JP5789232B2 - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、生体組織上に形成されるピットパターンなどの微細構造や肥厚などの凹凸パターンを明瞭に観察することができる内視鏡システム及びその作動方法に関する。

近年の医療においては、内視鏡装置を用いた診断等が広く行われている。この内視鏡診断では、被検体内の照明光として広帯域光の白色光を用いる通常光観察の他、特定波長の特殊光を照明光として用いることによって、ガンなどの病変部を他の部位よりも明瞭化したり、また、病変部の位置や大きさを直感的に把握し易くする特殊光観察も行われるようになってきている。

例えば、特許文献１では、生体組織の深さ方向への深達度及び血中ヘモグロビンの吸光特性が波長依存性を有すること利用し、短波長の青色狭帯域光で、生体組織表層に形成される微細血管やピットパターンなどの微細構造の明瞭化するとともに、青色狭帯域光よりも長波長の緑色狭帯域光で、生体組織の中深層に位置する太い血管を明瞭化している。これら表層〜中深層の血管や表層微細構造は、ガンの鑑別や深達度診断をする際の重要な手がかりとなることから、青色狭帯域光や緑色狭帯域光で明瞭化することによって、鑑別等の精度を飛躍的に向上させることができる。

また、特許文献２では、自家蛍光を励起するための励起光を生体組織に照射したときには、ガンなどの病変によって肥厚している病変部位から発せられる自家蛍光は、肥厚していない正常部位からの自家蛍光よりも光量が減少するという特性を利用することで、病変部位と正常部位との境界の明確化を図っている。このように病変部位との境界を明確化することで、スクリーニング時のように遠景状態から観察を行う場合に、病変部の位置や大きさの把握が容易になる。

特開２００１−１７０００９号公報 特開平８−２５２２１８号公報

近年では、ガンの鑑別方法や深達度診断の方法は多岐にわたっている。したがって、表層微細血管や中深層血管などの血管パターンと、表層微細構造や肥厚などの凹凸パターンの両方から、ガン診断を行う場合の他、凹凸パターンのみに着目して診断を行う場合もある。このように凹凸パターンのみに着目して診断を行う場合には、凹凸パターンの視認性を向上させる一方で、血管パターンの視認性を低下させる必要がある。

この凹凸パターンのみの明瞭化については、特許文献１には記載及び示唆がない。また、特許文献２によれば、凹凸パターンのうち肥厚の明瞭化を行うことができる。しかしながら、肥厚の検出に用いる自家蛍光は微弱であるため、これを感度良く捉えるためには、ＥＭＣＣＤのような高感度の撮像素子が別途必要となってしまう。

本発明は、表層微細構造や肥厚などの生体組織上の凹凸の視認性を向上することができる内視鏡システム及びその作動方法を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡システムは、被検体に照明光を照射する照明手段と、被検体からの反射光の像光を撮像することにより画像信号を取得する画像信号取得手段と、画像信号に基づき、被検体における血管の表示抑制で相対的に生体組織上の凹凸の視認性を向上させた凹凸画像を生成する凹凸画像生成手段とを備え、前記凹凸画像生成手段は、画像信号のうち青色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた信号に基づき、血管の表示抑制で相対的に表層微細構造の視認性を向上させた微細構造画像を生成する微細構造画像生成部を有することを特徴とする。

第１の高吸光波長域は４００〜４５０ｎｍであることが好ましい。

凹凸画像生成手段は、画像信号のうち緑色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第２の高吸光波長域の成分が除かれた信号に基づき、血管の表示抑制で相対的に肥厚の視認性を向上させた肥厚画像を生成する肥厚画像生成部を有することが好ましい。第２の高吸光波長域は５２０〜５８０ｎｍであることが好ましい。

本発明は、更に、照明光のうち血中ヘモグロビンの吸光係数が高い高吸光波長域の成分を除去する高吸光波長除去フィルタを備え、画像信号取得手段は、高吸光波長除去フィルタで高吸光波長域の成分が除かれた被検体の反射光の像光を撮像することが好ましい。被検体の撮像は、色分離フィルタが設けられた複数色の画素を有するカラーの撮像素子によって行うことが好ましい。照明手段は、複数色の光を被検体に順次照射し、被検体の撮像は、照明手段で順次照射される毎に、モノクロの撮像素子で行うことが好ましい。

