JP2013013656A - 内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法 - Google Patents

内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ガンなどの病変部の診断において、表層微細血管等の血管形状情報と血中ヘモグロビンの酸素飽和度の両方を把握する。
【解決手段】広帯域光源の光路上にセットされた特殊観察用ロータリフィルタ３２を回転させることにより、第１〜第４狭帯域光Ｎ１〜Ｎ４を順次被検体に照射する。被検体からの第１及び第４狭帯域光Ｎ１，Ｎ４の戻り光に基づいて生成される画像は、表層血管及び中深層血管が強調された血管強調画像となる。被検体からの第２〜第４狭帯域光Ｎ２〜Ｎ４の戻り光に基づいて生成される画像は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度が画像化された酸素飽和度画像となる。これら生成された血管強調画像及び酸素飽和度画像は、モニタに並列表示される。
【選択図】図４

Description

本発明は、特定波長の特殊光を用いて被検体内を観察する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法に関する。
現在の医療分野においては、内視鏡を使ったガン診断が広く行われている。この内視鏡のガンの診断においては、所定波長の照明光で照明された被検体を撮像することにより、被検体上に表れる様々な生体情報が反映された画像を取得している。例えば、特許文献１においては、特定波長の狭帯域光を照明光として用いることで、白色光などの広帯域の照明光では目立たなかった表層血管や表層微細構造が強調表示された画像を取得することが行われている。このような表層血管や表層微細構造が明瞭化された画像を用いて診断を行うで、ガンか否かの識別だけでなく、ガンの深達度の推定を行うことができる。
また、特許文献２では、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる波長帯域を含む光を照明光として用いることで、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化することも行われている。例えば、一定の広がりを持つガンは、その中心部が低酸素状態を示す一方で、その周辺部は高酸素状態を示すことから、前記のような酸素飽和度の画像を用いることで、ガンの状態を直感的に把握することができる。
特許３５５９７５５号公報 特許２６４８４９４号公報
特許文献１のように、強調表示された表層微細血管などからガンの診断を行う場合には、ガンに特異な血管パターンなどを事前に把握しておく必要があり、またそのような血管パターンからガンの深達度の推定などを行う場合には相当な知識と経験が必要となる。一方、特許文献２のように、酸素飽和度の画像を用いてガン診断を行う場合には、ガンか否かの識別を容易に行うことができるが、ガンの深達度など更に踏み込んだガン診断を行うためには、酸素飽和度の情報とともに、前記のような表層微細血管の血管パターンなど血管形状の情報が必要となることがある。
本発明は、ガンなどの病変部の診断に用いられる表層微細血管等の血管形状情報と血中ヘモグロビンの酸素飽和度の両方を把握することができる内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像表示方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、生体組織内の特定層にまで深達度を有する波長帯域の光のうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域を有する第１照明光と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域を有する第２照明光とを含む光を、被検体内に照射する照射手段と、被検体からの第１照明光の戻り光を撮像することにより第１画像信号を取得するととともに、被検体からの第２照明光の戻り光を撮像することにより第２画像信号を取得する画像信号取得手段と、前記第１画像信号に基づいて第１被検体画像を生成するとともに、前記第２画像信号に基づいて第２被検体画像を生成する画像生成手段と、前記第１及び第２被検体画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
前記照射手段は、前記第１照明光と前記第２照明光を順次被検体内に照射する順次照射部を有し、前記画像信号取得手段は、前記第１及び第２画像信号間で被検体像の位置合わせを行う位置合わせ部を有していることが好ましい。
前記画像信号取得手段は、前記被検体の構造を強調する構造強調処理を前記第１及び第２画像信号に対して施す構造強調手段を更に備え、前記位置合わせ部は、前記構造強調処理が施された第１及び第２画像信号間で前記被検体像の位置合わせを行うことが好ましい。前記被検体の構造には血管構造が含まれることが好ましい。
