JP2015066050A - 内視鏡システム及びプロセッサ装置並びに作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】血管の深さが分かるように、各層の血管を明るさの違いで表示する。【解決手段】紫色光Vと青色光Bを順次検体に照射する。紫色光Vの波長範囲３８０〜４４０nmでは、極表層血管VA及び表層血管VBの反射率が中層血管VCの反射率よりも小さい。青色光Bの波長範囲４４０〜４８０nmでは、中層血管VCの反射率は極表層血管VA及び表層血管VBの反射率よりも小さい。紫色光Vの照射時に得られるB１画像信号と、青色光Bの照射時に得られるB２画像信号とで、粘膜Mの明るさが等しくなるように、規格化する。規格化後のB1＊、B２＊画像信号間で差分処理することにより差分画像を得る。差分画像をB１画像信号に合成することにより、極表層血管VA及び表層血管VBがダウンエッジで、中層血管VCがアップエッジで分離して表示される特殊画像が得られる。【選択図】図１４

Description

本発明は、狭帯域光を用いて血管などの構造組織を強調して観察する内視鏡システム及びプロセッサ装置並びに作動方法に関する。

医療分野においては、光源装置、内視鏡装置、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断が広く行われている。内視鏡システムを用いる診断では、白色光などの広帯域の光を用いて検体内を全体的に観察する通常観察の他に、特定波長に狭帯域化した狭帯域光を用いて検体内の血管や腺管構造など構造組織を強調する狭帯域光観察も行われつつある。

狭帯域光観察では、検体の表層組織に分布する表層血管を強調するために、青色狭帯域光を用いるとともに、検体の中深層組織に分布する中層血管を強調するために緑色狭帯域光を用いている。そして、青色狭帯域光で照明された検体を撮像して得られる青色画像信号をモニタのBチャンネルとGチャンネルに割り当てる一方で、緑色狭帯域光で照明された検体を撮像して得られる緑色画像信号をモニタのRチャンネルに割り当てること（例えば、特許文献１参照）によって、表層血管と中層血管を異なる色で表示することができる。このように、表層血管と中層血管とを色で分離して表示することにより、ドクターは、それら血管が異なる層の血管であることを認識することができる。

特許４７０９６０６号公報

ここで、人間の眼は、画像上の明るさの違いに対しては敏感であるが、色の違いには鈍いことが一般的に知られている。したがって、上記のように、表層血管と中層血管とを色の違いで表わした場合には、それら血管の深さの違いを正確に把握することができない場合がある。したがって、表層血管、中層血管など深さが異なる複数の血管を、色の違いではなく、明るさの違いで表示することが求められていた。

本発明は、血管の深さが分かるように、表層血管、中層血管など深さが異なる複数の血管を明るさの違いで表示することができる内視鏡システム及びプロセッサ装置並びに作動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、特定深さに位置する第１血管の反射率が、第１血管よりも深い位置にある第２血管の反射率よりも小さい波長範囲を有する第１照明光と、第１血管の反射率が第２血管の反射率よりも大きい波長範囲を有する第２照明光とを、検体に向けて順次照射する光源部と、第１照明光で照明された検体を撮像して第１画像を出力し、第２照明光で照明された検体を撮像して第２画像を出力する撮像センサと、第１画像と第２画像とで検体の粘膜の明るさが等しくなるように、第１及び第２画像を規格化する規格化部と、規格化後の第１及び第２画像間の差分処理により差分画像を取得する差分画像生成部と、第１又は第２画像の少なくとも一方の画像に差分画像を合成して、第１及び第２血管のうち、一方を粘膜よりも値が小さいダウンエッジで表示し、他方を粘膜よりも値が大きいアップエッジで表示する特殊画像を生成する画像合成部とを備えることを特徴とする。

第１又は第２画像上では、第１及び第２血管はダウンエッジであり、差分画像生成部は、第１血管がダウンエッジとなり、第２血管がアップエッジとなる差分画像を生成し、画像合成部は、第１又は第２画像上でダウンエッジの第１血管の値に、差分画像上でダウンエッジの第１血管の値を足し合わせることにより、第１血管をダウンエッジで表示し、第１又は第２画像上でダウンエッジの第２血管の値に、差分画像上でアップエッジの第２血管の値を足し合わせることにより、第２血管をアップエッジで表示する特殊画像を生成することが好ましい。

差分画像上の粘膜の値は「０」であることが好ましい。規格化部は、第１及び第２画像で同じ位置にある粘膜の画素値を求めるとともに、粘膜の画素値に基づいて、第１及び第２画像を規格化することが好ましい。規格化部は、第１又は第２照明光の光量に応じて調整される粘膜の画素値に基づいて、第１及び第２画像を規格化することが好ましい。差分画像には、特殊画像上で第１及び第２血管のいずれかをアップエッジで表示するための調整係数が乗算されることが好ましい。

第１照明光の波長範囲では、第１血管よりも浅い位置にある第３血管の反射率は、第１血管の反射率よりも小さくなっており、特殊画像上では、第３血管のコントラストは第１血管のコントラストよりも大きくなっていることが好ましい。第１又は第２画像上では、第１ないし第３血管はダウンエッジであり、差分画像生成部は、第１及び第３血管がダウンエッジとなり、第２血管がアップエッジとなる差分画像を生成し、画像合成部は、第１又は第２画像上でダウンエッジの第１及び第３血管の値に、差分画像上でダウンエッジの第１及び第３血管の値を足し合わせることにより、第１及び第３血管をダウンエッジで表示する特殊画像を生成することが好ましい。

