JP5427318B1 - 内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

内視鏡装置１は、被検体に対し、所定の波長帯域を有する少なくとも１つ以上の照明光を照射する光源装置４と、光源装置４からの照明光の照射に基づく被検体からの戻り光を撮像するCCD２と、CCD２による撮像後、生体組織の吸収特性において極大値を含む波長帯域から極小値における波長帯域の間で、分光特性のピーク波長を有する第１の波長帯域の第１の画像信号P1を出力する画像処理部１０１と、第１の画像信号に基づき画像表示を行う観察モニタ５と、を備える。

Description

本発明は、内視鏡装置に関し、特に、被検体内部の血管を表示することが可能な内視鏡装置に関する。
従来より、医療分野において、内視鏡を用いた低侵襲な各種検査や手術が行われている。術者は、体腔内に内視鏡を挿入し、内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像装置により撮像された被写体を観察し、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて病変部に対して処置をすることができる。内視鏡を用いた手術は、開腹等をすることがないため、患者の身体的負担が少ないというメリットがある。
内視鏡装置は、内視鏡と、内視鏡に接続された画像処理装置と、観察モニタとを含んで構成される。内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像素子により病変部が撮像され、そのモニタにその画像が表示される。術者は、そのモニタに表示された画像を見ながら、診断あるいは必要な処置を行うことができる。
また、内視鏡装置には、白色光を用いた通常光観察だけでなく、内部の血管を観察するために、赤外光等の特殊光を用いた特殊光観察ができるものもある。
赤外内視鏡装置の場合、例えば、波長８０５ｎｍ付近の近赤外光に吸収ピークの特性を持つインドシアニングリーン（ICG）が薬剤として患者の血中に注入される。そして、光源装置から波長８０５ｎｍ付近及び９３０ｎｍ付近の赤外光を時分割で被写体に照射する。CCDで撮像された被写体像の信号は、赤外内視鏡装置のプロセッサに入力される。例えば、日本特開２０００−４１９４２号公報に開示のように、このような赤外内視鏡装置に関しては、プロセッサは、波長８０５ｎｍ付近の像を緑色信号（G）に、波長９３０ｎｍ付近の像を青色信号（B）に、割り当てて、モニタに出力する装置が、提案されている。ICGにより吸収の多い画像８０５ｎｍ付近の赤外光の像を、緑色に割り当てているので、術者は、ICG投与時の赤外画像をコントラスト良く観察できる。
例えば、内視鏡を用いて、病変部の存在する粘膜下層を切開し、剥離する粘膜下層剥離術（以下、ESD（Endoscopic Submucosal Dissection）という）等では、電気メスなどによって粘膜中の比較的太い血管を切ってしまわないように、術者は、そのような血管の位置を確認して、切開等の処置を行う。重度の出血を起こすおそれのある血管は、粘膜下層から固有筋層を走行している。ESD等の手技において重度の出血が発生した場合、その都度止血作業をしなければならないので、手術時間が長くなってしまう。
しかし、上述した赤外内視鏡装置を用いて、血管の位置を確認するためには、上述したように、ICG等の薬剤を静脈注射するという煩雑な作業が必要となる。
また、上記赤外内視鏡装置の場合、照明光の波長が近赤外光の波長であるため、画像における血管がぼやけてしまうという問題もある。
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みて成されたものであり、薬剤投与という煩雑な作業をすることなく、かつ粘膜深部の血管を明瞭に表示可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の内視鏡装置は、被検体における生体粘膜の表層下に対し、所定の波長帯域を有する少なくとも１つ以上の照明光を照射する照明部と、前記照明部の照射に基づく前記生体粘膜の表層下からの戻り光を撮像する撮像部と、前記撮像部による撮像後、前記被検体の生体組織のヘモグロビン吸光特性上で極大値を含む波長帯域から極小値を含む波長帯域間において、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲に狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域に対応する信号と、当該第１の波長帯域に対応する信号よりも前記ヘモグロビン吸収特性における吸収係数が低くかつ前記生体組織の散乱特性が抑制された波長６１０ｎｍから波長７３０ｎｍの範囲に狭帯域の分光特性を有する第２の波長帯域に対応する信号と、を出力する画像出力部と、前記第１の波長帯域に対応する信号及び前記第２の波長帯域に対応する信号に基づき画像表示を行う表示部と、を備える。
本発明の第１の実施の形態に関わる内視鏡装置の構成を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる回転フィルタ１４の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる狭帯域光観察における全体の処理の流れを説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる静脈血の光の吸収特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、第１の狭帯域光NL1（λ１）と第２の狭帯域光NL2（λ２）の生体組織内における光の伝播ボリュームを説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、生体粘膜の表層下の比較的に深部にある、比較的太い血管が表示可能となる理論的な根拠を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に関わるｆの関数を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に関わる、酸化ヘモグロビン（HbO2）と還元ヘモグロビン（Hb）の光の吸収特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、毛細血管CBの径が０．０１ｍｍと０．１ｍｍの場合と、太い血管BVの径が１ｍｍと２ｍｍの場合の組み合わせについて算出した結果を示すテーブルである。 本発明の第１の実施の形態に関わる、狭帯域光観察モードにおける内視鏡画像における血管の表示例を説明するための内視鏡画像の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、粘膜表面が血液で覆われて出血している状態を狭帯域光観察モードで撮像して得られた画像の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、粘膜表面が血液で覆われて出血している状態を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、粘膜表面の血液溜まり部を狭帯域光観察モードで撮像して得られた画像の例を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、画像処理部１０１の構成を説明するためのブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる、３つの画像信号を用いた内視鏡画像の表示例を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に関わる内視鏡装置１Aの構成を示す構成図である。 本発明の第２の実施の形態に関わる狭帯域光観察における全体の処理の流れを説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に関わる、３つの広帯域光の画像信号B,G,Rから３つの狭帯域光の分光画像信号e1,e2,e3を推定する場合を説明するための分光特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に関わる、３つの狭帯域光Bn,Gn,Rnの画像信号から、３つの狭帯域光の分光推定画像信号e1,e21,e31を推定する場合を説明するための分光特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に関わる画像処理部１０１Aにおける撮像素子２から得られた画像に対する処理の流れを説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に関わる回転フィルタ１４Aの構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に関わる特殊光観察モードにおける全体の処理の流れを説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に関わる画像処理部１０１Bにおける撮像素子２から得られた画像に対する処理の流れを説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に関わる、３つ（あるいは２つ）の広帯域光の画像信号B,G,Rから少なくとも１つの狭帯域光の分光推定画像信号e1を推定する場合を説明するための分光特性を示す図である。 変形例６を説明するための、静脈血の光の吸収特性を示す図である。 変形例９の拡大観察時における画像表示の遷移例を説明するための図である。 狭帯域照明光を中心波長１０nm刻みで時系列的に照射可能な分光内視鏡装置を用いて動物の腹腔内を撮影した画像の模式図である。 図２７の複数のモノクロ画像に対して各画像中のLine-A上の強度（対数表示された画素値）を縦軸に示したグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
（内視鏡装置の構成）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず、本実施の形態に関わる内視鏡装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態に関わる内視鏡装置の構成を示す構成図である。
図１に示すように、本実施の形態の内視鏡装置１は、体腔内に挿入し体腔内組織を撮像する生体画像情報取得手段あるいは生体画像情報取得部として撮像素子であるCCD２を有する電子内視鏡３と、電子内視鏡３に照明光を供給する光源装置４と、電子内視鏡３のCCD２からの撮像信号を信号処理して内視鏡画像を観察モニタ５に表示するビデオプロセッサ７とから構成される。内視鏡装置１は、通常光観察モードと狭帯域光観察モードの２つのモードを有する。なお、以下の説明では、内視鏡装置１の通常光観察モードは、従来の通常光観察モードと同じであるので、通常光観察モードの構成の説明は省略し、主として狭帯域光観察モードについて説明する。
CCD２は、被検体に照射された照明光の戻り光を受光して被検体を撮像する撮像部あるいは撮像手段を構成する。
照明手段としての光源装置４は、照明光（白色光）を発光するキセノンランプ１１と、白色光の熱線を遮断する熱線カットフィルタ１２と、熱線カットフィルタ１２を介した白色光の光量を制御する絞り装置１３と、照明光を面順次光にする帯域制限手段あるいは帯域制限部としての回転フィルタ１４と、電子内視鏡３内に配設されたライトガイド１５の入射面に回転フィルタ１４を介した面順次光を集光させる集光レンズ１６と、回転フィルタ１４の回転を制御する制御回路１７とを備えて構成される。キセノンランプ１１、回転フィルタ１４及びライトガイド１５が、被検体に対して照明光を照明する照射部あるいは照射手段を構成する。
図２は、回転フィルタ１４の構成を示す図である。回転フィルタ１４は、光源であるキセノンランプ１１からの光を透過するフィルタである。波長帯域制限部あるいは波長帯域制限手段としての回転フィルタ１４は、図２に示すように、円盤状に構成され、中心を回転軸とした構造となっており、２つのフィルタ群を有している。回転フィルタ１４の外周側には、周方向に沿って、通常光観察用の分光特性の面順次光を出力するためのフィルタ組を構成するＲ（赤）フィルタ部１４ｒ，Ｇ（緑）フィルタ部１４ｇ，Ｂ（青）フィルタ部１４ｂが、第１のフィルタ群として、配置されている。