前記順次照射部は、波長が広帯域に及ぶ広帯域光を発する広帯域光源と、前記広帯域光から前記第１照明光及び第２照明光を順次透過させるロータリフィルタとを備えてもよい。前記照射手段は、前記第１照明光及び前記第２照明光を発する複数の半導体光源であってもよい。
前記第１照明光は、青色帯域に波長域を有する青色狭帯域光と緑色帯域に波長域を有する緑色狭帯域光を少なくとも有し、前記第２照明光は、前記酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係が互いに異なる２つの異吸収波長の狭帯域光と、前記酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が同じ１つ等吸収波長の狭帯域光とを少なくとも有し、前記第１被検体画像は表層血管と中深層血管とが強調された血管強調画像であり、前記第２被検体画像は血中ヘモグロビンの酸化飽和度を画像化した酸化飽和度画像であることが好ましい。
前記青色狭帯域光は４１０±１０ｎｍの波長域を有し、前記２つの異吸収波長の狭帯域光はそれぞれ４４０±１０ｎｍと４７０±１０ｎｍの波長域を有し、前記緑色狭帯域光及び前記等吸収波長の狭帯域光は５４０±１０ｎｍの波長域を有することが好ましい。
前記第２照明光には、前記異吸収波長の狭帯域光として、６５０±１０ｎｍの波長域を有する狭帯域光と、９１０±１０ｎｍの波長域を有する狭帯域光を更に含むことが好ましい。
本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、生体組織内の特定層にまで深達度を有する波長帯域の光のうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域を有する第１照明光で照明された被検体を内視鏡装置で撮像して得られる第１画像信号を取得するととともに、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域を有する第２照明光で照明された被検体を前記内視鏡装置で撮像して得られる第２画像信号を取得する画像信号取得手段と、前記第１及び第２画像信号を受信する画像生成手段によって、前記第１画像信号に基づき第１被検体画像を生成するとともに、前記第２画像信号に基づき第２被検体画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
本発明の画像表示方法は、生体組織内の特定層にまで深達度を有する波長帯域の光のうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域を有する第１照明光で照明された被検体を内視鏡装置で撮像して得られる第１画像信号を取得するととともに、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域を有する第２照明光で照明された被検体を前記内視鏡装置で撮像して得られる第２画像信号を取得し、前記第１及び第２画像信号を受信する画像生成手段によって、前記第１画像信号に基づき第１被検体画像を生成するとともに、前記第２画像信号に基づき第２被検体画像を生成し、前記第１及び第２被検体画像を表示手段に表示することを備えることを特徴とする。
本発明によれば、生体組織内の特定層にまで深達度を有する波長帯域の光のうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域を有する第１照明光の戻り光に基づき生成される第１被検体画像とともに、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域を有する第２照明光の戻り光に基づき生成される第２被検体画像を表示手段に表示することによって、前記第１被検体画像から表層微細血管等の血管形状情報を把握することができるとともに、前記第２被検体画像から血中ヘモグロビンの酸素飽和度を把握することができる。
第１照明光と第２照明光を少なくとも順次照射した場合には、第１照明光の戻り光を撮像することにより得られる第１画像信号と第２照明光の戻り光を撮像することにより得られる第２画像信号間の間で、被検体像の位置合わせをすることで、アーチファクトなどが生じない高画質の第１及び第２被検体画像を得ることができる。
内視鏡システムの外観を示す図である。 第１実施形態の内視鏡システムの内部構成を示す図である。 通常観察用ロータリフィルタを示す図である。 特殊観察用ロータリフィルタを示す図である。 通常観察モード時におけるＣＣＤの動作を説明するための図である。 特殊観察モード時におけるＣＣＤの動作を説明するための図である。 強調第１〜第４狭帯域画像間の位置合わせを説明するための図である。 モニタに並列表示された血管強調画像及び酸素飽和度画像を示す図である。 ヘモグロビンの吸光係数及び第１、第４狭帯域光の光量分布を示す図である。 酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数を示す図である。 特殊観察モードにおける一連の流れを説明するための図である。 図４とは異なる特殊観察用ロータリフィルタを示す図である。 第２実施形態の内視鏡システムの内部構成を示す図である。
