体内に挿入される挿入部を有し、前記被検体内の観察部位を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡を有する電子内視鏡システムに用いられ、前記電子内視鏡に撮像用の光を供給する光源装置において、
    前記観察部位の通常観察画像を得るための照明光に利用される白色光を発する白色光源と、
    青色領域の一部の狭い波長域を有し、前記観察部位に照射して前記観察部位に存在する血管の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光を発する半導体光源とを有し、
    前記酸素飽和度測定光に加えて、前記観察部位に照射して前記血管の血液量を測定するための血液量測定光として、前記白色光に含まれる赤色領域の光を前記電子内視鏡に供給することを特徴とする光源装置。
16. 被検体内に挿入される挿入部を有し、前記被検体内の観察部位を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と前記電子内視鏡に撮像用の光を供給する光源装置とを有する内視鏡システムを用い、前記観察部位に存在する血管の血中ヘモグロビンの酸素飽和度と、前記血管の血液量を算出する内視鏡システムの制御方法において、
    前記光源装置が有する半導体光源が発光する光であり、青色領域の一部の狭い波長域を有し、前記酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定光が、前記観察部位に照射されるように前記光源装置を制御する第１照射制御ステップと、
    前記酸素飽和度測定光の反射光を受光した前記撮像素子が出力する第１撮像信号を取得する第１信号取得ステップと、
    前記光源装置が有する白色光源が発光する白色光に含まれる赤色領域の光であり、前記血液量を測定するための血液量測定光が、前記観察部位に照射されるように前記光源装置を制御する第２照射制御ステップと、
    前記血液量測定光を受光した前記撮像素子が出力する第２撮像信号を取得する第２信号取得ステップと、
    前記第１及び第２の撮像信号に基づいて、前記血液量及び前記酸素飽和度を算出する算出ステップと、
    前記算出ステップの算出結果に基づいて、前記酸素飽和度と前記血液量の両方の情報を画像化する画像生成ステップとを含むことを特徴とする内視鏡システムの制御方法。

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