回転１４の内周側には、周方向に沿って、３つの所定の狭帯域波長の光を透過させる３つのフィルタ１４−６００，１４−６３０，１４−５４０が、第２のフィルタ群として、配置されている。
フィルタ１４−６００は、狭帯域光として、波長６００ｎｍ（λ１）付近の光を透過させるように構成されている。フィルタ１４−６３０は、狭帯域光として、波長６３０ｎｍ（λ２）付近の光を透過させるように構成されている。フィルタ１４−５４０は、狭帯域光として、波長５４０ｎｍ（λ３）付近の光を透過させるように構成されている。
ここで「付近」とは、波長６００ｎｍ付近の場合は、中心波長が６００ｎｍで、波長６００ｎｍを中心に、幅が、例えば２０ｎｍ（すなわち波長６００ｎｍの前後である波長５９０ｎｍから６１０ｎｍ）の範囲の分布を有する狭帯域光であることを意味する。他の波長である、波長６３０ｎｍ、及び後述する波長５４０ｎｍについても同様である。
回転フィルタ１４は、照明光の出射部であるキセノンランプ１１からCCD２の撮像面に至る光路上に配置され、各モードにおいて、照明光の複数の波長帯域のうち少なくとも１つ（ここでは３つ）の波長帯域を狭めるように制限する。
そして、制御回路１７は、回転フィルタ１４を回転させるためのモータ１８を制御して、回転フィルタ１４の回転を制御する。
モータ１８には、ラック１９ａが接続され、ピニオン１９ｂには、図示しないモータが接続され、ラック１９ａは、ピニオン１９ｂに螺合するように取り付けられている。制御回路１７は、ピニオン１９ｂに接続されたモータの回転を制御することによって、回転フィルタ１４を矢印ｄで示す方向に移動することができる。よって、制御回路１７は、後述するユーザによるモード切替操作に応じて、通常光観察モードのときは第１のフィルタ群を、狭帯域光観察モードのときは第２のフィルタ群を、光路上に位置させるようにピニオン１９ｂに接続されたモータを制御する。
なお、キセノンランプ１１、絞り装置１３、回転フィルタモータ１８、及びピニオン１９ｂに接続されたモータ（図示せず）には電源部１０より電力が供給される。
よって、光源装置４は 狭帯域光観察モードのとき、被検体に対し、所定の波長帯域を有する少なくとも１つ以上の照明光（ここでは、３つの狭帯域光）を照射する照明手段あるいは照明部を構成する。ここでは、３つの照明光のうち１つは、粘膜の表層部から１〜２ｍｍの深部の血管を明瞭に表示するための狭帯域光であり、残りの２つは、さらに深部の血管を表示するための狭帯域光と、表層部近傍の範囲の毛細血管を表示するための狭帯域光である。そのために、光源装置４は 狭帯域光観察モードのとき、第１の波長帯域（後述する）に制限する帯域制限手段あるいは帯域制限部を介して少なくとも１つ以上の照明光を照射する照明手段あるいは照明部である。
ビデオプロセッサ７は、CCDドライバであるCCD駆動回路２０、アンプ２２、プロセス回路２３、A/D変換器２４、ホワイトバランス回路（以下、Ｗ．Ｂという）２５、セレクタ１００、画像処理部１０１、セレクタ１０２、γ補正回路２６、拡大回路２７、強調回路２８、セレクタ２９、同時化メモリ３０、３１，３２、画像処理回路３３、D/A変換器３４，３５，３６、タイミングジェネレータ（以下、Ｔ．Ｇという）３７、モード切替回路４２、調光回路４３、調光制御パラメータ切替回路４４、制御回路２００、及び、表示画像生成手段あるいは表示画像生成部としての合成回路２０１を備えて構成される。
CCD駆動回路２０は、電子内視鏡３に設けられたCCD２を駆動し、回転フィルタ１４の回転に同期した面順次の撮像信号をCCD２に出力させるものである。また、アンプ２２は電子内視鏡３の先端に設けられている対物光学系２１を介してCCD２により体腔内組織を撮像した面順次の撮像信号を増幅するものである。
なお、撮像素子であるCCD２の前面及びライトガイド１５の前面に、それぞれ偏光板を、クロスニコルの状態で配設してもよい。クロスニコルの状態の２つの偏光端により、CCD２は、粘膜表面の反射光を受光しないで、主に粘膜深部からの光を撮像することができる。
プロセス回路２３は、アンプ２２を介した面順次の撮像信号に対して相関２重サンプリング及びノイズ除去等を行う。A/D変換器２４は、プロセス回路２３を経た面順次の撮像信号をデジタル信号の面順次の画像信号に変換する。
Ｗ．Ｂ２５は、A/D変換器２４によりデジタル化された面順次の画像信号に対して、例えば画像信号のＧ信号を基準に画像信号のＲ信号と画像信号のＢ信号の明るさが同等となるようにゲイン調整を行い、ホワイトバランス処理を実行する。
なお、Ｗ．Ｂ２５におけるホワイトバランス調整は、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の戻り光の輝度を基準に行われる。
セレクタ１００は、Ｗ．Ｂ２５からの面順次の画像信号を画像処理部１０１内の各部に振り分けて出力する。
画像処理部１０１は、前記セレクタ１００からの通常光観察用のＲＧＢの画像信号又は狭帯域光観察用の３つの画像信号を、表示用の画像信号に変換する画像信号処理部あるいは画像信号処理手段である。画像処理部１０１は、モード信号に基づく制御回路２００からの選択信号SSに応じて、通常光観察モード時及び狭帯域光観察モード時の画像信号を、セレクタ１０２へ出力する。
セレクタ１０２は、画像処理部１０１からの通常光観察用画像信号と狭帯域光観察用画像信号の面順次の画像信号をγ補正回路２６及び合成回路２０１に順次出力する。
γ補正回路２６は、セレクタ１０２あるいは合成回路２０１からの面順次の画像信号に対してγ補正処理を施す。拡大回路２７は、γ補正回路２６にてγ補正処理された面順次の画像信号を拡大処理する。強調回路２８は、拡大回路２７にて拡大処理された面順次の画像信号に輪郭強調処理を施す。セレクタ２９及び同時化メモリ３０、３１，３２は、強調回路２８からの面順次の画像信号を同時化するためのものである。
画像処理回路３３は、同時化メモリ３０、３１，３２に格納された面順次の各画像信号を読み出し、動画色ずれ補正処理等を行う。D/A変換器３４，３５，３６は、画像処理回路３３からの画像信号を、RGBのアナログの映像信号に変換し観察モニタ５に出力する。Ｔ．Ｇ３７は、光源装置４の制御回路１７から、回転フィルタ１４の回転に同期した同期信号を入力し、各種タイミング信号を上記ビデオプロセッサ７内の各回路に出力する。
また、電子内視鏡２には、通常光観察モード及び狭帯域光観察モードの切替のためのモード切替スイッチ４１が設けられており、このモード切替スイッチ４１の出力がビデオプロセッサ７内のモード切替回路４２に出力されるようになっている。ビデオプロセッサ７のモード切替回路４２は、制御信号を調光制御パラメータ切替回路４４及び制御回路２００に出力するようになっている。調光回路４３は、調光制御パラメータ切替回路４４からの調光制御パラメータ及びプロセス回路２３を経た撮像信号に基づき、光源装置４の絞り装置１３を制御し適正な明るさ制御を行うようになっている。
ビデオプロセッサ７内の各回路は、指定されたモードに応じた所定の処理を実行する。通常光観察モードと狭帯域光観察モードのそれぞれに応じた処理が実行されて、観察モニタ５には、通常光観察用画像あるいは狭帯域光観察画像が表示される。観察モニタ５は、後述するように、粘膜の表層部から１〜２ｍｍ程度の粘膜深部における、直径が１〜２ｍｍ程度の比較的太い血管の画像信号に基づいて画像表示を行う表示手段あるいは表示部である。
（狭帯域光観察の全体の処理の流れ）
次に、本実施の形態における狭帯域光観察の全体の大まかな流れを簡単に説明する。
図３は、本実施の形態に関わる狭帯域光観察における全体の処理の流れを説明するための図である。
術者は、内視鏡の挿入部を体腔内に挿入し、通常光観察モード下で、内視鏡挿入部の先端部を病変部近傍に位置させる。術者は、処置対象の病変部を確認すると、粘膜下層から固有筋層を走行する、比較的太い、例えば直径が１〜２ｍｍの、深部の血管を観察するために、モード切替スイッチ４１を操作して、内視鏡装置１を狭帯域光観察モードに切り替える。
狭帯域光観察モード下では、内視鏡装置１の制御回路１７は、第２のフィルタ群を透過した光を、光源装置４から出射するように、ピニオン１９ｂに接続されたモータを制御して、回転フィルタ１４の位置を移動させる。さらに、制御回路２００も、狭帯域波長による観察のための画像処理を行うように、ビデオプロセッサ７内の各種回路を制御する。
図３に示すように、狭帯域光観察モードでは、照明光発生部５１から、狭帯域波長の照明光が、内視鏡３の挿入部の先端部から出射され、粘膜層を透過して、粘膜下層及び固有筋層を走行する血管６１に照射される。ここで、照明光発生部５１は、光源装置４、回転フィルタ１４、ライトガイド１５等を含んで構成され、内視鏡挿入部の先端から照明光を出射する。回転フィルタ１４の回転により、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光、及び波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光が、連続的にかつ順番に光源装置４から出射されて、被写体に照射される。
波長６００ｎｍ付近の狭帯域光、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光、及び波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の反射光は、それぞれCCD２である反射光受光部５２により受光される。CCD２は、それぞれの反射光の撮像信号を出力し、アンプ２２等を介して、セレクタ１００へ供給される。セレクタ１００は、Ｔ．Ｇ３７からの所定のタイミングに応じて、波長６００ｎｍ付近の第１の画像信号P1、波長６３０ｎｍ付近の第２の画像信号P2及び波長５４０ｎｍ付近の第３の画像信号P3を保持して、画像処理部１０１に供給する。画像処理部１０１は、狭帯域光観察モードのための色変換処理部１０１ｂを含む。
内視鏡装置１を用いて、例えば胃、食道、大腸などの消化管の内壁の病変部の存在する粘膜下層を切開し、剥離するESDでは、術者は、電気メスなどによって組織中の比較的太い血管を切ってしまわないようにしなければならない。術者は、内視鏡装置１を狭帯域光観察モードに設定すると、生体組織の表面下の血管を明瞭に描画することができる。
図１の画像処理部１０１の色変換処理部１０１ｂにおいて、各画像信号を、観察モニタ５のRGBの各チャンネルに割り当て、セレクタ１０２に供給する。その結果、観察モニタ５の画面５ａ上には、粘膜深部の比較的太い血管６１が、高いコントラストで表示される。よって、術者は、観察モニタ５に表示された、粘膜下層及び固有筋層を走行する血管６１に注意しながら、病変部にESDを施すことができる。
ここで、静脈血の光の吸収特性について説明する。図４は、静脈血の光の吸収特性を示す図である。図４の縦軸は、モル吸光係数（ｃｍ−１／Ｍ）であり、横軸は、波長である。なお、３つの狭帯域光の照明光は、生体組織自体の散乱特性の影響も受けるが、生体組織自体の散乱特性は、波長の増加に対して略単調減少であるため、図４を、生体組織の吸収特性として説明する。
一般に、静脈血には、酸化ヘモグロビン（HbO2）と還元ヘモグロビン（Hb）（以下、両者を合わせて単にヘモグロビンという）が、略６０：４０〜８０：２０の割合で含まれている。光はヘモグロビンにより吸収されるが、その吸収係数は、光の波長毎で異なっている。図４は、４００ｎｍから略８００ｎｍまでの波長毎の静脈血の光の吸収特性を示し、５５０ｎｍから、７５０ｎｍの範囲において、吸収係数は、略波長５７６ｎｍの点で極大値を示し、略波長７３０ｎｍの点で極小値を示している。
狭帯域光観察モードでは、３つの狭帯域光が照射され、それぞれの戻り光が、CCD２において受光される。
波長６００ｎｍ付近の狭帯域光（以下、第1の狭帯域光NL1という）は、ヘモグロビンの吸収特性の極大値ACmax（ここでは波長５７６ｎｍにおける吸収係数）から極小値ACmin（ここでは波長７３０ｎｍにおける吸収係数）の波長帯域R内の波長帯域の光である。
波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光（以下、第２の狭帯域光NL2という）も、ヘモグロビンの吸収特性の極大値ACmaxから極小値ACminの波長帯域R内の光であるが、第１の狭帯域光NL1の波長よりも長く、吸収係数が低く、かつ生体組織の散乱特性が抑制された波長帯域の光である。散乱特性が抑制されているとは、散乱係数が、長波長側に向かって低くなっていることを意味する。