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、被検体内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画像を生成するプロセッサ装置１２と、被検体内を照明する光を供給する光源装置１３と、プロセッサ装置１２で生成された画像を表示するモニタ１４とを備えている。
この内視鏡システム１０には、被検体内の照明光として波長帯域が青色から赤色に及ぶ光を用いる通常観察モードと、照明光として特定波長に帯域制限された狭帯域光を用いる特殊観察モードとが設けられており、各モードの切り替えは、電子内視鏡１１に設けられたモード切替ＳＷ２０により行われる。
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の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が設けられている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１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１９の先端には、被検体内撮像用の光学系等を内蔵した先端部１６ａが設けられている。先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって、所定の方向に向けられる。
ユニバーサルコード１８には、プロセッサ装置１２及び光源装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタとからなる複合タイプのコネクタであり、このコネクタ２４を介して、電子内視鏡１１がプロセッサ装置１２及び光源装置１３に着脱自在に接続される。
図２に示すように、光源装置１３は、広帯域光源３０と、通常観察用ロータリーフィルタ３１と、特殊観察用ロータリフィルタ３２と、フィルタ切替部３４と、集光レンズ３９とを備えている。広帯域光源３０はキセノンランプ、白色ＬＥＤ、マイクロホワイト光源などであり、波長が青色帯域から赤色帯域（４００〜７００ｎｍ）にわたる広帯域光ＢＢを発生する。
通常観察用ロータリフィルタ３１は、通常観察モードに設定されているときに、フィルタ切替部３４によって広帯域光源３０の光路上にセットされる。この通常観察用ロータリフィルタ３１は、図３に示すように、広帯域光源３０からの広帯域光ＢＢのうち青色帯域の青色光Ｂを透過させる青色光透過領域３１ｂと、広帯域光ＢＢのうち緑色帯域の緑色光Ｇを透過させる緑色光透過領域３１ｇと、広帯域光ＢＢのうち赤色帯域の赤色光Ｒを透過させる赤色光透過領域３１ｒとが周方向に沿って設けられている。したがって、通常観察用ロータリフィルタ３１が回転することで、青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒが順次通常観察用ロータリフィルタ３１から出射する。出射した光は、集光レンズ３９を通して、ライトガイド４３に入射する。
特殊観察用ロータリフィルタ３２は、特殊観察モードに設定されているときに、フィルタ切替部３４によって広帯域光源３０の光路上にセットされる。この通常観察用ロータリフィルタ３２は、図４に示すように、広帯域光源３０からの広帯域光ＢＢのうち４１０±１０ｎｍの波長帯域を有する第１狭帯域光Ｎ１を透過させる第１狭帯域光透過領域３２ａと、広帯域光ＢＢのうち４４０±１０ｎｍの波長帯域を有する第２狭帯域光Ｎ２を透過させる第２狭帯域光透過領域３２ｂと、広帯域光ＢＢのうち４７０±１０ｎｍの波長帯域を有する第３狭帯域光Ｎ３を透過させる第３狭帯域光透過領域３２ｃと、広帯域光のうち５４０±ｎｍの波長帯域を有する第４狭帯域光Ｎ４を透過させる第４狭帯域光透過領域３２ｄとが周方向に沿って設けられている。したがって、特殊観察用ロータリフィルタ３２が回転することで、第１〜第４狭帯域光Ｎ１〜Ｎ４が順次特殊観察用ロータリフィルタ３２から出射する。出射した光は、集光レンズ３９を通して、ライトガイド４３に入射する。
図２に示すように、電子内視鏡１１は、ライトガイド４３、ＣＣＤ４４、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から構成される。ライトガイド４３の入射端には、通常観察用ロータリフィルタ３１又は特殊観察用ロータリフィルタ３２から出射した光が入射する。一方、ライドガイド４３の出射端は、先端部１６ａ内の照射レンズ４８に向けられており、ライドガイド４３で導光された光を、被検体に向けて照射する。被検体からの戻り光は、先端部１６ａ内の観察窓５０及び集光レンズ５１を通して、ＣＣＤ４４に入射する。なお、撮像素子としてＣＣＤを用いるが、これに代えて、ＣＭＯＳを用いてもよい。