第１照明光の波長範囲は３８０〜４４０nmであり、第２照明光の波長範囲は４４０〜４８０nmであることが好ましい。光源部は、第１照明光を発する第１LEDと第２照明光を発する第２LEDを有することが好ましい。

本発明は、特定深さに位置する第１血管の反射率が、第１血管よりも深い位置にある第２血管の反射率よりも小さい波長範囲を有する第１照明光と、第１血管の反射率が前記第２血管の反射率よりも大きい波長範囲を有する第２照明光とを、検体に向けて順次照射する光源部と、第１照明光で照明された検体を撮像して第１画像を出力し、第２照明光で照明された検体を撮像して第２画像を出力する撮像センサとを備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、第１及び第２画像を受信する受信部と、第１画像と第２画像とで検体の粘膜の明るさが等しくなるように、第１及び第２画像を規格化する規格化部と、規格化後の第１及び第２画像間の差分処理により差分画像を生成する差分画像生成部と、第１又は第２画像の少なくとも一方の画像に前記差分画像を合成して、第１及び第２血管のうち、一方を粘膜よりも値が小さいダウンエッジで表示し、他方を粘膜よりも値が大きいアップエッジで表示する特殊画像を生成する画像合成部とを備えることを特徴とする。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、光源部が、特定深さに位置する第１血管の反射率が第１血管よりも深い位置にある第２血管の反射率よりも小さい波長範囲を有する第１照明光と、第１血管の反射率が第２血管の反射率よりも大きい波長範囲を有する第２照明光とを、検体に向けて順次発するステップと、撮像センサが、第１照明光で照明された検体を撮像して第１画像を出力し、第２照明光で照明された検体を撮像して第２画像を出力するステップと、規格化部が、第１画像と第２画像とで検体の粘膜の明るさが等しくなるように、第１及び第２画像を規格化するステップと、差分画像生成部が、規格化後の第１及び第２画像間の差分処理により差分画像を生成するステップと、画像合成部が、第１又は第２画像の少なくとも一方の画像に前記差分画像を合成して、第１及び第２血管のうち、一方を粘膜よりも値が小さいダウンエッジで表示し、他方を粘膜よりも値が大きいアップエッジで表示する特殊画像を生成するステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、血管の深さが分かるように、表層血管、中層血管など深さが異なる複数の血管を明るさの違いで表示することができる。

内視鏡システムの外観図である。 第１実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 通常光の発光スペクトルを示すグラフである。 紫色光Vと青色光Bの発光スペクトルを示すグラフである。 Ｂフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタの分光透過率を示すグラフである。 通常観察モード時の撮像センサの動作を示す説明図である。 特殊観察モード時の撮像センサの動作を示す説明図である。 Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の補色フィルタ及びG（緑の）フィルタの分光透過率を示すグラフである。 特殊用構造表示制御部の機能を示すブロック図である。 色彩強調済のB１画像信号とこのB１画像信号の所定画素ラインにおける信号分布を示す説明図である。 色彩強調済のB２画像信号とこのB２画像信号の所定画素ラインにおける信号分布を示す説明図である。 シミュレーションにより得られる粘膜と所定深さにおける血管の分光反射スペクトルを示すグラフである。 B１、B２画像信号の規格化を示す説明図である。 B１、B２画像信号に基づく差分処理を示す説明図である。 特殊画像の生成方法を示す説明図である。 本発明の一連の流れを示すフローチャートである。 B１画像信号の画像図である。 B２画像信号の画像図である。 差分画像Dの画像図である。 特殊画像の画像図である。 第２実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 回転フィルタの平面図である。 図３と異なる通常光の発光スペクトルを示すグラフである。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、モニタ１８と、コンソール１９とを有する。内視鏡１２は光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。内視鏡１２は、検体内に挿入される挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられる湾曲部１２ｃ及び先端部１２ｄを有している。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃは湾曲動作する。この湾曲動作に伴って、先端部１２ｄが所望の方向に向けられる。

また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、モード切替ＳＷ１３ａと、ズーム操作部１３ｂが設けられている。モード切替ＳＷ１３ａは、通常観察モードと、特殊観察モードの２種類のモード間の切り替え操作に用いられる。通常観察モードは、白色光などの通常光を用いて検体を画像化した通常画像をモニタ１８上に表示するモードであり、特殊観察モードは、特定波長の特殊光を用いて検体を画像化した特殊画像をモニタ１８上に表示するモードである。ここで、特殊画像は、検体内における深さが異なる複数の血管を明るさの違いで分離して表示する画像である。ズーム操作部１３ｂは、ズームレンズ４７（図２参照）の駆動操作に用いられ、ズームレンズ４７をテレ側に移動させることにより、検体を拡大する。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続される。モニタ１８は、画像情報等を出力表示する。コンソール１９は、機能設定等の入力操作を受け付けるUI（ユーザーインターフェース）として機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像情報等を記録する外付けの記録部（図示省略）を接続してもよい。

図２に示すように、光源装置１４は、V-LED（Violet Light Emitting Diode）２０ａ、B-LED（Blue Light Emitting Diode）２０ｂ、G-LED（Green Light Emitting Diode）２０ｃ、R-LED（Red Light Emitting Diode）２０ｄ、これら４色のＬＥＤの駆動を制御する光源制御部２１、４色のLED２０a〜２０ｄから発せられる光の光路を結合する光路結合部２３を備えている。光路結合部２３で結合された光は、挿入部１２ａ内に挿通されたライトガイド４１及び照明レンズ４５を介して、検体内に照射される。なお、LEDの代わりに、LD（Laser Diode）を用いてもよい。