すなわち、光源装置４は、生体組織の吸収特性において極大値ACmaxを含む波長帯域から極小値ACminにおける波長帯域の間で分光特性のピーク波長を有する第１の照明光NL1を照射する。
さらに、ここでは、光源装置４は、第１の照明光NL1による画像信号P1より吸収特性における値が低くかつ生体組織の散乱特性が抑制された分光特性のピーク波長を有する第２の照明光NL2も照射する。
さらに、光源装置４は、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光（以下、第３の狭帯域光NL3という）も照射する。第３の狭帯域光NL3は、ヘモグロビンの吸収特性の極大値ACmaxから極小値ACminの波長帯域R外の波長帯域の光であり、被検体の粘膜表面の表層部から所定の距離だけ透過可能な照明光である。
CCD２は、３つの狭帯域光の各画像の撮像信号を出力する。よって、各画像は、第１、第２及び第３の狭帯域光NL1,NL2,NL3の各戻り光に基づく、複数の画素信号を含む。
さらに、照明光である第１の狭帯域光NL1と第２の狭帯域光NL2の生体組織内における光の伝播について説明する。図５は、第１の狭帯域光NL1（λ１）と第２の狭帯域光NL2（λ２）の生体組織内における光の伝播ボリュームを説明するための図である。第１の狭帯域光NL1と第２の狭帯域光NL2のそれぞれは、生体組織内で多重散乱過程を繰り返し、その結果、戻り光として粘膜表面から出射される。第１の狭帯域光NL1と第２の狭帯域光NL2は、それぞれ平均自由行程MFP1,MFP2を有する。そして、第１の狭帯域光NL1の平均自由行程MFP1は、第２の狭帯域光NL2の平均自由行程MFP2よりも短い。
図５に示すように、波長６００ｎｍ（λ１）付近の第１の狭帯域光NL1は、血管６１の近傍まで到達し、波長６３０ｎｍ（λ２）付近の第２の狭帯域光NL2は、血管６１よりもわずかに深い位置まで到達する。よって、この第１の狭帯域光NL1を用いることによって、生体粘膜の表層下の１〜２ｍｍの比較的に深部にある、直径が１〜２ｍｍの比較的太い血管が表示可能となっている。
さらに、後述するように、波長６３０ｎｍ(λ２)付近の第２の狭帯域光NL2によっても、さらに深部のより太い血管が表示可能となっている。
ここで、この波長６００ｎｍ（λ１）付近の第１の狭帯域光NL1を用いることによって、生体粘膜の表層下の比較的に深部にある、比較的太い血管が高いコントラストで表示可能となる理論的な根拠について説明する。
図６は、生体粘膜の表層下の比較的に深部にある、比較的太い血管が表示可能となる理論的な根拠を説明するための図である。図６において、比較的太い血管がBVで、毛細血管はCBで示されている。
ここでは、入射光に対する戻り光を、入射光に対する透過光とした簡素化したモデルとし、毛細血管に対して、最も戻り光の光量が最大になる波長を求める。
図６に示すように、毛細血管CBを媒質とした場合に、毛細血管CBに入力する光の入力光強度I０に対する出力光強度ILの比率である透過率は、ランベルト・ベール（Beer-Lambert）の法則から、次の式（１）で示される。
Figure 0005427318
ここで、L[ｍ]は、毛細血管CBの直径である伝搬距離（メートル）で、L＞０であり、μ[ｍ−１]は、単位メートル当たりの吸収係数であり、μ＞０である。
同様に、図６に示すように、直径ｍLの血管BVに入力する光の入力光強度I０に対する出力光強度IｍLの比率である透過率は、次の式（２）で示される。
Figure 0005427318
ここで、ｍは、ｍ＞１であり、ｍL[ｍ]は、血管BVの直径である伝搬距離（メートル）である。
伝搬距離Lの透過率と伝搬距離ｍLの透過率の差ｆ（μ）は、上記の式（１）と（２）から、次の式（３）により表される。
Figure 0005427318
透過率の差ｆ（μ）は、常に正の値をとる。
この式（３）の両辺をμで微分すると、次の式（４）のように整理される。
Figure 0005427318
式（４）の右辺が０になるには、次の式（５）の条件を満たす場合であり、式（５）から、式（６）を経て、その条件は、式（７）で表される。
Figure 0005427318
Figure 0005427318
Figure 0005427318
式（７）に示すμの値を採る場合に、ｆが最大値をとる、すなわち血管BVのコントラスが最大値となる。
ここで、式（７）を式（３）に代入すると、ｆの最大値ｆmaxは、次の式（８）で示す値となる。
Figure 0005427318
図７は、ｆの関数を示すグラフである。図７に示すように、光路差の異なる２つの透過光の透過率を最大化するためには、式（７）の吸収係数μを選択する必要がある。
μａ[ｍ−１Ｍ−１]を１モル当たりの吸収係数とし、ｃ[Ｍ]を吸収物質の濃度（モル）（モル吸収係数）とすると、式（１）は、次の式（９）で表される。
Figure 0005427318
１モル当たりの吸収係数μａ[ｍ−１Ｍ−１]は、式（７）と式（９）から、次の式（１０）で表される、この場合に、ｆは、最大値ｆmaxをとる。
Figure 0005427318
例えば、Lが０．１ｍｍ（すなわち直径が０．１ｍｍ）の毛細血管CBと、ｍが１０（すなわち直径が１ｍｍ）の太い血管BVの２種類の血管を想定した場合、ヘモグロビン濃度の基準値からｃは、略２．０×１０−３[Ｍ]と推定される。なお、ここでは、男性のヘモグロビン濃度基準値が１２．４〜１７．０ｇ／ｄｌで、ヘモグロビンの質量モル濃度が６．６×１０４g／ｍｏｌとした。
この値を、式（１０）に代入すると、吸収係数μａ[ｍ−１Ｍ−１]は、次の式（１１）に示す通りとなる。
Figure 0005427318
図４において、縦軸の値が式（１１）の値になる波長は、略６００ｎｍである。すなわち、波長６００ｎｍ（λ１）の第１の狭帯域光NL1を用いることによって、生体粘膜の表層下の比較的に深部にある、比較的太い血管が最も高いコントラストで表示可能となる。
以上のように、第１の狭帯域光NL1の波長帯域は、被検体の生体粘膜下の毛細血管と毛細血管よりも太い径を有する血管の光の透過率の差が所定値以上となる波長帯域である。 図８は、酸化ヘモグロビン（HbO2）と還元ヘモグロビン（Hb）の光の吸収特性を示す図である。図８において、実線のグラフが、酸化ヘモグロビン（HbO2）の吸収特性を示し、一点鎖線のグラフが、還元ヘモグロビン（Hb）の吸収特性を示す。図８から、上記の式（１１）を満たす波長は、酸化ヘモグロビン（HbO2）の場合は、PP1の点で示す約５９０ｎｍで、還元ヘモグロビン（Hb）の場合は、PP2の点で示す約６０２ｎｍであることが分かる。なお、光の散乱が無い場合は、光路長と血管の太さは一致するが、光の散乱が無視できない場合は、光路長と血管の太さは一致しないことに注意する必要がある。
深部の血管BVと表層の毛細血管CBの径には、バラツキがある。そこで、上記の同様の計算を、深部の血管BVと表層の毛細血管CBのそれぞれの径を変更した場合について行った。
図９は、毛細血管CBの径が０．０１ｍｍと０．１ｍｍの場合と、太い血管BVの径が１ｍｍと２ｍｍの場合の組み合わせについて算出した結果を示すテーブルである。図９から、式（１１）を満たす波長は、平均値として、酸化ヘモグロビン（HbO2）の場合は、約５９０ｎｍで、還元ヘモグロビン（Hb）の場合は、約６０３ｎｍである。
また、図９における最小波長は５８６ｎｍであり、最大波長は６１４ｎｍである。よって、図９から、比較的太い血管が高いコントラストで表示可能となる光の範囲は、最小波長である５８５ｎｍから、最大波長である６１５ｎｍである。すなわち、図８において点線で示す範囲にある波長６００ｎｍの前後１５ｎｍの間の狭帯域光を用いることによって、比較的太い血管が高いコントラストで表示可能となる。
図２７は狭帯域照明光を中心波長１０nm刻みで時系列的に照射可能な分光内視鏡装置を用いて動物の腹腔内を撮影した画像の模式図である。具体的には、５４０nm、６００nm、６３０nmの各モノクロ画像を各々Ｂチャンネル、Ｇチャンネル、Ｒチャンネルに割り当てた画像を示す。画像中の血管Ｖ１、及び、血管Ｖ２は画像中の左上方向から右下方向に走行する太い血管である。血管Ｖ２よりも血管Ｖ１の方が粘膜表面から深くに位置する。ここでは、５４０nmから６８０nmに渡って１０nmステップで計１５パターンのモノクロ画像を撮影した。
図２８は図２７の複数のモノクロ画像に対して各画像中のLine-A上の強度（対数表示された画素値）を縦軸に示したグラフである。図２８の横軸は各画像中のLine-A上の画素の位置である。血管Ｖ１は画素の位置が２５〜５０付近、血管Ｖ２は画素の位置が７５〜１１０付近に存在する。比較的浅部に存在する血管Ｖ２、及び、深部に位置する血管Ｖ１の両方の血管において強度が減衰している照明波長、つまり、血管Ｖ１および血管Ｖ２において照明光が強く吸収される波長は、図２８から略５９０nm〜６２０nmであることが分かる。
したがって、比較的浅い部分から深部に存在する血管を検知するには、略５９０nm〜６２０nmの狭帯域光が重要な波長情報となる。血管Ｖ１は粘膜表面からおよそ１ｍｍ〜２ｍｍ程度深い部分に存在する。なお、本実験結果は、前記のBeer-Lambertによる理論計算結果（波長６００ｎｍの前後１５ｎｍの間の狭帯域光を用いることによって、比較的太い血管が高いコントラストで表示可能となる）と略一致する。
以上のように、生体粘膜の表層から比較的深部の太い血管をコントラスト良く表示するために光源装置４を含む照明手段あるいは照明部は、生体組織の吸収特性において極大値ACmaxを含む波長帯域から極小値ACminにおける波長帯域の間で、分光特性のピーク波長を有する照明光である狭帯域光NL1を照射する。
なお、ここでは、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号を生成しているが、上述したように、血管の径のバラツキ等があること、さらに深さも種々あることから、図４に示すような、生体組織の吸収特性において極大値を含む波長帯域から極小値における波長帯域の間で、所定の波長幅を有して、分光特性のピーク波長を波長帯域の画像信号を生成することによって、粘膜深部の血管を表示させることができる。
さらに、光源装置４は、第１の狭帯域光NL1による戻り光の吸収特性における値が低くかつ生体組織の散乱特性が抑制された分光特性のピーク波長を有しかつ第１の狭帯域光NL1の波長帯域とは異なる波長帯域の照明光である狭帯域光NL2と、被検体の表層部から所定の距離だけ透過可能な第３の狭帯域光NL3も照射する。
狭帯域光NL2は、狭帯域光NL1で表示する血管よりもさらに深部の血管の画像を得るための狭帯域光であり、狭帯域光NL3は、表層部の毛細血管の画像を得るための狭帯域光である。
次に、画像処理部１０１における処理について説明する。図１０は、狭帯域光観察モードにおける内視鏡画像における血管の表示例を説明するための内視鏡画像の例を示す図である。
通常光観察モードでは、撮像された内視鏡画像EI内には、表層部から１〜２ｍｍの深部の血管は、観察モニタ５の内視鏡画像EI上には表示されない、または、表示されにくい。
これに対して、狭帯域光観察モードでは、撮像された内視鏡画像EI内に深部の血管が存在すると、図１０に示すように、血管６１は内視鏡画像EI上に表示される。
従って、画像処理部１０１は、撮像手段あるいは撮像部による撮像後、生体組織の吸収特性において、極大値ACmaxを含む波長帯域から極小値ACminにおける波長帯域の間で分光特性のピーク波長を有する所定の波長帯域の画像信号P1（λ１）を出力する画像出力手段あるいは画像出力部を構成する。
また、出願人の行った実験によれば、上記のような狭帯域光NL1を用いて画像を生成すると、粘膜深部の比較的太い血管の表示だけでなく、粘膜からの出血により、粘膜表面が血液で覆われた状態において、出血の流れの状態も表示可能である。
従来は、白色光観察では、粘膜表面が血液で覆われてしまうと、出血を起こしている場所、すなわち出血点、が見えないので、術者は、その出血を止める処置を迅速に行うことができない。これに対して、本実施の形態によれば、血液の下の粘膜表面の出血点を探し出し易くなるので、術者は、迅速に止血処置を行うことができる。