ＣＣＤ４４は、集光レンズ５１からの入射光を撮像面４４ａで受光し、受光した光を光電変換することにより得られる信号電荷を蓄積する。蓄積した信号電荷は、撮像信号として読み出される。読み出された撮像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。ＡＦＥ４５は、ＣＣＤ４４から撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施す相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）と、ＣＤＳによりノイズが除去された撮像信号を増幅する自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）と、ＡＧＣで増幅された撮像信号を所定のビッド数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ装置１２に入力するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）（いずれも図示省略）とを備えている。なお、ＣＣＤは、モノクロＣＣＤでもよく、ＲＧＢのカラーフィルタ又はＣＭＹのカラーフィルタが設けられたカラーＣＣＤのいずれでもよい。
撮像制御部１２は、プロセッサ装置１２内のコントローラ５９に接続されており、コントローラ５９から指示がなされたときにＣＣＤ４４に対して駆動信号を送る。ＣＣＤ４４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。
撮像制御部１２は、通常観察モードと特殊観察モードとで異なる制御を行う。通常観察モードに設定されている場合には、図５に示すように、１フレーム期間内で、青色光Ｂを光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を青色撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作制御が行われる。次の１フレーム期間内では、緑色光Ｇを光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を緑色撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作制御が行われる。更にその次の１フレーム期間内では、赤色光Ｒを光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を赤色撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作制御が行われる。これら３フレームの動作制御で読み出された青色撮像信号、緑色撮像信号、赤色撮像信号が、プロセッサ装置１２に送られる。
一方、特殊観察モードに設定されている場合には、図６に示すように、１フレーム期間内で、第１狭帯域光Ｎ１を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第１狭帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作制御が行われる。次の１フレーム期間内で、第２狭帯域光Ｎ２を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第２狭帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作制御が行われる。その次の１フレーム期間内で、第３狭帯域光Ｎ３を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第３狭帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作制御が行われる。更にその次の１フレーム期間内で、第４狭帯域光Ｎ４を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第４狭帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作制御が行われる。これら４フレームの動作制御で読み出された第１〜第４狭帯域撮像信号は、プロセッサ装置１２に送られる。
図２に示すように、プロセッサ装置１２は、デジタル信号処理部５５（Digital Signal Processor（DSP））と、フレームメモリ５６と、観察画像生成部５７と、表示制御回路５８を備えており、コントローラ５９が各部を制御している。ＤＳＰ５５は、電子内視鏡１１から送られてきた撮像信号に対し、色分離、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などを行うことによって、各撮像信号に対応する画像データを作成する。したがって、通常観察モード時には、青色撮像信号に対応する青色画像データと、緑色撮像信号に対応する緑色画像データと、赤色撮像信号に対応する赤色画像データとが作成される。また、特殊観察モード時には、第１〜第４狭帯域撮像信号に対応する第１〜第４狭帯域画像データが作成される。これらDSP５５で作成された画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。