V-LED２０ａは、中心波長４０５nm、波長範囲３８０〜４４０nmの紫色光Ｖを発生する。B-LED２０ｂは、中心波長４６０nm、波長範囲４４０〜４８０nmの青色光Ｂを発生する。G-LED２０ｃは、波長範囲が４８０〜６００nmに及ぶ正規分布の緑色光Ｇを発生する。R-LED２０ｄは、中心波長６２０〜６３０nm、波長範囲が６００〜６５０nmに及ぶ赤色光Ｒを発生する。

光源制御部２１は、通常観察モード時には、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄを全て点灯する。これにより、図３に示すように、紫色光V、青色光B、緑色光Ｇ、赤色光Ｒの４色の光は、光路結合部２３で光路が結合される。これにより、通常光が生成される。生成された通常光は、ライトガイド４１に入射する。一方、狭帯域観察モード時には、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂを１フレーム単位で交互に点灯することにより、図４に示すように、紫色光Vと青色光Bを１フレーム単位で交互に発光する。交互に発光された光は、光路結合部２３を介して、ライドガイド４１に入射する。

ライトガイド４１は、光源装置１４と内視鏡１２を接続するユニバーサルコード（図示せず）内に内蔵されており、光路結合部２３で結合された光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用することができる。一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。

内視鏡１２の先端部１２ｄは照明光学系３０aと撮像光学系３０ｂを有している。照明光学系３０ａは照明レンズ４５を有しており、この照明レンズ４５を介して、ライトガイド４１からの光が検体内に照射される。撮像光学系３０ｂは、撮像レンズ４６、ズームレンズ４７、撮像センサ４８を有している。検体からの反射光は、撮像レンズ４６及びズームレンズ４７を介して、撮像センサ４８に入射する。これにより、撮像センサ４８に検体の反射像が結像される。

撮像センサ４８はカラーの撮像素子であり、検体の反射像を撮像して画像信号を出力する。この撮像センサ４８は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等であることが好ましい。本発明で用いられるイメージセンサは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の３色の画像信号を得るためのカラーイメージセンサ、即ち、撮像面にＲＧＢフィルタを備えた、いわゆるＲＧＢイメージセンサである。ここで、Rフィルタが設けられた画素をR画素とし、Gフィルタが設けられた画素をG画素とし、Bフィルタが設けられた画素をB画素とする。

図５に示すように、Bフィルタは３４０〜５２０nmの光を透過させ、Gフィルタは４５０〜６３０nmの光を透過させ、Rフィルタは５８０〜７７０nmの光を透過させる。したがって、検体からの反射光のうち、波長範囲３８０〜４４０nmの紫色光V及び波長範囲４４０〜４８０nmの青色光BはBフィルタのみを透過する。波長範囲４８０〜６００nmの緑色光Ｇは、Bフィルタ及びGフィルタの両方を透過する。波長範囲が６００〜６５０nmの赤色光ＲはRフィルタを透過する。

撮像センサ４８は、通常観察モードと特殊観察モードでは、それぞれ異なる画像信号を出力する。通常観察モードでは、図６Aに示すように、１フレーム毎に通常光が検体に照明されることから、撮像センサ４８のB画素、G画素、R画素から、１フレーム毎に、通常光に対応するBｃ画像信号、Gｃ画像信号、Rｃ画像信号が出力される。これに対して、特殊観察モードでは、図６Bに示すように、紫色光Vと青色光Bとが１フレーム単位で交互に照射されることから、紫色光Vの照明時には、撮像センサ４８のB画素、G画素、R画素から、紫色光Vに対応するB１像信号、G１画像信号、R１画像信号が出力される一方、青色光Bの照明時には、撮像センサ４８のB画素、G画素、R画素から、青色光Bに対応するB２像信号、G２画像信号、R２画像信号が出力される。

なお、撮像センサ４８としては、RGBイメージセンサの代わりに、図７に示すような分光透過率を有するＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＧ（緑）の補色フィルタを備えた、いわゆる補色イメージセンサであっても良い。補色イメージセンサの場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号から色変換によってＲＧＢの３色の画像信号を得ることができる。この場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号からＲＧＢの３色の画像信号に色変換する色変換手段を、内視鏡１２又はプロセッサ装置１６のいずれかに備えている必要がある。

図２に示すように、撮像センサ４８から出力される画像信号は、ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０に送信される。ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０は、アナログ信号である画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）や自動利得制御（ＡＧＣ）を行う。ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０を経た画像信号は、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）５２により、デジタル画像信号に変換される。Ａ／Ｄ変換されたデジタル画像信号は、プロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、受信部５３と、光量算出部５４と、ＤＳＰ５６と、ノイズ除去部５８と、画像処理切替部６０と、通常画像処理部６２と、特殊画像処理部６４と、映像信号生成部６６とを備えている。受信部５３は内視鏡１２からのデジタルのＲＧＢ画像信号を受信する。光量算出部５４は、受信部５３で受信したデジタルの画像信号に基づいて露光量を算出するとともに、この算出された露光量に基づいて、目標光量を算出する。そして、光量算出部５４は、算出された目標光量と、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄ間の設定光量比とに基づいて、各LED２０ａ〜２０ｄの目標光量を定めた目標光量設定信号を算出する。