図１１は、粘膜表面が血液で覆われて出血している状態を狭帯域光観察モードで撮像して得られた画像の例を説明するための図である。図１２は、粘膜表面が血液で覆われて出血している状態を説明するための図である。
図１１に示すように、粘膜７１の粘膜表面７１ａ上の出血点７２から出血して、粘膜表面７１ａは出血した血液７３（点線で示す）により覆われてしまう場合がある。上記の狭帯域光観察モードで血液７３を観察すると、図１１に示すように、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光は血液７３を透過して、粘膜表面７１ａ上の出血点７２から流れる血液が表示される。これは、出血点７２から噴出する血液の密度（すなわち濃度）は、出血点７２付近では高いからである。よって、出血点７２から流れ出る血液の流れBFが視認できるので、血液７３の下の出血点７２を特定することができ、術者がその出血点７２に対して止血処置を迅速に行うことができ、ひいては、手術時間の短時間化に繋がる。
さらにまた、上記のような狭帯域光NL1を用いて画像を生成すると、体内に血液溜まりがあったとしても、粘膜下の血管も表示可能である。図１３は、粘膜表面の血液溜まり部を狭帯域光観察モードで撮像して得られた画像の例を説明するための図である。体内における血液の溜まり部は、処置により出血と水が混ざってできる。そのような血液溜まり部は、白色光観察では、血液の赤色で観察されるだけである。
上記の狭帯域光観察モードで血液溜まり部７４を観察すると、図１３に示すように、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光は血液溜まり部の水を含む血液７３を透過して、粘膜表面７１ａ下の血管６１が表示される。
よって、術中に狭帯域光観察モードにすると、観察モニタには、血液溜まり部の下の粘膜表面下の血管６１を見ることができる。
次に、画像処理部１０１の処理について説明する。画像処理部１０１は、色変換処理部１０１ｂを有し、色変換処理を実行する。
（画像処理部の色変換処理）
次に、色変換処理部１０１ｂにおける処理について説明する。色変換処理部１０１ｂには、第１の画像信号P1（λ１）と、第２の画像信号P2（λ２）と、第３の画像信号P3（λ３）が入力される。
図１４は、画像処理部１０１の構成を説明するためのブロック図である。撮像素子からの３つの画像信号は、色変換処理部１０１ｂに入力される。色変換処理部１０１ｂは、第１の画像信号P1（λ１）、第２の画像信号P2（λ２）及び第３の画像信号P3（λ３）に対して、チャンネル割り当てによる色変換処理を施して、観察モニタ５へ出力する。
波長６００ｎｍ付近の狭帯域光NL1により、深部の血管６１をコントラスト高く表示するために、色変換処理部１０１ｂは、モノクロ画像として観察モニタ５に出力するように、第１の画像信号P1（λ１）を、BGRの３チャンネルに割当てる。なお、モノクロ画像表示回路がある場合には、第１の画像信号P1（λ１）をモノクロ画像表示回路に入力して、モノクロ画像として観察モニタ５に出力するようにしてもよい。
その結果、狭帯域光観察モードにおいて、内視鏡画像EI上で、図１０に示す血管６１はモノクロでコントラスト高く表示される。また、図１１の血液の流れBFや、図１３の血液溜まり下の血管もモノクロでコントラスト高く表示される。
従って、画像処理部１０１は、撮像手段あるいは撮像部であるCCD２により戻り光を撮像して得られた画像信号に基づいて第１の画像信号P1（λ１）を出力する画像出力手段あるいは画像出力部を構成する。
なお、色変換処理部１０１ｂにおいて、第１の画像信号P1（λ１）に加えて、第２の画像信号P2（λ２）と第３の画像信号P3（λ３）の少なくとも１つを用いて、色変換処理を行うようにしてもよい。以下、色変換処理部１０１ｂの色変換処理の変形例１〜３を説明する。
まず、変形例１について説明する。
変形例１の色変換処理部１０１ｂでは、第１の画像信号P1（λ１）と、第２の画像信号P2（λ２）と、第３の画像信号P3（λ３）とを、それぞれG,R,Bのチャンネルに割り当てる処理が行われる。
ここでは、例えば、色変換処理部１０１ｂでは次の式（１２）の処理が行われ、第１の画像信号P1（λ１）の輝度値ImA（λ１）、第２の画像信号P2（λ２）の輝度値Im（λ２）及び第３の画像信号P3（λ３）の輝度値Im（λ３）が、それぞれG,R,Bチャンネルに割り当てられる。
Figure 0005427318
式（１２）によれば、深部の比較的太い血管６１は、やや赤っぽい色で表示されるので、術者に分かり易い。
図１５は、３つの画像信号を用いた内視鏡画像の表示例を説明するための図である。実線で示す深部の血管６１は、やや赤っぽい色で表示され、さらに血管６１よりもさらに深い血管６１A（一点鎖線で示す）は、青色〜黒色で表示され、点線で示す毛細血管６１Bは、略黄色で表示される。特に、生体組織の粘膜、さらに粘膜表面上の血も、略黄色で表示される。
なお、ここでは、第３の狭帯域光NL3は、波長５４０ｎｍ付近の光であるが、表層情報を得るために、より波長の短い青色の光、例えば波長４６０ｎｍ付近や波長４１５nm付近の光でもよい。
吸収度が高い波長６００ｎｍ付近の狭帯域光NL1をGチャンネルに、吸収度が狭帯域光NL1よりも低い波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光NL2をRチャンネルに割り当てることにより、深部の血管６１と６１Aのそれぞれを、生体組織の表層色とは異なる色（やや赤っぽい色）で表示できる。
また、生体組織の粘膜表面上に出血による血があっても、深部の血管６１及びさらに深部の血管６１Aは、異なる色で表示されるので、術者にとって視認し易い。
３つの画像信号を用いた場合、図１１及び図１２で説明した出血点７２は、黄色と橙色が交互に変化する。これは、出血点７２における血液の密度（すなわち濃度）、もしくは血液層の厚みが、出血時には、ダイナミックに変化するからである。また、出血点７２から遠い場所では、血液の密度もしくは血液層の厚みはダイナミックには変化しないので、血液の色調は、黄色もしくは橙色のままとなる。
このように、３つの画像信号を用いた場合、出血点７２付近では、画像中の色調が変化するので、術者は、出血点７２を色調変化により認識し易い。また、血液７３の層の厚さも、黄色と橙色の変化により、術者は認識することもできる。
３つの画像信号を用いた場合、図１３で説明した出血下の血管だけでなく、血液中の異物の視認性が改善されるという効果も生じる。これは、Rチャンネルの帯域信号に最も重みを付けて調光した場合、波長６００ｎｍ付近と波長６３０ｎｍ付近の２つの狭帯域光の光は、吸収特性が弱いため、血液を透過し易いので、通常光観察モード時の白色光観察時の画像よりも、血液中の異物が見えやすくなる。波長６００ｎｍ付近と波長６３０ｎｍ付近の２つの狭帯域光の光は、血液だけでなく、胆汁、尿なども透過し易いので、これらの液体中の異物、もしくは液下の異物も見え易い。
なお、第１の画像信号P1（λ１）と、第２の画像信号P2（λ２）と、第３の画像信号P3（λ３）とを、それぞれG, B, Rのチャンネルに割り当てるようにしてもよい。その場合、式（１２）のマトリックスの各値に係数を乗算する等の各画像信号の強度調整等を行うことによって、上記の式（１２）の色変換処理により得られる画像と同様の表示画像を観察モニタ５に表示させることができる。
なお、色変換処理１０１ｂでは、上記の式（１２）に代えて、次の式（１３）を用いてもよい。
Figure 0005427318
式（１３）によれば、深部の血管６１は、やや青色あるいは青緑色で示されると共に、表層の毛細血管も赤っぽく表示されるので、術者に分かり易い。
さらになお、色変換処理１０１ｂでは、上記の式（１２）に代えて、次の式（１４）を用いてもよい。
Figure 0005427318
さらになお、色変換処理１０１ｂでは、上記の式（１２）に代えて、次の式（１５）を用いてもよい。ここでαは略1.0〜1.5、βは略2.0〜2.6、γは略2.5〜3.3の数値をとる（例えば、α：β：γ＝０．５６：１.００：１．１７）。この場合、深部血管の色調は青緑色、粘膜の色調は通常観察と類似するため術者がストレスなく観察しやすい。また、αは略2.3〜2.7、βは略2.3〜2.7、γは略1.7〜2.1の数値（例えば、α：β：γ＝１．００：１.００：０．７６）とすることで、表層および深部の血管の観察が容易となる。
Figure 0005427318
なお、色変換処理部１０１ｂにおけるチャンネル割当ての他の例について説明する。例えば、治療時には、上記式（１２）に代えて、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光をBチャンネルに、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光をGチャンネルに、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光をRチャンネルに割り当てるようにしてもよい。
また、診断時には、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光をBチャンネルとGチャンネルに、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光もしくは波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光をRチャンネルに割り当てるようにしてもよい。
ここで、色バランス調整について説明する。
例えば、式（１２）のように、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光をBチャンネルに、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光をGチャンネルに、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光をRチャンネルに割り当てる場合、Rチャンネルの信号に対して、Bチャンネルの信号を増幅することが望ましい。波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の信号強度は、補正しないで、Bチャンネルに割り当てられる波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の信号強度が、Rチャンネルに割り当てる波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の信号強度の０．７〜２．５倍になるように、２つの信号が調整される。なお、色バランス調整を行った後に色変換処理を行ってもよいし、色変換処理後に色バランス処理を行ってもよい。
これにより、粘膜、白色調の繊維組織、黄色の出血、黒色の炭化領域、及び、色調が赤色からマゼンダ色の太い血管の間における色調の差がより顕著になり、術者にとって処置あるいは診断が、よりし易い表示画像を得ることができる。
このような色バランス調整のための色バランス調整回路は、図１のＷ．Ｂ２５の前段に設けてもよい。その場合、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光と波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の照明光の強度が略等しいときは、色バランス調整回路は、Bチャンネルに割り当てられる波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の信号を、０．７〜１．５倍程度し、Rチャンネルに割り当てる波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の信号を、０．６〜１．０倍程度にする。
なお、色バランス調整は、色変換処理部１０１ｂにおいて行うようにしてもよいし、あるいは光源装置４において照明光の強度を調整して行うようにしてもよいし、撮像素子のカラーフィルタの各色の透過度を調整して行うようにしてもよい。
次に変形例２について説明する。ここでは、特に言及しない限り、色バランスの調整のためのゲイン調整は行っていない、すなわちそれぞれのゲインは１とする。
変形例２では、３つの画像信号のうちの２つの画像信号に対してチャンネル割当てが行われる。