観察画像生成部５７は、通常画像生成部６０と、特殊画像生成部６１と備えている。通常画像生成部６０は、表示用のBチャンネルに青色画像データを、Gチャンネルに緑色画像データを、Rチャンネルに赤色画像データをそれぞれ割り当てた通常画像を生成する。生成された通常画像は、表示制御回路５８によって、モニタ１４に表示される。
特殊画像生成部６１は、血管強調部６２と、位置合わせ部６３と、血管強調画像生成部６４と、酸素飽和度画像生成部６５とを備えている。血管強調部６２は、周波数フィルタリング処理によって、第１〜第４狭帯域画像（第１〜第４狭帯域画像データのそれぞれに対応する画像）における血管部分の強調を行う。血管部分の強調の際には、第１〜第４狭帯域画像の取得に用いた第１〜第４狭帯域光のヘモグロビン吸光特性、消化管粘膜の散乱特性の違いを鑑み、第１及び第２狭帯域画像においては表層血管を、第３狭帯域画像においては表層血管と中層血管の両方を、第４狭帯域画像においては中層血管を強調する。これら所定の血管が強調された強調第１〜第４狭帯域画像は、強調第１〜第４狭帯域画像データとして、フレームメモリ５６に記憶される。
なお、各層の血管強調には、例えば所定の２次元のフィルタが用いられる。２次元のフィルタを作成するためには、まず、電子内視鏡の先端部１６ａと観察領域との距離・拡大倍率を想定して、各層の血管に対応する画像上の周波数を求める。次に、その周波数帯域のみ強調するようなフィルタを周波数空間で設計して、それを実空間に対応するようにフーリエ変換する。ここでは、２次元フィルタのサイズが、例えば、５×５程度の現実的なサイズに収まるように、周波数空間において２次元フィルタ特性を調整する必要がある。
位置合わせ部６３は、強調第１〜第４狭帯域画像データに基づき、強調第１〜第４狭帯域画像間の位置合わせを行う。図７に示すように、表層血管が強調された強調第１〜第３狭帯域画像間で位置合わせを行うとともに（表層血管強調グループ）、中層血管が強調された強調第３及び第４狭帯域画像間で位置合わせを行う（中層血管強調グループ）。このように強調された血管の種類によってグループ分けして位置合わせを行うことによって、画像間での位置合わせの精度を向上させることができる。位置合わせ済みの強調第１〜第４狭帯域画像の画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。
なお、強調第１〜第３狭帯域画像間の位置合わせの方法としては、強調第１狭帯域画像を上下左右に数画素分移動し、強調第２狭帯域画像との差分をとる。これら処理を複数回繰り返し、各画素の差分信号の絶対値の和が最小になる移動量を求める。そして、この移動量と同様の移動量分だけ、強調第１狭帯域画像を移動させる。これにより、強調第１狭帯域画像間での位置合わせが完了する。強調第３狭帯域画像についても強調第１狭帯域画像と同様の処理を行う。
血管強調画像生成部６４は、表示用のBチャンネル及びGチャンネルに、位置合わせ済みの強調第１狭帯域画像データを割り当て、表示用のRチャンネルに、位置合わせ済みの強調第４狭帯域画像データを割り当てた血管強調画像を生成する。酸素飽和度画像生成部６５は、表示用のBチャンネルに、位置合わせ済みの強調第３狭帯域画像をデータ割り当て、表示用のGチャンネルに、位置合わせ済みの強調第４狭帯域画像データを割り当て、表示用のRチャンネルに、位置合わせ済みの強調第２狭帯域画像データを割り当てた酸素飽和度画像を生成する。生成された血管強調画像及び酸素飽和度画像は、表示制御回路５８によって、図８に示すように、モニタ１４に並列表示される。このように血管強調画像及び酸素飽和度画像を並列表示することによって、ガンか否かの識別を容易に行うことができることに加えて、ガンの深達度などの詳細なガン診断を行うことができる。
モニタ１４に表示される血管強調画像は、表層血管に深達度を有する第１狭帯域光N１によって表層血管が強調されるとともに、中層血管に深達度を有する第４狭帯域光N4によって中層血管が強調された画像となっている。これは、図９に示すように、血中ヘモグロビンの吸光特性が、青色帯域においては、強調第１狭帯域画像の生成に用いられた第１狭帯域光N１の波長域にピークを有しており、緑色帯域においては、強調第４狭帯域画像の生成に用いられた第４狭帯域光N４の波長域にピークを有しているからである。