例えば、通常観察モードでは、光量算出部５４で算出された光量を「Ｐ」とし、設定光量比を「V-LED：B-LED：G-LED：R-LED＝ａ：ｂ：ｃ：ｄ」とした場合、V-LED２０ａの目標光量は「Ｐ×（ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となり、B-LED２０ｂの目標光量は「Ｐ×（ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となり、G-LED２０ｃの目標光量は「Ｐ×（ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となり、R-LED２０ｄの目標光量は「Ｐ×（ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となる。一方、特殊観察モードでは、光量算出部５４で算出された光量を「Q」とし、設定光量比を「V-LED：B-LED＝ｍ：ｎ」とした場合、V-LED２０ａの目標光量は「Q×（ｍ／（ｍ＋ｎ））」となり、B-LED２０ｂの目標光量は「Q×（ｎ／（ｍ＋ｎ））」となる。なお、光量比はコンソール１９によって設定され、通常観察モードと特殊観察モードで異なる光量比が設定される。

ＤＳＰ５６は、画像信号に対してガンマ補正、色補正処理を行う。ノイズ除去部５８は、ＤＳＰ５６でガンマ補正等が施された画像信号に対してノイズ除去処理（例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等）を施すことによって、画像信号からノイズを除去する。ノイズが除去された画像信号は、画像処理切替部６０に送信される。

画像処理切替部６０は、モード切替ＳＷ１３ａにより、通常観察モードにセットされている場合には、この通常観察モード時に得られるRｃ画像信号、Gｃ画像信号、Bｃ画像信号を通常画像処理部６２に送信し、特殊観察モードにセットされている場合には、この特殊観察モード時に得られるR１画像信号、G１画像信号、B１画像信号、R２画像信号、G２画像信号、B２画像信号を特殊画像処理部６４に送信する。

通常画像処理部６２は、通常用色変換部６８と、通常用色彩強調部７０と、通常用構造強調部７２とを有し、検体内を通常の生体の色調で表現した通常画像を生成する。通常用色変換部６８は、Rｃ画像信号、Gｃ画像信号、Bｃ画像信号に対して色変換処理を施すことにより、色変換済画像信号を出力する。通常用色変換部６８では、更に、色変換済画像信号に対して階調変換処理を行って、階調変換済画像信号を出力する。通常用色彩強調部７０は、階調変換済画像信号に対して、各種色彩強調処理を施す。通常用構造強調部７２は、色彩強調処理済画像信号に対して、シャープネスや輪郭強調等の構造強調処理を行う。通常用構造強調部７２で構造強調処理が施された画像信号は、通常画像として、映像信号生成部６６に入力される。

特殊画像処理部６４は、特殊用色変換部７４と、特殊用色彩強調部７６と、特殊用構造表示制御部７８とを有し、極表層血管と表層血管及び中層血管とを明るさの違いで分離して表示する特殊画像を生成する。極表層血管、表層血管、中層血管については、この順で、粘膜表面からの深さが大きくなっている。特殊用色変換部７４は、R１画像信号、G１画像信号、B１画像信号、R２画像信号、G２画像信号、B２画像信号の一部又は全部に対して色変換処理を施すことにより、色変換済RGB画像信号を出力する。

特殊観察モードでは、血管などの検体に関する情報が含まれているのは、紫色光Vの照射時に、紫色光Vに感応するB画素から出力されるB１画像信号と、青色光Bの照射時に、青色光Bに感応するB画素から出力されるB２画像信号である。一方、その他のG１画像信号、R１画像信号、G２画像信号、R２画像信号には、検体に関する情報がほとんど含まれていない。したがって、本実施形態では、B１画像信号、B２画像信号に対して色変換処理が行われる。

特殊用色変換部７４では、更に、色変換済B１、B２画像信号に対して階調変換処理を行って、階調変換済B１、B２画像信号を出力する。特殊用色彩強調部７６は、階調変換済B１、B２画像信号に対して、各種色彩強調処理を施す。特殊用構造表示制御部７８は、詳しくは後述するように、色彩強調処理済B１、B２画像信号に対して、極表層血管、表層血管、中層血管を、明るさの違いで分離して表示するための表示制御処理を行う。特殊用構造表示制御部７８で表示制御処理が施されたB１、B２画像信号は、映像信号生成部６６に入力される。

図８に示すように、特殊用構造表示制御部７８は、規格化部８１と、差分画像生成部８３と、画像合成部８５とを備えている。この特殊用構造表示制御部７８には、色彩強調処理済B１、B２画像信号が入力される。色彩強調済B１画像信号（以下単に「B１画像信号」とする）については、図９に示すように、所定画素ラインPLにおいて、極表層血管VA、表層血管VB、中層血管VCは、それぞれ粘膜Mよりも画素値が低いダウンエッジとなっている。また、ダウンエッジとなる血管のうち、極表層血管VAの画素値が一番低く、その次に画素値が低いのは表層血管VBであり、画素値が一番大きいのは中層血管VCである。

一方、色彩強調済B２画像信号（以下単に「B２画像信号」とする）についても、B１画像信号と同様、図１０に示すように、所定画素ラインPLにおいて、極表層血管VA、表層血管VB、中層血管VCは、それぞれ粘膜Mよりも画素値が低いダウンエッジとなっている。しかしながら、ダウンエッジとなる血管のうち、極表層血管VAと表層血管VBの画素値がほぼ同じであり、また、それら極表層血管VA及び表層血管VBの画素値が中層血管VCの画素値よりも小さくなっている点が、B１画像信号とは異なっている。