一つの例として、変形例２の色変換処理部１０１ｂでは、第１の画像信号P1（λ１）をG,Bのチャンネルに割り当て、第２の画像信号P2（λ２）をRのチャンネルに割り当てる処理が行われるようにしてもよい。
このような割当ての場合、内視鏡画像EIでは、出血や深部の血管は、やや赤っぽい色で表示され、粘膜は、白っぽく表示され、表層の毛細血管は、略表示されない。
変形例３として、色変換処理部１０１ｂにおいて、第１の画像信号P1（λ１）をRのチャンネルに割り当て、第３の画像信号P3（λ３）をG,Bのチャンネルに割り当てる処理が行われるようにしてもよい。
このような割当ての場合、内視鏡画像EIでは、出血や粘膜は、やや赤っぽい色で表示され、深部の血管は緑系の色で表示される。
また、この場合、各チャンネルのゲイン調整をしてもよい。例えば、第３の画像信号P3（λ３）を割り当てるG,Bのチャンネルのゲインを、第１の画像信号P1（λ１）を割り当てるRのチャンネルのゲインよりも、１．３倍から１．５倍程度にすると、出血や粘膜は、赤っぽい色で表示され、深部の血管は青系から緑系の色で表示される。
例えば、第３の画像信号P3（λ３）を割り当てるG,Bのチャンネルのゲインと、第１の画像信号P1（λ１）を割り当てるRのチャンネルのゲインとを、B,R,Gの順で高くなるように設定すると、出血や粘膜は、茶色で表示され、深部の血管は青系から緑系の色で表示される。
さらに、例えば、第３の画像信号P3（λ３）を割り当てるG,Bのチャンネルのゲインと、第１の画像信号P1（λ１）を割り当てるRのチャンネルのゲインとを、B,G,Rの順で高くなるように設定すると、出血や粘膜は、赤っぽい色で表示され、深部の血管は緑系の色で表示される。
以上のように、上述した実施の形態によれば、撮像素子２からの３つの画像信号の中から、第１の画像信号P1を用いて、粘膜深部の比較的太い血管を明瞭に表示する内視鏡装置１を実現することができる。
すなわち、図４に示したような生体組織の吸収特性の極大値から極小値の間における上述したような吸収特性を有する狭帯域光を、生体粘膜に照射して、その得られた戻り光の画像により、生体粘膜の比較的深部にある、比較的太い血管が強調され、観察モニタ５の画面上に表示される。よって、術者は、比較的太い血管も見ながら確認して、ESD等の所望の処置を行うことができる。
また、第１から第３の画像信号P1,P2,P3の中の２つ又は３つの画像信号を用いて、色変換処理部１０１ｂにおいて、第１の画像信号P1、第２の画像信号P2及び第３の画像信号P3に対して、チャンネル割り当てを行って、観察モニタ５へ出力するようにすれば、比較的深い血管、粘膜表層の毛細血管等も表示することができる。
すなわち、上述した内視鏡装置１では、第３の狭帯域光NL3を用いて、生体粘膜の表層部に近い部分にある血管も表示可能となっている。
例えば、波長５４０ｎｍ付近の第３の狭帯域光NL3を用いているので、表層部の毛細血管の状態も、太い血管と同時に、観察モニタ５の画面上に表示される。さらに、波長６３０ｎｍ付近の第２の狭帯域光NL2を用いているので、より深部の血管の状態も一緒に、観察モニタ５の画面上に表示される。
よって、術者は、観察モニタ５の画面上の内視鏡画像を、処置だけでなく、毛細血管の状態、例えば、毛細血管の集中度あるいは分散度の程度から、生体組織の診断、例えば癌の存在診断や癌の範囲を特定するための範囲診断、また、患部の良悪性を判断する鑑別診断にも利用することができる。さらに、より深部の血管を意識した深達度診断等を行うこともできる。
なお、上述した光源装置４は、キセノンランプ１１と回転フィルタ１４等を用いて、所望の波長帯域の照明光を生成するが、内視鏡装置１においては、点線で示すように、光源装置４は、所望の波長、例えば、第１のフィルタ群に対応するRGBの各波長と、第２のフィルタ群に対応する６００ｎｍ付近と６３０ｎｍ付近の各波長を出射する複数の発光ダイオード（LED）からなる発光ダイオード群１１ａを有する発光部１１Aを含むように構成してもよい。その場合、発光部１１A及びライトガイド１５が、被写体に照明光を照射する照射部を構成する。
例えば、図１において、キセノンランプ１１、熱線カットフィルタ１２、絞り装置１３，回転フィルタ１４等の代わりに、光源装置４に、点線で示す発光部１１Aを設ける。さらに、光源装置４には、発光部１１Aの各発光ダイオードを、各モードに応じて、所定のタイミングで駆動するための駆動回路１１ｂが設けられる。複数のLED１１ａを有する発光部１１Aが、電源１０から電源を受け、制御回路１７からの制御信号の下で、駆動回路１１ｂにより制御されて駆動される。
このような光源装置を用いても、上述した内視鏡装置１を構成しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
なお、発光部１１Aは、所定の複数の狭帯域光を出射するレーザダイオード（LD）を用いてもよい。
また、光源装置にキセノン光源、ＬＥＤ、ＬＤの何れを搭載した場合においても、CCD２はモノクロ撮像素子でなく、第１の狭帯域光NL1を透過する波長帯域制限手段あるいは波長帯域制限部としての、ＲＧＢカラーフィルタ、もしくは、補色系のカラーフィルタを設けても上述した効果と同等の効果を得ることができる。
また、図４に示す第２の狭帯域光NL2はヘモグロビンの吸収特性の極小値ACmin（ここでは波長７３０ｎｍにおける吸収係数）よりも長い波長帯域の光であってもよい。つまり、第２の狭帯域光NL2の波長は、第１の狭帯域光NL1の波長よりも吸収係数が低く、かつ生体組織の散乱特性が抑制された波長帯域である、例えば、７４０nm, ７７０nm, ８０５nm, ８１０nm, ８５０nm, ８７０nm, ８８０nm, ９１０nm, ９４０nm, １０２０nm, １３００nmを用いても上述した効果と同等の効果を得ることができる（例えば、狭帯域光NL2を７４０nm〜１３００nmのいずれかの波長に設定する場合、狭帯域光NL1は５７６nm以上で、かつ、少なくとも６３０nm以下の何れかの波長を設定する）。なお、第２の狭帯域光NL2は、光源装置としてキセノン光源、ＬＥＤ、ＬＤの何れを搭載した場合でも生成することができる。
以上のように、上述した本実施の形態によれば、薬剤投与という煩雑な作業をすることなく、かつ粘膜深部の血管を明瞭に表示可能な内視鏡装置を提供することができる。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、第１の狭帯域光NL1を含む少なくとも１つの狭帯域光を照明光として生体組織に実際に照射して、その戻り光の画像に対して上述した色変換処理が行われているが、本実施の形態では、生体組織に少なくとも１つの狭帯域光を実際に照射しないで、いわゆる分光推定により各狭帯域光の戻り光の画像情報を得て、その分光推定により得られた各波長の分光画像信号に対して上述したような色変換処理が行われる。すなわち、上述した第１の実施の形態では、第１の狭帯域光NL1は、回転フィルタあるいは発光ダイオードなどの発光素子を有する照明装置により生成されて、それらの戻り光の画像に対して色変換処理が行われるが、本実施の形態では、第１の狭帯域光NL1に対応する画像信号を、分光推定処理により得て、その分光推定により得られた分光推定画像信号に対して色変換処理が行われる。
図１６は、第２の実施の形態に関わる内視鏡装置１Aの構成を示す構成図である。図１６において、図１と同じ構成要素については、同一符号を付して説明は省略する。なお、図１６においても、CCD２の前面及びライトガイド１５の前面に、それぞれ偏光板を、クロスニコルの状態で配設してもよい。
図１６に示すように、光源装置４Aは、白色光を出射するランプ１１Ｂと、熱線カットフィルタ１２及び絞り装置１３を含んで構成される。光源装置４Aからの照明光は、ライトガイド１５を介して、被写体へ照射される。なお、ランプ１１Bは、白色光以外の光を出射するものでもよい。
内視鏡３の挿入部の先端に設けられた撮像素子２Aは、カラー撮像素子である。撮像素子２Aは、例えばカラーCCDであり、撮像面上に、RGBのカラーフィルタを有する。被写体からの戻り光は、波長帯域制限手段あるいは波長帯域制限部である、RGBのカラーフィルタを介して撮像面の各画素部により受光され、RGBの３色の画像信号が、撮像素子２Aから出力される。
セレクタ１００Aは、RGBの３つの画像信号を、画像処理部１０１Aに出力する。画像処理部１０１Aは、分光推定部を有し、狭帯域光観察モードのときは、波長６００ｎｍ付近の分光推定画像信号を出力する。ここでは、画像処理部１０１Aの分光推定部は、狭帯域光観察モードのときは、３つの画像信号、具体的には波長６００ｎｍ付近の分光推定画像信号、波長６３０ｎｍ付近の分光推定画像信号及び波長５４０ｎｍ付近の分光推定画像信号を出力する。
図１７は、本実施の形態に関わる狭帯域光観察における全体の処理の流れを説明するための図である。図１７において、図３と同じ構成要素は、同一符号を付して説明は省略する。画像処理部１０１Aは、色変換処理部１０１ｂに加えて、分光推定部１０１ｃを含む。すなわち、画像処理部１０１Aは、戻り光の撮像信号に対して分光推定処理を行うことによって、第１の画像信号を生成して出力する画像出力手段あるいは画像出力部を構成する。ここでは、分光推定部１０１ｃは、RGBの３つの画像から、波長６００ｎｍ付近の第１の分光推定画像信号e1と、波長６３０ｎｍ付近の第２の分光推定画像信号e2と、波長５４０ｎｍ付近の第３の分光推定画像信号e3を、分光推定処理により抽出して色変換処理部１０１ｂへ出力する。
具体的には、分光推定部１０１ｃは、３入力から、予め与えられている先験情報に基づいてｎ次元の分光画像をマトリックス演算により算出して、算出されたｎ次元の分光推定画像信号の中から選択的にe1,e2,e3を出力する。分光推定部１０１ｃは、マトリックス演算等を用いて、波長６００ｎｍ付近の分光推定画像信号e1と波長６３０ｎｍ付近の分光推定画像信号e2と波長５４０ｎｍ付近の分光推定画像信号e3を算出して出力するように構成されている。
分光推定部１０１ｃから出力された第１、第２及び第３の分光推定画像信号についてのその後の色変換処理部１０１ｂにおける処理は、上述した第１の実施の形態で説明した処理と同じである。
図１８は、３つの広帯域光の画像信号B,G,Rから３つの狭帯域光の分光画像信号e1,e2,e3を推定する場合を説明するための分光特性を示す図である。図１８における３つの広帯域光B,G,Rは撮像素子２Aのカラーフィルタにより得られ、その３つの広帯域光B,G,Rの画像信号が分光推定部１０１ｃに入力される。
分光推定部１０１ｃは、分光推定処理により、３つの広帯域光の画像信号B,G,Rから、少なくとも１つの狭帯域光の分光推定画像信号e1を推定する。ここでは、図１８に示すような波長帯域を有する広帯域光の画像信号B,G,Rから、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の分光推定画像信号e1、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の分光推定画像信号e2及び波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の分光推定画像信号e3が分光推定処理により得られる。ここでは、図４における極大値ACmaxと極小値ACminの波長帯域R間の２つの狭帯域光の分光推定画像信号e1,e2と、その波長帯域R外の狭帯域光の分光推定画像信号e3とが分光推定により得られ、分光推定画像信号e1,e2,e3は、色変換処理部１０１ｂに供給される。
なお、３つの広帯域光のうちの２つの広帯域光の画像信号、例えば広帯域光G,Rの画像信号から、少なくとも１つの分光推定画像信号e1（ここでは３つの分光画像信号e1,e2,e3）を分光推定処理により、得るようにしてもよい。
さらにまた、図１８に示すような広帯域光でなく、図１９に示すような狭帯域光の画像信号から、分光推定画像信号e1（ここでは３つの分光推定画像信号e1,e2,e3）を分光推定処理により、得るようにしてもよい。
図１９は、３つの狭帯域光Bn,Gn,Rnの画像信号から、３つの狭帯域光の分光推定画像信号e1,e21,e31を推定する場合を説明するための分光特性を示す図である。図１９に示すように、分光推定部１０１ｃでは、３つの狭帯域光の画像信号Bn,Gn,Rnから、３つの分光推定画像信号、すなわち、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の分光推定画像信号e1、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の分光推定画像信号e2及び波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の分光推定画像信号e3を推定する。