また、モニタ１４に表示される酸素飽和度画像は、酸素飽和度が高い部分は青色より赤色が強く、酸素飽和度が低い部分は青色より赤色が強く表示される。これは、図１０に示すように、強調第２狭帯域画像の生成に用いられた第２狭帯域光Ｎ２と強調第３狭帯域画像の生成に用いられた第３狭帯域光Ｎ３とでは、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２と還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数の大小関係が逆転しており、また、強調第４狭帯域画像の生成に用いられた第４狭帯域光Ｎ４は酸化ヘモグロビンＨｂＯ２と還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数が同じだからである。
本発明の作用を図１１に示すフローチャートに従って説明する。まず、モード切替ＳＷ２０を操作して、特殊観察モードに設定する。これにより、特殊観察用ロータリフィルタ３２が広帯域光源３０の光路上にセットされる。そして、特殊観察用ロータリフィルタ３２が回転することにより、第１〜第４狭帯域光Ｎ１〜Ｎ４が被検体に向けて順次照射される。
電子内視鏡１１内のＣＣＤ４４は、被検体からの第１狭帯域光Ｎ１の戻り光を撮像することにより、第１狭帯域撮像信号を取得する。同様にして、被検体からの第２狭帯域光Ｎ２の戻り光を撮像することにより、第２狭帯域撮像信号を取得する。被検体からの第３狭帯域光Ｎ３の戻り光を撮像することにより、第３狭帯域撮像信号を取得する。被検体からの第４狭帯域光Ｎ４の戻り光を撮像することにより、第４狭帯域撮像信号を取得する。
取得した第１〜第４狭帯域撮像信号は、プロセッサ装置１２内のＤＳＰ５５で各種処理が施された後、第１〜第４狭帯域画像データとしてフレームメモリ５６に記憶される。その後、血管強調部６２は、第１〜第４狭帯域画像データの第１〜第４狭帯域画像に対して、血管を強調する処理を施す。第１〜第３狭帯域画像は表層血管に深達度を有する青色帯域の第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３を用いて生成されているため、表層血管を強調する周波数フィルタリング処理が施される。一方、第３及び第４狭帯域画像は中層血管に深達度を有する青色〜緑色帯域の第３及び第４狭帯域光Ｎ３、Ｎ４を用いて生成されているため、中層血管を強調するフィルタリング処理が施される。これにより、強調第１〜第４狭帯域画像の強調第１〜第４狭帯域画像データが得られる。
次に、位置合わせ部６３において、強調第１〜第４狭帯域画像データ間で被検体像の位置合わせを行う。位置合わせ部６３では、位置合わせ対象の狭帯域画像を上下左右に数画素分移動させ、基準となる狭帯域画像との差分値を求める。これを複数回繰り返すことによって、差分値の絶対値が最小となる移動量を求める。この求めた移動量だけ、位置合わせ対象の狭帯域画像を移動させる。これにより、位置合わせ対象の狭帯域画像の位置合わせが完了する。位置合わせ済みの強調第１〜第４狭帯域画像データは、再度フレームメモリ５６に記憶される。
そして、位置合わせ済みの強調第１及び第４狭帯域画像データに基づいて、血管強調画像を生成するとともに、位置合わせ済みの第２〜第４狭帯域画像データに基づいて、酸素飽和度画像を生成する。生成された血管強調画像及び酸素飽和度画像は、モニタ１４に並列表示される。以上の一連の流れは、特殊観察モードが設定されている間、繰り返し行われる。
なお、上記第１実施形態では、第１〜第４狭帯域光Ｎ１〜Ｎ４を順次透過させる特殊観察用ロータリフィルタ３２を用いたが、これに代えて、図１２に示すように、特殊観察用ロータリフィルタ３２と同様の第１〜第４狭帯域光透過領域８０ａ〜８０ｄの他に、広帯域光ＢＢのうち６５０±１０ｎｍの波長帯域を有する第５狭帯域光Ｎ５を透過させる第５狭帯域光透過領域８０ｅと、広帯域光ＢＢのうち９１０±１０ｎｍの波長帯域を有する第６狭帯域光Ｎ６を透過させる第６狭帯域光透過領域８０ｆとが設けられた特殊観察用ロータリフィルタ８０ｆを用いてもよい。このように第５及び第６狭帯域光Ｎ５、Ｎ６を用いることによって、中深層血管の酸素飽和度も精度良く画像化できるようになる。
ここで、第５及び第６狭帯域光Ｎ５、Ｎ６に基づく第５及び第６狭帯域画像も、他の画像と同様に、血管強調部で血管を強調する処理を施して強調第５及び第６狭帯域画像を生成する。第５及び第６狭帯域光Ｎ５、Ｎ６は深層血管にまで深達度を有するため、深層血管を強調する処理を行うことが好ましいが、これに加えて、第４狭帯域画像との位置合わせのために、中層血管を強調する処理を行うことが好ましい。その上で、強調第５及び第６狭帯域画像と他の強調第１〜４狭帯域画像との位置合わせを行う。位置合わせの方法は、上記第１実施形態と同様である。
そして、酸素飽和度画像を生成する際には、上記第１実施形態と同様に、第２〜第４狭帯域光Ｎ２〜Ｎ４に基づいて第１酸素飽和度画像を生成するとともに、第４〜第６狭帯域光Ｎ４〜Ｎ６に基づいて第２酸素飽和度画像を生成する。第１酸素飽和度画像については、表示用のＲＧＢチャンネルへの割り当ては上記第１実施形態と同様である。一方、第２酸素飽和度画像については、表示用のBチャンネルに、位置合わせ済みの強調第６狭帯域画像をデータ割り当て、表示用のGチャンネルに、位置合わせ済みの強調第４狭帯域画像データを割り当て、表示用のRチャンネルに、位置合わせ済みの強調第５狭帯域画像データを割り当てる。