B１画像信号の信号分布が、図９のようになる理由については以下の通りである。B１画像信号は紫色光Vを照射したときに得られる信号であるため、B１画像信号中の血管部分の画素値は、紫色光Vに対する血管の反射光の光量によって大きく影響を受ける。ここで、波長範囲３８０〜４４０nmの紫色光Vに対する血管の反射率は、図１１のシミュレーション結果に示すように、粘膜表面から血管までの距離を示す血管深さｄによって、異なっている。

図１１は、粘膜Mの反射率Rｍに加えて、血管径（血管の太さ）が１０μｍの血管に所定波長の光を照射したときの血管の反射率R１〜R３を示しており、血管径（血管の太さ）が４０μｍの血管に所定波長の光を照射したときの血管の反射率R４を示している。R１は血管深さｄが５μｍである極表層血管VAの反射率であり、R２、R３は血管深さｄが１０μｍ、１５μｍである表層血管VBの反射率であり、R４は血管深さｄが４０μｍである中層血管VCの反射率である。

ここで、本実施形態では、極表層血管VAは反射率R１を有する深さ５μｍの血管とするが、粘膜表面からおおよそ８μｍまでの深さにある血管を極表層血管VAとしてもよい。また、表層血管VBは深さｄが１０μｍ、１５μｍの血管とするが、８μｍ〜２０μｍまでの深さにある血管を表層血管VBとしてもよい。また、中層血管VCは深さｄが４０μｍの血管とするが、２０〜４５μｍまでの深さにある血管を中層血管VCとしてもよい。

紫色光Vの波長範囲３８０〜４４０nmは、極表層血管VA、表層血管VB、中層血管VCがほぼ一致する４４０nm付近のクロス点RPよりも短波長側にあり、且つ、この波長範囲３８０〜４４０nmでは、中層血管VC、表層血管VB、極表層血管VAの順で、反射率が低くなっていることが分かる。即ち、中層血管VC、表層血管VB、極表層血管VAの順で、各血管部分の画素値が小さくなって、粘膜Mに対するコントラストが大きくなっているが分かる。これは、紫色光Vのような波長範囲４４０nm以下の可視光に関しては、血管深さに対する分解能があることを意味する。

一方、B２画像信号の信号分布が、図１０のようになる理由については以下の通りである。B２画像信号は青色光Bを照射したときに得られる信号であるため、B２画像信号中の血管部分の画素値は、青色光Bに対する血管の反射光の光量によって大きく影響を受ける。ここで、青色光Bの波長範囲４４０〜４８０nmは、図１１に示すように、クロス点RPよりも長波長側にあり、且つ、この波長範囲４４０〜４８０nmでは、中層血管VCの反射率が極表層血管VA及び表層血管VBの反射率よりも小さくなっていることが分かる。即ち、B１画像信号の場合と比較すると、極表層血管VA及び表層血管VBの反射率と中層血管VCの反射率との大小関係が逆転していることが分かる。

また、この青色光Bの波長範囲４４０〜４８０nmでは、極表層血管VA及び表層血管VBの反射率はほぼ同じであることから、表層血管VBまでの深さの範囲（深さｄが５〜１５μｍの範囲）では、深さが多少変わっても画素値の変化はない。これは、血管深さｄが５〜１５μｍの範囲内では、青色光Bのような波長範囲４４０nmを超える光は、血管深さの分解能は有していないことを意味する。

以上から、B２画像信号中では、深さｄが５〜１５μｍの範囲に含まれる極表層血管VA及び表層血管VBの画素値はほぼ同じであり、また、深さｄが１５μmを超える中層血管VCの画素値は、極表層血管VA及び表層血管VBの画素値よりも小さくなっている。

規格化部８１は、B１、B２画像信号間で粘膜Mの画素値を等しくすることによって、B１、B２画像信号を規格化する。規格化部８１は、図１２に示すように、B１、B２画像信号間で同じ位置Tにある粘膜Mの画素を抽出する。抽出した粘膜の画素の画素値M１、M２を求める。そして、規格化係数PMを粘膜の画素値M１で割った値を、B１画像信号の各画素の画素値に掛け合わせて、規格化済みのB１^＊画像信号を得る（B１^＊＝B１×（PM／M１））。同様にして、規格化係数PMを粘膜の画素値M２で割った値を、B２画像信号の各画素の画素値に掛け合わせて、規格化済みのB２^＊画像信号を得る（B２^＊＝B２×（PM／M２））。規格化済みのB１^＊、B２^＊画像信号では、それぞれの粘膜Mの画素値M１^＊、M２^＊は等しくなっている。

なお、B１、B２画像信号を取得する毎に粘膜Mの画素値を算出するが、これに代えて、それら粘膜の画素値M1、M２の大体の値が分かっている場合には、予め定めた固定値を用いてもよい。ただし、この場合には、照明光の光量のレベル（又は光量算出部５４で算出される露光量のレベル）によって、予め定めた固定値を調整する必要がある。

差分画像生成部８３は、規格化済みのB1^＊画像信号の画素値から規格化済みのB２^＊画像信号の画素値を差し引いて、差分画像Dを生成する（D＝B1^＊−B２^＊）。B１画像信号中の粘膜の画素値M１^＊とB２画像信号中の粘膜の画素値M２^＊ほぼ同じである（M１^＊＝M２^＊）ことから、図１３に示すように、差分画像Dの粘膜Mの値はほぼ「０」となっている（M１^＊−M２^＊＝０）。なお、差分画像生成部８３では、B1^＊画像信号からB２^＊画像信号を差し引いて、差分画像を生成してもよい。