なお、少なくとも１つの狭帯域光と少なくとも１つの広帯域光から、少なくとも１つの分光推定画像信号e1を分光推定して得るようにしてもよい。すなわち、図１８の３つの広帯域光の少なくとも一つが狭帯域光であったり、図１９の３つの狭帯域光の少なくとも一つが広帯域光であったりしてもよい。
また、３つの狭帯域光Bn,Gn,Rnは、図１８あるいは図１９に示すような分光特性を有する撮像素子２Aのカラーフィルタにより得られるようにしてもよいし、あるいは、光源装置において図２に示したような回転フィルタを用いて生成して、３つの照明光（すなわち３つの狭帯域光Bn,Gn,Rnの照明光）の戻り光をモノクロの撮像素子に当てて、得るようにしてよい。
さらになお、３つ（あるいは２つ）の広帯域光の画像信号は、カラー撮像素子のカラーフィルタを用いて得るのではなく、光源装置において、図１８あるいは図１９に示したような分光特性の画像信号が得られる感度特性を有する回転フィルタの第１群のフィルタを光路上に配置して生成した３つ（あるいは２つ）の照明光の戻り光をモノクロの撮像素子に当てて、得るようにしてよい。
よって、本実施の形態の内視鏡装置１Aによっても、上述した内視鏡装置１と効果と同様の効果を得ることができる。
図２０は、本実施の形態に関わる画像処理部１０１Aにおける撮像素子２から得られた画像に対する処理の流れを説明するための図である。
図２０に示すように、撮像素子２から、３つの画像、すなわち、第１から第３の画像信号P1,P2,P3が、分光推定部１０１ｃに入力される。分光推定部１０１ｃは、入力された２つ又は３つの画像信号から、３つの分光推定画像信号e1,e2,e3を推定して生成する。
色変換処理部１０１ｂは、第１の分光推定画像信号e1と、第２の分光推定画像信号e2と、第３の分光推定画像信号e3とに対して、チャンネル割り当てによる色変換処理を施して、観察モニタ５へ出力する。
なお、本第２の実施の形態において、撮像素子の表面に設けられるカラーフィルタについては、RGB系のものを例として説明したが、カラーフィルタは、補色系のカラーフィルタでもよい。
本実施の形態の内視鏡においても、上述した色変換処理を行うことにより、生体粘膜の比較的深部にある、比較的太い血管が、観察モニタ５の画面上に明瞭に表示される。よって、術者は、比較的太い血管も見ながら確認して、ESD等の所望の処置を行うことができる。
また、第３の分光推定画像信号e3を用いて、上述した内視鏡装置１Aは、生体粘膜の表層に近い部分にある血管も表示可能となっているので、術者は、観察モニタ５の画面上の内視鏡画像を、処置だけでなく、毛細血管の状態、例えば、毛細血管の集中度あるいは分散度の程度から、生体組織の診断、例えば癌の存在診断や癌の範囲を特定するための範囲診断、また、患部の良悪性を判断する鑑別診断にも利用することができる。さらに、より深部の血管を意識した深達度診断等を行うこともできる。
また、図１８もしくは図１９に示す第２の分光推定画像e2の波長は図４のヘモグロビンの吸収特性の極小値ACmin（ここでは波長７３０ｎｍにおける吸収係数）よりも長い波長帯域の光であってもよい。つまり、第２の分光推定画像e2の波長は、第１の分光推定画像e1の波長よりも吸収係数が低く、かつ生体組織の散乱特性が抑制された波長帯域である、例えば、７４０nm, ７７０nm, ８０５nm, ８１０nm, ８５０nm, ８７０nm, ８８０nm, ９１０nm, ９４０nm, １０２０nm, １３００nmを用いても上述した効果と同等の効果を得ることができる（例えば、第２の分光推定画像e2の波長を７４０nm〜１３００nmのいずれかの波長に設定する場合、第１の分光推定画像e1の波長は５７６nm以上で、かつ、少なくとも６３０nm以下の何れかの波長を設定する）。
なお、第３の分光推定画像信号e3に加えて、さらに分光推定して得られた第４，第５の画像も用いて、色変換処理して、観察モニタ５に表示するようにしてもよい。
以上のように、上述した本実施の形態によれば、薬剤投与という煩雑な作業をすることなく、かつ粘膜深部の血管を明瞭に表示可能な内視鏡装置を提供することができる。
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、第１の狭帯域光NL1を含む少なくとも１つの狭帯域光を照明光として生体組織に実際に照射して、その戻り光の画像に対して上述した色変換処理が行われ、第２の実施の形態では、生体組織に、第１の狭帯域光NL1を含む３つの狭帯域光を実際に照射しないで、いわゆる分光推定により各狭帯域光の戻り光の画像情報を得て、その分光推定により得られた各波長の分光推定画像信号に対して上述したような色変換処理が行われるが、本第３の実施の形態では、狭帯域光の実際の照明光の戻り光の画像信号と、分光推定により得られた分光推定画像信号とに対して上述した色変換処理が行われる。
本実施の形態の内視鏡装置１Bの構成は、図１に示した内視鏡装置１の構成と同じであるが、本実施の形態の回転フィルタ１４Aの構成は異なっている。図２１は、本実施の形態に関わる回転フィルタ１４Aの構成を示す図である。図２１に示すように、回転フィルタ１４Aは、通常光観察用の分光特性の面順次光を出力するためのフィルタ組を構成するRGBのフィルタ部を有するだけである。面順次のBGRの光の戻り光は、モノクロの撮像素子２において受光される。
図２２は、本実施の形態に関わる特殊光観察モードにおける全体の処理の流れを説明するための図である。図２２において、図１７と同じ構成要素は、同一符号を付して説明は省略する。画像処理部１０１Ｂは、色変換処理部１０１ｂと分光推定部１０１ｃを含むが、分光推定部１０１ｃは、RGB中の２つ又は３つの画像信号から、少なくとも１つの分光推定画像信号eを生成し、RGB中の１つの画像信号と、分光推定画像信号に対して色変換処理が行われる。
ここでは、具体的には、RGB中の３つ（あるいは２つ）の画像信号から、波長６００ｎｍ付近の第１の分光推定画像信号e1と、波長５４０ｎｍ付近の第３の分光推定画像信号e3が、分光推定処理により推定されて色変換部１０１ｂへ出力される。
図２３は、本実施の形態に関わる画像処理部１０１Bにおける撮像素子２から得られた画像に対する処理の流れを説明するための図である。
図２３に示すように、撮像素子２から、３つの画像、すなわち、第１から第３の画像信号B,G,Rが、分光推定部１０１ｃに入力される。分光推定部１０１ｃは、入力された２つ又は３つの画像から、２つの分光推定画像信号e1,e3を推定して生成する。
色変換処理部１０１ｂは、分光推定画像信号e1と、分光推定画像信号e3と、画像信号Rとに対して、チャンネル割り当てによる色変換処理を施して、観察モニタ５へ出力する。
なお、色変換処理部１０１ｂにおける処理は、第１の実施の形態と同様である。
図２４は、３つ（あるいは２つ）の広帯域光の画像信号B,G,Rから少なくとも１つの狭帯域光の分光推定画像信号e1を推定する場合を説明するための分光特性を示す図である。なお、ここでは、３つの広帯域光の画像信号B,G,Rから２つの狭帯域光の分光推定画像信号e1,e3が推定される。
そして、図２３に示すように、分光推定部１０１ｃは、被検体からの戻り光の少なくとも２つの撮像信号（ここでは３つの撮像信号B,G,R）に基づき、分光画像信号e1,e3を信号処理によって分光推定して生成し、出力する。
色変換処理部１０１ｂには、分光推定部１０１ｃから出力された分光推定画像信号e1,e3と、リアルな画像信号Rとが、入力される。上述したように、色変換処理部１０１ｂにおける処理は、上述した第１の実施の形態で説明した処理と同じである。
よって、分光推定により得られた分光画像信号e1のみを、上述したようにモノクロ表示するように色変換処理をすれば、粘膜下の太い血管６１を明瞭に表示することができると共に、他の２つの画像信号、すなわち分光画像信号e3とリアルな画像信号R、の少なくとも一つも含めて色変換処理して表示すれば、粘膜下の太い血管６１だけでなく、表層の毛細血管や、さらに深部の太い血管も併せて観察モニタ５に表示可能となる。
なお、上述した例では、波長５４０ｎｍ付近の第３の画像信号を分光推定により得ているが、波長６３０ｎｍ付近の第２の画像信号を分光推定により得て、リアルな画像として、画像信号Ｂを用いてもよい。
さらに、リアルな画像信号を得るための照明光は、図１９で説明した狭帯域光であってもよい。
さらになお、図２３における３つの広帯域光B,G,Rは撮像素子２Aのカラーフィルタにより得るようにしてもよい。すなわち、第２の実施の形態で説明したような光源装置４Aと、撮像素子２Aのカラーフィルタを用いて、３つの広帯域光B,G,Rを得るようにしてもよい。
よって、本実施の形態の内視鏡装置１Bによっても、上述した内視鏡装置１及び１Aと効果と同様の効果を得ることができる。
なお、本第３の実施の形態において、撮像素子の表面に設けられるカラーフィルタを用いる場合、RGB系のものを例として説明したが、カラーフィルタは、補色系のカラーフィルタでもよい。
本実施の形態の内視鏡においても、上述した処理を行うことにより、生体粘膜の比較的深部にある、比較的太い血管が、観察モニタ５の画面上に明瞭に表示される。よって、術者は、比較的太い血管も見ながら確認して、ESD等の所望の処置を行うことができる。
また、第３の狭帯域光NL3に対応する分光推定画像信号e3または狭帯域光Gnを用いて、上述した内視鏡装置１Aは、生体粘膜の表層に近い部分にある血管も表示可能となっているので、術者は、観察モニタ５の画面上の内視鏡画像を、処置だけでなく、例えば、毛細血管の集中度あるいは分散度の程度から、生体組織の診断、例えば癌の存在診断や癌の範囲を特定するための範囲診断、また、患部の良悪性を判断する鑑別診断にも利用することができる。さらに、より深部の血管を意識した深達度診断等を行うこともできる。
また、第２の狭帯域光NL2、もしくは、第２の分光推定画像信号e2の波長は図４におけるヘモグロビンの吸収特性の極小値ACmin（ここでは波長７３０ｎｍにおける吸収係数）よりも長い波長帯域の光であってもよい。つまり、第２の狭帯域光NL2、もしくは、第２の分光推定画像信号e2の波長は、第１の狭帯域光NL1、もしくは、第１の分光推定画像信号e1の波長よりも吸収係数が低く、かつ生体組織の散乱特性が抑制された波長帯域である、例えば、７４０nm, ７７０nm, ８０５nm, ８１０nm, ８５０nm, ８７０nm, ８８０nm, ９１０nm, ９４０nm, １０２０nm, １３００nmを用いても上述した効果と同等の効果を得ることができる（例えば、第２の狭帯域光NL2、もしくは、第２の分光推定画像信号e2の波長を７４０nm〜１３００nmのいずれかの波長に設定する場合、第1の狭帯域光NL1、もしくは、第1の分光推定画像信号e1の波長は５７６nm以上で、かつ、少なくとも６３０nm以下の何れかの波長を設定する）。
以上のように、上述した本実施の形態によれば、薬剤投与という煩雑な作業をすることなく、かつ粘膜深部の血管を明瞭に表示可能な内視鏡装置を提供することができる。
（各実施の形態について共通の変形例）
（変形例１）
上述した３つの実施の形態及びそれぞれの各変形例では、静脈血の光吸収特性を例に挙げてその特性に基づいて、２つの狭帯域光が選択されているが、動脈血の光吸収特性あるいは静脈血と動脈血の両方を合わせた血の光吸収特性に基づいて、上述したような、少なくとも２つの狭帯域光を選択するようにしてもよい。
（変形例２）
上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例を含む）の内視鏡装置では、第１の狭帯域光NL1と第２の狭帯域光NL2の波長として、それぞれ波長６００ｎｍ付近の光と波長６３０ｎｍ付近の光を用いているが、第１の狭帯域光NL1と第２の狭帯域光NL2の波長としては、好ましくは、それぞれ波長５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長であって所定の幅の範囲の分布を有する狭帯域光と波長６１０〜７３０ｎｍの範囲の波長であって所定の幅の範囲の分布を有する狭帯域光であり、さらにより好ましくは、それぞれ波長５８５〜６１５ｎｍの範囲の波長であって所定の幅の範囲の分布を有する狭帯域光と波長６２０〜６４０ｎｍの範囲の波長であって所定の幅の範囲の分布を有する狭帯域光である。