そして、生成された血管強調画像、第１酸素飽和度画像、第２酸素飽和度画像は、それぞれモニタ１４に並列表示される。これらのうち、第１酸素飽和度画像は表層血管の酸素飽和度の分布が正確に反映されており、第２酸素飽和度画像は中深層血管の酸素飽和度の分布が正確に反映されている。したがって、第１及び第２酸素飽和度画像を用いることで、生体組織における深さ方向の酸素状態を観察することができるようになる。
図１３に示すように、第２実施形態の内視鏡システム１００は、光源装置１０１として、第１実施形態のようなロータリフィルタ方式ではなく、点灯（ＯＮ）・消灯（ＯＦＦ）を高速で切り替えることができる半導体光源方式を採用する。半導体光源としては、レーザーの他、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いることができる。なお、光源装置以外については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
光源装置１０１は、第１実施形態と同様の広帯域光源３０の他に、４１０±１０ｎｍの波長帯域を有する第１狭帯域光Ｎ１を発生させる第１半導体光源１０２と、４４０±１０ｎｍの波長帯域を有する第２狭帯域光Ｎ２を発生させる第２半導体光源１０３と、４７０±１０ｎｍの波長帯域を有する第３狭帯域光Ｎ３を発生される第３半導体光源１０４と、５４０±ｎｍの波長帯域を有する第４狭帯域光Ｎ４を発生させる第４半導体光源１０５と、第１〜第４半導体光源１０２〜１０５の駆動を制御する光源制御部１０６とが設けられている。
広帯域光源３０からの広帯域光ＢＢは、集光レンズ３９を介して、広帯域用光ファイバ３０ａに入射する。一方、第１〜第４半導体光源１０２〜１０５からの第１〜第４狭帯域光Ｎ１〜Ｎ４は、第１〜第４狭帯域用光ファイバ１０２ａ〜１０５ａに入射する。これら光ファイバ３０ａ，１０２ａ〜１０５ａはカプラ１１０によってライトガイド４３に連結されている。したがって、各光ファイバ３０ａ，１０２ａ〜１０５ａからの光は、カプラ１１０を介して、ライトガイド４３に入射する。また、光源装置１０１には、広帯域光源３０の光路上に挿入して広帯域用光ファイバ３０ａへの広帯域光ＢＢの入射を阻止する挿入位置と、前記光路上から退避して広帯域用光ファイバ３０ａへの広帯域光ＢＢの入射を許容する退避位置との間で移動可能なシャッター１１２が設けられている。
第２実施形態においては、通常観察モードに設定されている場合にはシャッター１１２が退避位置にセットされる。このとき、第１〜第４半導体光源１０２〜１０５は常時消灯状態となる。したがって、広帯域光ＢＢのみが被検体上に照射され、この広帯域光ＢＢに基づいて通常画像が生成される。一方、特殊観察モードに設定されている場合にはシャッタ１１２が退避位置にセットした状態で、第１〜第４半導体光源１０２〜１０５を順次点灯させる。これにより、広帯域光ＢＢが遮光された状態で、第１〜第４狭帯域光Ｎ１〜Ｎ４が順次被検体に照射される。
なお、上記第１及び第２実施形態では、酸素飽和度の画像化を行ったが、これに代えて又は加えて、「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の画像化や、「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の画像化を行ってもよい。
なお、上記第１及び第２実施形態では、画像間での血管の位置合わせの精度を上げるために、血管に強調処理を施したが、血管以外に、粘膜のエッジなどの被検体の各種構造や輪郭などで位置合わせを行う場合には、それら各種構造や輪郭に強調処理を施してもよい。
１０，１００ 内視鏡システム
１２ プロセッサ装置
１４ モニタ
３０ 広帯域光源
３２，８０ 特殊観察用ロータリフィルタ
６１ 特殊画像生成部
６２ 血管強調部
６３ 位置合わせ部
６４ 血管強調画像生成部
６５ 酸素飽和度画像生成部
１０２〜１０４ 第１〜第４半導体光源

Claims (11)

  1. 生体組織内の特定層にまで深達度を有する波長帯域の光のうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域を有する第１照明光と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域を有する第２照明光とを含む光を、被検体内に照射する照射手段と、
    被検体からの第１照明光の戻り光を撮像することにより第１画像信号を取得するととともに、被検体からの第２照明光の戻り光を撮像することにより第２画像信号を取得する画像信号取得手段と、
    前記第１画像信号に基づいて第１被検体画像を生成するとともに、前記第２画像信号に基づいて第２被検体画像を生成する画像生成手段と、