また、B１画像信号中の極表層血管VA及び表層血管VBの画素値VA１、VB１は、B２画像信号中の極表層血管VA及び表層血管VBの画素値VA２、VB２よりも小さい（VA１＜VA２、VB１＜VB２）。したがって、差分画像Dにおける極表層血管VA及び表層血管VBの値は負となっており、且つ極表層血管VAの値の絶対値は、表層血管VBの値の絶対値よりも大きくなっている（VA１−VA２＜０、VB１−VB２＜０、｜VA１−VA２｜＞｜VB１−VB２｜）。これに対して、B１画像信号中の中層血管VCの画素値VC1は、B２画像信号中の中層血管VCの画素値VC２よりも大きい（VC1＞VC２）。したがって、差分画像Dにおける中層血管VCの値は正となっている（VC1−VC２＞０）。

差分画像生成部８３では、差分画像の各画素に対して調整係数αを乗算して、差分画像D^＊を生成する。この調整係数αは、差分画像Dの画素値に応じて調整され、画像合成部８５で差分画像DをB１画像信号に足し合わせたときに、極表層血管VA及び表層血管VBと中層血管VCとを確実に分離して表示させるためのものである。本実施形態では、極表層血管VA及び表層血管VBと中層血管VCとを分離表示するために、中層血管VCをアップエッジにしていることから、調整係数αは、差分画像の中層血管VCの値の絶対値が、B１画像信号中の中層血管VCの値よりも大きくなるように調整される。

画像合成部８５は、B１画像信号に差分画像D^＊を合成することにより特殊画像を生成する。この画像合成部８５では、B１画像信号に差分画像D^＊を足し合わせて特殊画像を生成するが、それらを差し引いて特殊画像を生成してもよく、B２画像信号に対して差分画像D^＊を足し合わせ又は差し引いて特殊画像を生成してもよい。

図１４に示すように、特殊画像上の極表層血管VA及び表層血管VBは、B１画像信号中でダウンエッジの極表層血管VA及び表層血管VBの画素値に、差分画像D^＊でダウンエッジの極表層血管VA及び表層血管VBの値を足し合わせたものであるため、特殊画像上では極表層血管VA及び表層血管VBはダウンエッジを維持している。これに対して、特殊画像上の中層血管VCは、B１画像信号中でダウンエッジの中層血管VCの画素値に、差分画像D^＊でアップエッジの中層血管VCの値が足し合わせたものであるため、特殊画像上では中層血管VCはアップエッジとなっている。したがって、特殊画像上では、極表層血管VA及び表層血管VBと中層血管VCとは分離して表示される。

また、特殊画像上の極表層血管VA及び表層血管VBについては、VA１−VA２＜０、VB１−VB２＜０、｜VA１−VA２｜＞｜VB１−VB２｜の３つの関係性を有する差分画像D^＊をB1画像信号に足し合わしているため、それら極表層血管VA及び表層血管VBのコントラストはそれぞれ向上しており、また、極表層血管VAのコントラストは表層血管VBのコントラストよりも大きくなっている。したがって、極表層血管VAと表層血管VBについては、コントラストの違いによって、それぞれ識別することが可能である。また、差分画像D^＊上の粘膜Mの値はほぼ「０」であるため、B１画像信号に差分画像D^＊を足し合わせても、特殊画像上で粘膜Mが強調されることがない。そのため、粘膜を強調することなく、各血管VA、VB、VCの視認性を向上させることができる。

映像信号生成部６６は、通常画像処理部６２又は特殊画像処理部６４から入力された通常画像又は特殊画像を、モニタ１８で表示可能画像として表示するための映像信号に変換する。この変換後の映像信号に基づいて、モニタ１８は、通常観察モード時には通常画像を表示し、特殊観察モード時には、特殊画像を表示する。なお、特殊画像はB１画像信号に差分画像D^＊を足し合わせた加算画像のみから構成されるが、この加算画像に、B２画像信号を加えたものをモニタ１８に表示してもよい。この場合、加算画像をモニタ１８のBチャンネル及びGチャンネルに割り当て、B２画像信号をRチャンネルに割り当てることが好ましい。

次に、本発明の作用について、図１５に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、通常観察モードにおいて、遠景状態からスクリーニングを行う。このスクリーニング時に、ブラウニッシュエリアや発赤など病変の可能性がある部位（病変可能性部位）を検出したときには、ズーム操作部１３ｂを操作して、その病変可能性部位を拡大表示する拡大観察を行う。これに合わせて、モード切替ＳＷ１３aを操作して、特殊観察モードに切り替える。

モード切替ＳＷ１３ａにより特殊観察モードに切り替えられるとV-LED２０ａ、B-LED２０ｂが交互に点灯する。これにより、紫色光V、青色光Bが検体内に交互に照射される。これら紫色光V又は青色光Bで照明された検体は、それぞれ撮像センサ４８によって撮像される。紫色光V照射時には、撮像センサ４８からR1、G１、B1画像信号が出力され、青色光B照射時には、撮像センサ４８からR２、G2、B２画像信号が出力される。

これら特殊観察モード時に得られる画像信号のうち、図１６に示すB１画像信号と図１７に示すB２画像信号に基づいて、特殊画像の生成を行う。まず、B１、B２画像信号間で同じ位置Tにある粘膜Mの画素を抽出するとともに、抽出した粘膜Mの画素の画素値を求める。そして、この求めた粘膜Mの画素値に基づいて、B１、B２画像信号における粘膜Mの画素値が等しくなるように、規格化する。規格化済みのB1画像信号から規格化済みのB２画像信号を差し引くことにより、図１８に示すような差分画像Dが得られる。この差分画像Dでは、粘膜Mの値はほぼ「０」であり、極表層血管VA及び表層血管VBが粘膜Mの値よりも小さいダウンエッジ（負のエッジ）となっており、中層血管VCは粘膜Mの値よりも大きいアップエッジ（正のエッジ）となっている。