従って、吸収特性の極大値から極小値の間で上述したような吸収特性を有する波長の光であれば、第１の狭帯域光NL1と第２の狭帯域光NL2の波長は、それぞれ波長６００ｎｍ付近の光と波長６３０ｎｍ付近の光に限定されず、どの波長の光でもよい。例えば、第１の狭帯域光NL1と第２の狭帯域光NL2の波長として、それぞれ、波長６１０ｎｍ付近の光と波長６４５ｎｍ付近の光、あるいは波長６３０ｎｍ付近の光と波長６６０ｎｍ付近の光を用いてもよい。
（変形例３）
上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例を含む）の内視鏡装置では、第３の狭帯域光NL3として、生体組織の表層の毛細血管を表示させるために、波長５４０ｎｍ付近の光を用いているが、第３の狭帯域光NL3の波長は、これに限定されない。例えば、第３狭帯域光NL3の波長として、波長５４０ｎｍよりも短い波長４１５ｎｍ付近の光や波長４６０nm付近の光を用いてもよい。特に、生体組織の表層の情報を得るためには、波長５４０ｎｍ付近の光よりも短い波長４１５ｎｍ付近の光や波長４６０nmの光が望ましい。
（変形例４）
上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例を含む）の光源装置では、熱光源のランプ、LED、LD等が用いられることが述べたが、他の手段を用いてもよい。例えば、光源手段あるいは光源部としては、波長可変レーザを用いてもよいし、LEDあるいはLDで蛍光体を励起して、ブロードバンド光を生成して、その光を用いてもよい。
（変形例５）
上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例を含む）の内視鏡装置において、狭帯域光を照射する場合、例えば波長６００ｎｍ付近の狭帯域光はレーザにより生成し、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光は、LEDにより生成するようにしてもよい。また、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光はLEDにより生成し、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光は、レーザにより生成するようにしてもよい。レーザ光を用いると、深さ方向におけるノイズを少なくすることができる。
（変形例６）
上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例を含む）では、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像により、粘膜深部の比較的太い血管を明瞭に表示するようにしているが、より深部の血管を明瞭に表示するために、より長い波長の狭帯域光の画像も用いることができるようにしてもよい。そして、その場合、上述した波長６００ｎｍ付近と波長６３０ｎｍ付近の組み合わせで、観察モニタ５に表示させていたが、他の組み合わせも予め用意しておき、術者が複数の組み合わせの中から、所望の組み合わせを選択できるようにしてもよい。
内視鏡装置１（或いは１Ａ，１Ｂ）が、２つの表示画像の組み合わせとして、波長６００ｎｍ付近の第１の画像信号NL1と波長６３０ｎｍ付近の第２の画像信号NL2を用いる第１の組み合わせと、波長６５０ｎｍ付近の第１の画像信号NL12と波長６８０ｎｍ付近の第２の画像信号NL22を用いる第２の組み合わせとを有し、術者は、２つの組み合わせの中から所望の組み合わせを選択するようにする。
このような構成によれば、術者は、組み合わせを選択することによって、血管の深さを変えながら、所望の深さの血管を明瞭に表示させ、かつ第２の画像信号によりさらにより深部の血管も併せて表示させて観察することが可能となる。
図２５は、本変形例６を説明するための、静脈血の光の吸収特性を示す図である。図２５では、２つの組み合わせの１つは、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光NL1と波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光NL2の第１の組合せであり、もう一つは、波長６５０ｎｍ付近の狭帯域光NL12と波長６８０ｎｍ付近の狭帯域光NL22の第２の組合せである。いずれの組合せを選択するかは、ユーザが選択できるようにして、例えば、モード選択により、ユーザは、いずれの組合せで表示を行うかを選択することができる。
なお、もう一つの組合せとしては、波長６１５ｎｍ付近の狭帯域光と波長６４５ｎｍ付近の狭帯域光の組合せ、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光と波長６６０ｎｍ付近の狭帯域光の組合せ、等の組合せでもよい。
第２の組合せの場合、使用される波長は、第１の組合せに比べて長波長側へシフトしているので、より深部の画像が明瞭に表示される。よって、術者がより深部の血管を表示させたい場合、生体の粘膜表面に血液、胆汁、尿などが付着しているような場合、第２の組合せを選択することによって、所望の深さの血管を明瞭に表示させることが可能となる。
各組合せの２つの波長は、同じようなコントラストを得るようにするために、略同じ波長差を有していることが好ましい。
２つ以上の組合せは、光源装置における回転フィルタの組合せを増やす、あるいは、分光推定処理により推定される分光推定画像信号の数を増やすことによって、実現することができる。
狭帯域光の波長の組合せとしては、粘膜表面から比較的浅い血管を明瞭に表示させる場合には、波長５８０ｎｍ付近と波長６３０ｎｍ付近の組合せと波長５９０ｎｍ付近と波長６３０ｎｍ付近の組合せの２つを有することが好ましい。
また、狭帯域光の波長の組合せとしては、粘膜表面からより深部の血管、あるいは血液等の下の粘膜の下の血管を明瞭に表示させる場合には、波長６００ｎｍ付近と波長６３０ｎｍ付近の組合せと波長６５０ｎｍ付近と波長６８０ｎｍ付近の組合せの２つを有することが好ましい。
上述した例では、２つの組合せであるが、３つ以上の組合せでもよい。３つの場合、例えば、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光と波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の第１の組合せと、波長６５０ｎｍ付近の狭帯域光と波長６８０ｎｍ付近の狭帯域光の第２の組合せと、波長７００ｎｍ付近の狭帯域光と波長７３０ｎｍ付近の狭帯域光の第３の組合せである。
以上のように、複数の表示結果が得られるので、術者は、生体の粘膜表面に付着している血液等の濃度が高い場合には、より長波長側の組合せ（例えば、波長６５０ｎｍ付近と波長６８０ｎｍ付近の組合せ）を選択し、さらには、血管が比較的浅い部分に有る場合、生体の粘膜表面に付着している血液等の濃度が低い場合には、より短波長側の組合せ（例えば、波長５８０ｎｍ付近と波長６３０ｎｍ付近の組合せ）を選択することによって、所望の血管を明瞭に表示させることが可能となる。
（変形例７）
上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例も含む）では、第１の画像信号NL1と第２の画像信号NL2の２つの狭帯域光の波長差は一定であるが、一方を固定し、他方を可変にしてもよい。
例えば、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光と波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の場合、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光は固定し、他方の狭帯域光は、波長６３０ｎｍ付近から７３０ｎｍ付近まで可変で任意に設定できるようにしてもよい。あるいは、他方の波長７３０ｎｍ付近の狭帯域光は固定し、波長５９０ｎｍ付近から６２０ｎｍ付近の狭帯域光までを可変で任意に設定できるようにしてもよい。なお、６００ｎｍ付近の狭帯域光は固定し、他方の狭帯域光は、７３０ｎｍ以上の波長帯域で任意に設定できるようにしてもよい。
このように、２つの狭帯域光の波長差の一方を固定し、他方を可変にすることによって、所望の領域の血管をより明瞭に表示させることができる。
（変形例８）
また、上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例も含む）では、３つの画像を得て、狭帯域画像を観察モニタ５に表示しているが、さらに、４つ目の画像も得るようにして、４つの画像の中から適宜選択して表示画像を生成するようにしてもよい。
内視鏡装置は、通常光観察モードに加えて狭帯域光観察モードを有し、術者は、必要な場面で、通常光観察モードから狭帯域光観察モードへ切り替えて、各種処置を行う。４つ目の画像を加えることにより、各観察モードの表示画像を容易に得ることができる。
例えば、波長５４０ｎｍよりも波長が短い青色の狭帯域光（あるいは広帯域光でもよい）の照明光もさらに照射可能な光源装置を用い、４つ目の画像を得る。光源装置は、その第４波長の光と波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の第１の組合せの照明光と、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光と波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の第２の組合せの照明光とを交互に、被写体に照射する。なお、第４波長の光と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光と波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の組合せの照明光と、波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の照明光とを交互に、被写体に照射するようにしてもよい。
そして、各照明光の戻り光を、RGBのカラーフィルタを有する撮像素子で受光する。例えば、第４波長の戻り光は、カラーフィルタのB帯域で、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の戻り光は、R帯域で撮像される。なお、撮像素子のカラーフィルタは、補色系のものであってもよい。さらになお、撮像素子は、モノクロの撮像素子でもよい。
各帯域の画像は分離されるので、ビデオプロセッサ７内では、４つのモノクロ画像が得られる。なお、各画像を得るために、各光の画像信号に対して、適切な色バランス調整は行われる。
そして、ビデオプロセッサ７内では、通常光観察モード用の通常画像は、第４波長の光、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光及び波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の４つの戻り光の画像を用いて、生成される。
また、ビデオプロセッサ７内では、第１の狭帯域光画像を、第４波長の光の画像信号をBとGチャンネルに割り当て、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号をRチャンネルに割り当て、第４波長の光と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の２つの画像を用いて生成する。
さらに、ビデオプロセッサ７内では、第２の狭帯域光画像を、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光及び波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の３つの画像を用いて生成する。
なお、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号は、高いコントラストで表示される。