    前記第１及び第２被検体画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
  2. 前記照射手段は、前記第１照明光と前記第２照明光を順次被検体内に照射する順次照射部を有し、
    前記画像信号取得手段は、前記第１及び第２画像信号間で被検体像の位置合わせを行う位置合わせ部を有していることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
  3. 前記画像信号取得手段は、前記被検体の構造を強調する構造強調処理を前記第１及び第２画像信号に対して施す構造強調手段を更に備え、
    前記位置合わせ部は、前記構造強調処理が施された第１及び第２画像信号間で前記被検体像の位置合わせを行うことを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
  4. 前記被検体の構造には血管構造が含まれることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
  5. 前記順次照射部は、波長が広帯域に及ぶ広帯域光を発する広帯域光源と、前記広帯域光から前記第１照明光及び第２照明光を順次透過させるロータリフィルタとを備えることを特徴とする請求項２ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
  6. 前記照射手段は、前記第１照明光及び前記第２照明光を発する複数の半導体光源であることを特徴とする請求項２ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
  7. 前記第１照明光は、青色帯域に波長域を有する青色狭帯域光と緑色帯域に波長域を有する緑色狭帯域光を少なくとも有し、前記第２照明光は、前記酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係が互いに異なる２つの異吸収波長の狭帯域光と、前記酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が同じ１つ等吸収波長の狭帯域光とを少なくとも有し、
    前記第１被検体画像は表層血管と中深層血管とが強調された血管強調画像であり、前記第２被検体画像は血中ヘモグロビンの酸化飽和度を画像化した酸化飽和度画像であることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡システム。
  8. 前記青色狭帯域光は４１０±１０ｎｍの波長域を有し、前記２つの異吸収波長の狭帯域光はそれぞれ４４０±１０ｎｍと４７０±１０ｎｍの波長域を有し、前記緑色狭帯域光及び前記等吸収波長の狭帯域光は５４０±１０ｎｍの波長域を有することを特徴とする請求項７記載の内視鏡システム。
  9. 前記第２照明光には、前記異吸収波長の狭帯域光として、６５０±１０ｎｍの波長域を有する狭帯域光と、９１０±１０ｎｍの波長域を有する狭帯域光を更に含むことを特徴とする請求項８記載の内視鏡システム。
  10. 生体組織内の特定層にまで深達度を有する波長帯域の光のうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域を有する第１照明光で照明された被検体を内視鏡装置で撮像して得られる第１画像信号を取得するととともに、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域を有する第２照明光で照明された被検体を前記内視鏡装置で撮像して得られる第２画像信号を取得する画像信号取得手段と、
    前記第１及び第２画像信号を受信する画像生成手段によって、前記第１画像信号に基づき第１被検体画像を生成するとともに、前記第２画像信号に基づき第２被検体画像を生成する画像生成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。
  11. 生体組織内の特定層にまで深達度を有する波長帯域の光のうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域を有する第１照明光で照明された被検体を内視鏡装置で撮像して得られる第１画像信号を取得するととともに、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域を有する第２照明光で照明された被検体を前記内視鏡装置で撮像して得られる第２画像信号を取得し、
    前記第１及び第２画像信号を受信する画像生成手段によって、前記第１画像信号に基づき第１被検体画像を生成するとともに、前記第２画像信号に基づき第２被検体画像を生成し、
    前記第１及び第２被検体画像を表示手段に表示することを備えることを特徴とする画像表示方法。
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