そして、差分画像Dに対して調整係数αを乗算して、差分画像D^＊を得る。この差分画像D^＊に対してB１画像信号を足し合わせることによって、図１９に示すような特殊画像が生成される。特殊画像では、極表層血管VA及び表層血管VBはダウンエッジで表示されるのに対して、中層血管VCはアップエッジで表示される。これにより、極表層血管VA及び表層血管VBと中層血管VCとを分離して表示することができる。図１９では、ダウンエッジの表層血管VBは黒で、中層血管VCは白で表示されている。また、特殊画像上では、極表層血管VAのコントラストは表層血管VBのコントラストよりも大きいため、極表層血管VA及び表層血管VBについては、コントラストの違いで、それぞれを識別することができる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、各観察モードに必要な複数の画像信号をカラーの撮像センサで同時に取得しているが、これに代えて、第２実施形態では、各観察モードに必要な複数の画像信号をモノクロの撮像センサで順次取得する。

図２０に示すように、面順次式の内視鏡システム２００の光源装置１４には、V-LED２０a等の代わりに、広帯域光源２０２、回転フィルタ２０４、フィルタ切替部２０５が設けられている。また、撮像光学系３０ｂには、カラーの撮像センサ４８の代わりに、カラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像センサ２０６が設けられている。それ以外については、第１実施形態の内視鏡システム１０と同様である。

広帯域光源２０２はキセノンランプ、白色ＬＥＤなどであり、波長域が青色から赤色に及ぶ白色光を発する。回転フィルタ２０４は、内側に設けられた通常観察モード用フィルタ２０８と、外側に設けられた特殊観察モード用フィルタ２０９とを備えている（図２１参照）。フィルタ切替部２０５は、回転フィルタ２０４を径方向に移動させるものであり、モード切替ＳＷ１３aにより通常観察モードにセットされたときに、回転フィルタ２０４の通常観察モード用フィルタ２０８を白色光の光路に挿入し、特殊観察モードにセットされたときに、回転フィルタ２０４の特殊観察モード用フィルタ２０９を白色光の光路に挿入する。

図２１に示すように、通常観察モード用フィルタ２０８には、周方向に沿って、白色光のうち広帯域青色光を透過させるＢフィルタ２０８ａ、白色光のうち広帯域緑色光を透過させるＧフィルタ２０８ｂ、白色光のうち広帯域赤色光を透過させるＲフィルタ２０８ｃが設けられている。したがって、通常観察モード時には、回転フィルタ２０４が回転することで、広帯域青色光、広帯域緑色光、広帯域赤色光が交互に検体内に照射される。

特殊観察モード用フィルタ２０９には、周方向に沿って、白色光のうち中心波長４０５nm、波長範囲３８０〜４４０nmの紫色光Vを透過させるVｎフィルタ２０９ａと、４４０〜４８０nmの青色光Bを透過させるBｎフィルタ２０９ｂが設けられている。したがって、特殊観察モード時には、回転フィルタ２０４が回転することで、紫色光V、青色光Bが交互に検体内に照射される。

面順次方式の内視鏡システム２００では、通常観察モード時には、青色光、緑色光、赤色光が検体内に照射される毎にモノクロの撮像センサ２０６で検体内を撮像する。これにより、ＲＧＢの３色の画像信号が得られる。そして、それらＲＧＢの画像信号に基づいて、上記第１実施形態と同様の方法で、通常画像が生成される。一方、特殊観察モード時には、紫色光V、青色光Bが検体内に照射される毎にモノクロの撮像センサ２０６で検体内を撮像する。これにより、Vｎ画像信号と、Bｎ画像信号が得られる。これらVn画像信号と、Bn画像信号に基づいて、上記第１実施形態と同様の方法で、特殊画像の生成が行われる。なお、Vn画像信号は第１実施形態のB１画像信号に対応しており、Bn画像信号は第１実施形態のB２画像信号に対応している。

なお、第１実施形態では、図３及び図４に示すような発光スペクトルを有する４色の光を用いたが、発光スペクトルはこれに限られない。例えば、図２２に示すように、緑色光G及び赤色光Rについては同様のスペクトルを有する一方で、紫色光Vについては中心波長４１０〜４１５nmでやや長波長側に波長範囲を有するものに代えるとともに、青色光Bについては中心波長４４５〜４６０nmでやや短波長側に波長範囲を有するものに代えてもよい。ただし、この場合には、極表層血管VA及び表層血管VBがダウンエッジとなり、中層血管VCがアップエッジになる差分画像Dを生成するために、紫色光Vの波長範囲の上限値は図１１のクロス点RPである４４０nmよりも短波長側にあり、青色光Bの波長範囲の下限値はクロス点RPの４４０nmよりも長波長側にある必要がある。

なお、上記実施形態では、本発明の実施を内視鏡の診断中に行ったが、これに限らず、内視鏡診断後、内視鏡システムの記録部に記録しておいた内視鏡画像に基づいて、本発明の実施を行ってもよく、また、カプセル内視鏡で取得したカプセル内視鏡画像に基づいて、本発明の実施を行ってもよい。

１０，２００ 内視鏡システム
２０a V-LED（第１LED）
２０ｂ B-LED（第２LED）
４８ 撮像センサ
８１ 規格化部
８３ 差分画像生成部
８５ 画像合成部
M 粘膜
VA 極表層血管（第３血管）
VB 表層血管（第１血管）
VC 中層血管（第２血管）