そして、術者による画像表示指示に応じて、上記のようにして生成された画像が選択されて観察モニタ５に表示される。
このような構成によれば、通常光観察用の通常画像と、狭帯域光観察用の狭帯域光画像の同時表示、あるいは通常画像と狭帯域光画像の重畳表示を行うこともできる。例えば、通常光画像と第１の狭帯域光画像（あるいは第２の狭帯域光画像）の並列表示、あるいは、第１の狭帯域光画像と第２の狭帯域光画像の並列表示を行うことができる。
さらに、第４波長の光の画像信号をＢチャンネルに、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号をＧチャンネルに、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号をＲチャンネルに割り当てることによって、あるいは第４波長の光の画像信号をＢチャンネルに、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号と波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号をＧチャンネルに、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号（あるいは波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号と波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号と）をＲチャンネルに割り当てることによって、通常画像に深部の血管情報を付加した重畳が画像を生成して観察モニタ５に表示することもできる。
さらにあるいは、第４波長の光の画像信号をＢチャンネルに、第４波長の光の画像信号と波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号をＧチャンネルに、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号（あるいは波長６００ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号と波長６３０ｎｍ付近の狭帯域光の画像信号と）をＲチャンネルに割り当てることによって、表層の血管と深部の血管の両方を高いコントラストにした画像を生成して観察モニタ５に表示することもできる。
なお、４つ目の波長の画像信号は、分光推定により生成するようにしてもよい。
以上のように、本変形例８によれば、通常画像と狭帯域光画像の並列表示、あるいは重畳表示が可能となる。
（変形例９）
さらに、上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例も含む）に係る内視鏡装置を用いて、通常光観察モードの通常光画像と、狭帯域光観察モードの狭帯域光画像を並列表示させるようにしてもよい。
例えば、ESD等の処置を行う場合、術者が病変部を特定してから、切開して剥離するまでは、粘膜深部の太い血管を明瞭に表示する狭帯域光観察モードの狭帯域光画像を観察モニタ５に表示させることができる。なお、術者が病変部を特定してから、切開して剥離するまでは、狭帯域光観察モードの狭帯域光画像と通常光観察モードの通常光画像を観察モニタ５に並列表示させるようにしてもよい。
術者は、観察モニタ５に表示された狭帯域光画像（あるいは狭帯域光画像と通常光画像の並列表示）を見ながら、止血処置を行う。上述したように、出血しているときには、血液下に出血点がある場合もあり、止血処置は、狭帯域光画像を見ながら行う方がよい場合があるからである。
狭帯域光画像と通常光画像の並列表示がされているとき、術者は、止血処置が終了した後の止血の状態の確認は、通常光画像を見て行うことができる。狭帯域光画像のみが表示されているときは、術者は、止血処置が終了した後の止血の状態の確認は、内視鏡装置を通常光観察モードに変更して通常光画像を観察モニタ５に表示させて、行うことができる。
また、従来より、白色光下の画像による通常光観察、及び波長４１５ｎｍ付近と５４０ｎｍ付近の狭帯域光を用いた従来の狭帯域光観察も行われているが、これらの観察モードに、上記の各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例も含む）に係る粘膜深部の血管を明瞭に表示する新たな狭帯域光観察モードを加えることにより、例えば病変の深達度診断が、より有効に行うことができる。
内視鏡診断では、病変部の観察が行われる。通常光画像あるいは従来の狭帯域光画像（波長４１５ｎｍ付近と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）を観察モニタ５に表示させながら、必要に応じて、病変部を拡大表示して、病変の深達度診断が行われる場合がある。
この場合、従来は、従来の狭帯域光画像（波長４１５ｎｍ付近と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）を拡大して、術者は、病変の深達度診断を行っている。
しかし、各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例も含む）に係る内視鏡装置を用いて、従来の狭帯域光画像と共に新たな狭帯域光画像も観察モニタ５に表示させるようにすれば、術者は、病変の深達度診断をより精度良く行うことができる。
図２６は、変形例９の拡大観察時における画像表示の遷移例を説明するための図である。まず、術者は、通常光画像あるいは従来の狭帯域光画像（波長４１５ｎｍ付近と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）EI1を観察モニタ５に表示させながら、病変部の観察あるいは診断を行う。診断中に、拡大表示を指示すると、観察モニタ５に、拡大された従来の狭帯域光画像（波長４１５ｎｍ付近と５４０ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）EI2を表示させることができるだけでなく、術者の指示により、従来の狭帯域光画像（波長４１５ｎｍ付近と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）EI1と新たな狭帯域光画像（例えば、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）を含む画像EI3を表示させることも可能となる。
この画像EI3は、従来の狭帯域光画像（波長４１５ｎｍ付近と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）と新たな狭帯域光画像（例えば、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）を並列表示した画像でもよいし、従来の狭帯域光画像（波長４１５ｎｍ付近と波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）と新たな狭帯域光画像（例えば、波長６００ｎｍ付近の狭帯域光に対応する画像）を重畳表示した画像でもよい。
画像EI3は粘膜表面からより深い血管の画像も含むので、術者は、癌などの病変の深達度診断をより精度よく行うことができる。
以上のように、上述した各実施の形態及び各変形例（各実施の形態の変形例も含む）によれば、薬剤投与という煩雑な作業をすることなく、かつ粘膜深部の血管を明瞭に表示可能な内視鏡装置を提供することができる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本出願は、２０１２年３月３０日に日本国に出願された特願２０１２−８２２８８号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (10)

  1. 被検体における生体粘膜の表層下に対し、所定の波長帯域を有する少なくとも１つ以上の照明光を照射する照明部と、
    前記照明部の照射に基づく前記生体粘膜の表層下からの戻り光を撮像する撮像部と、
    前記撮像部による撮像後、前記被検体の生体組織のヘモグロビン吸光特性上で極大値を含む波長帯域から極小値を含む波長帯域間において、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲に狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域に対応する信号と、当該第１の波長帯域に対応する信号よりも前記ヘモグロビン吸収特性における吸収係数が低くかつ前記生体組織の散乱特性が抑制された波長６１０ｎｍから波長７３０ｎｍの範囲に狭帯域の分光特性を有する第２の波長帯域に対応する信号と、を出力する画像出力部と、
    前記第１の波長帯域に対応する信号及び前記第２の波長帯域に対応する信号に基づき画像表示を行う表示部と、
    を備えることを特徴とする内視鏡装置。
  2. 前記画像出力部は、前記生体粘膜の表層情報を得るために、前記ヘモグロビン吸光特性上で前記極大値を含む波長帯域から前記極小値を含む波長帯域よりも短波長側であって、かつ狭帯域の分光特性を有する第３の波長帯域に対応する信号も出力し、
    前記画像出力部から出力される信号に対して、所定の係数が付与された状態でＢＧＲの各色チャンネルに割り当てる色変換処理部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  3. 前記色変換処理部は、前記第３の波長帯域に対応する信号をＢチャンネルに、前記第１の波長帯域に対応する信号をＧチャンネルに、前記第２の波長帯域に対応する信号をＲチャンネルに割り当てる場合、前記Ｒチャンネルの信号に対して前記Ｂチャンネルの信号を増幅させるように前記所定の係数を付与することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
  4. 前記照明部は、前記第１の波長帯域及び前記第２の波長帯域に制限する帯域制限部を介して前記照明光を照射し、
    前記画像出力部は、前記撮像部により前記戻り光を撮像して得られた画像信号に基づいて前記第１の波長帯域に対応する信号及び前記第２の波長帯域に対応する信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  5. 前記撮像部は、前記戻り光を、前記第１の波長帯域に制限する帯域制限部を介して受光して撮像し、
    前記画像出力部は、前記撮像部により前記戻り光を撮像して得られた画像信号に基づいて前記第１の波長帯域に対応する信号及び前記第２の波長帯域に対応する信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  6. 前記画像出力部は、前記戻り光の撮像信号に対して分光推定処理を行うことによって、前記第１の波長帯域に対応する信号を生成して出力することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  7. 前記第１の波長帯域は、前記被検体の生体粘膜内の毛細血管と前記毛細血管よりも太い径を有する血管の光の透過率の差が所定値以上となる波長帯域であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  8. 前記画像出力部は、分光特性のピーク波長を有し、かつ前記第１の波長帯域とは異なる波長帯域に対して分光推定処理を行うことによって、前記第２の波長帯域に対応する信号を生成して出力することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  9. 前記第３の波長帯域は、波長４００ｎｍから波長５８５ｎｍ以下の範囲で前記分光特性のピーク波長を有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
  10. 前記内視鏡装置は、通常光観察モードと狭帯域光観察モードを有し、
    前記画像出力部は、前記狭帯域光観察モードのときに、前記第１の波長帯域に対応する信号及び前第２の波長帯域に対応する信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
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