Claims (12)

1. 特定深さに位置する第１血管の反射率が、前記第１血管よりも深い位置にある第２血管の反射率よりも小さい波長範囲を有する第１照明光と、前記第１血管の反射率が前記第２血管の反射率よりも大きい波長範囲を有する第２照明光とを、検体に向けて順次照射する光源部と、
   前記第１照明光で照明された検体を撮像して第１画像を出力し、前記第２照明光で照明された検体を撮像して第２画像を出力する撮像センサと、
   前記第１画像と前記第２画像とで前記検体の粘膜の明るさが等しくなるように、前記第１及び第２画像を規格化する規格化部と、
   規格化後の第１及び第２画像間の差分処理により差分画像を取得する差分画像生成部と、
   前記第１又は第２画像の少なくとも一方の画像に前記差分画像を合成して、前記第１及び第２血管のうち、一方を前記粘膜よりも値が小さいダウンエッジで表示し、他方を前記粘膜よりも値が大きいアップエッジで表示する特殊画像を生成する画像合成部とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記第１又は第２画像上では、前記第１及び第２血管はダウンエッジであり、
   前記差分画像生成部は、前記第１血管がダウンエッジとなり、前記第２血管がアップエッジとなる差分画像を生成し、
   前記画像合成部は、前記第１又は第２画像上でダウンエッジの第１血管の値に、前記差分画像上でダウンエッジの第１血管の値を足し合わせることにより、前記第１血管をダウンエッジで表示し、前記第１又は第２画像上でダウンエッジの第２血管の値に、前記差分画像上でアップエッジの第２血管の値を足し合わせることにより、前記第２血管をアップエッジで表示する特殊画像を生成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. 前記差分画像上の粘膜の値は「０」であることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡システム。
4. 前記規格化部は、前記第１及び第２画像で同じ位置にある前記粘膜の画素値を求めるとともに、前記粘膜の画素値に基づいて、前記第１及び第２画像を規格化することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡システム。
5. 前記規格化部は、前記第１又は第２照明光の光量に応じて調整される粘膜の画素値に基づいて、前記第１及び第２画像を規格化することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡システム。
6. 前記差分画像には、前記特殊画像上で前記第１及び第２血管のいずれかをアップエッジで表示するための調整係数が乗算されることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
7. 前記第１照明光の波長範囲では、前記第１血管よりも浅い位置にある第３血管の反射率は、前記第１血管の反射率よりも小さくなっており、
   前記特殊画像上では、前記第３血管のコントラストは前記第１血管のコントラストよりも大きくなっ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。
8. 前記第１又は第２画像上では、前記第１ないし第３血管はダウンエッジであり、
   前記差分画像生成部は、前記第１及び第３血管がダウンエッジとなり、前記第２血管がアップエッジとなる差分画像を生成し、
   前記画像合成部は、前記第１又は第２画像上でダウンエッジの第１及び第３血管の値に、前記差分画像上でダウンエッジの第１及び第３血管の値を足し合わせることにより、前記第１及び第３血管をダウンエッジで表示する特殊画像を生成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１照明光の波長範囲は３８０〜４４０nmであり、前記第２照明光の波長範囲は４４０〜４８０nmであることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡システム。
10. 前記光源部は、前記第１照明光を発する第１LEDと前記第２照明光を発する第２LEDを有することを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の内視鏡システム。
11. 特定深さに位置する第１血管の反射率が、前記第１血管よりも深い位置にある第２血管の反射率よりも小さい波長範囲を有する第１照明光と、前記第１血管の反射率が前記第２血管の反射率よりも大きい波長範囲を有する第２照明光とを、検体に向けて順次照射する光源部と、前記第１照明光で照明された検体を撮像して第１画像を出力し、前記第２照明光で照明された検体を撮像して第２画像を出力する撮像センサとを備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、
    前記第１及び第２画像を受信する受信部と、
    前記第１画像と前記第２画像とで前記検体の粘膜の明るさが等しくなるように、前記第１及び第２画像を規格化する規格化部と、
    規格化後の第１及び第２画像間の差分処理により差分画像を生成する差分画像生成部と、
    前記第１又は第２画像の少なくとも一方の画像に前記差分画像を合成して、前記第１及び第２血管のうち、一方を前記粘膜よりも値が小さいダウンエッジで表示し、他方を前記粘膜よりも値が大きいアップエッジで表示する特殊画像を生成する画像合成部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。
12. 光源部が、特定深さに位置する第１血管の反射率が前記第１血管よりも深い位置にある第２血管の反射率よりも小さい波長範囲を有する第１照明光と、前記第１血管の反射率が前記第２血管の反射率よりも大きい波長範囲を有する第２照明光とを、検体に向けて順次発するステップと、
    撮像センサが、前記第１照明光で照明された検体を撮像して第１画像を出力し、前記第２照明光で照明された検体を撮像して第２画像を出力するステップと、
    規格化部が、前記第１画像と前記第２画像とで前記検体の粘膜の明るさが等しくなるように、前記第１及び第２画像を規格化するステップと、
    差分画像生成部が、規格化後の第１及び第２画像間の差分処理により差分画像を生成するステップと、
    画像合成部が、前記第１又は第２画像の少なくとも一方の画像に前記差分画像を合成して、前記第１及び第２血管のうち、一方を前記粘膜よりも値が小さいダウンエッジで表示し、他方を前記粘膜よりも値が大きいアップエッジで表示する特殊画像を生成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。