照明手段は、青色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた表層用照明光と、緑色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた中深層用照明光とを順次照射し、被検体の撮像は、前記照明手段で順次照射される毎に行うことが好ましい。

凹凸画像生成手段は、画像信号に基づく分光推定により、反射光のうち血中ヘモグロビンの吸光係数が高い波長成分以外の波長成分の分光画像を取得し、その分光画像に基づいて、凹凸画像を生成する画像生成部とを有することが好ましい。凹凸画像を表示する表示手段を備えることが好ましい。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、照明手段が照明光を発するステップと、画像信号取得手段が、被検体からの反射光の像光を撮像することにより画像信号を取得するステップと、凹凸画像生成手段が、画像信号に基づき、被検体における血管の表示抑制で相対的に生体組織上の凹凸の視認性を向上させた凹凸画像を生成するステップであり、凹凸画像生成手段が有する微細構造画像生成部が、画像信号のうち青色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた信号に基づき、血管の表示抑制で相対的に表層微細構造の視認性を向上させた微細構造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、凹凸画像生成手段で得られる凹凸画像は、被検体における血管の表示抑制によって、相対的に生体組織上の凹凸の視認性を向上させている。

第１実施形態の内視鏡システムを示す図である。 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。 白色光Ｗの発光スペクトルを示すグラフである。 高吸光波長除去フィルタの分光透過率とヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 ズームレンズがワイド位置にある場合の被検体内の画像を示す図である。 ズームレンズがテレ位置にある場合の被検体内の画像を示す図である。 ＣＣＤのＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素を表す図である。 Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターの分光透過率を示すグラフである。 ＣＣＤのＢ画素が受光する光の波長成分を表すグラフである。 ＣＣＤのＧ画素が受光する光の波長成分を表すグラフである。 ＣＣＤのＲ画素が受光する光の波長成分を表すグラフである。 第１実施形態における通常観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第１実施形態における微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 微細構造画像を表す図である。 肥厚画像を表す図である。 微細構造観察モードにおける一連の流れを表したフローチャートである。 キセノンランプで白色光Ｗを生成する内視鏡システムの内部構成を示す図である。 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。 ＲＧＢロータリフィルタを示す図である。 ＲＧＢロータリフィルタの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。 第２実施形態における通常観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第２実施形態における微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第３実施形態の内視鏡システムの内部構成を示す図である。 特殊観察用ロータリフィルタの図である。 第１ＢＰＦの分光透過率を示すグラフである。 第２ＢＰＦの分光透過率を示すグラフである。 第３実施形態における通常観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第３実施形態における微細構造観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第３実施形態における肥厚観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第３実施形態における微細構造・肥厚モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第４実施形態の内視鏡システムの内部構成を示す図である。 微細構造画像の生成方法を説明するための図である。 肥厚画像の生成方法を説明するための図である。 微細構造・肥厚画像の生成方法を説明するための図である。

図１及び図２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、電子内視鏡１１で撮像した画像に各種画像処理を施すプロセッサ装置１２と、被検体を照明する光を電子内視鏡１１に供給する光源装置１３と、プロセッサ装置１２で各種画像処理が施された画像を表示するモニタ１４とを備えている。

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が形成されている。湾曲部１９は、操作部１７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、体腔内撮影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被検体内の所望の方向に向けられる。

また、操作部１７には、各種モードに切り替えるためのモード切替ＳＷ１５が設けられている。モードは、白色光で照明された被検体を撮像することで得られる通常光画像をモニタ１４に表示する通常観察モードと、生体組織の表層上に形成された微細構造を強調した微細構造強調画像をモニタ１４に表示する微細構造観察モードと、生体組織において表層から中深層にかけて厚みを帯びた肥厚を強調した肥厚強調画像を表示する肥厚観察モードと、微細構造及び肥厚の両方を微細構造・肥厚強調画像をモニタ１４に表示する微細構造・肥厚観察モードとの合計３つのモードで構成される。

ユニバーサルコード１８には、プロセッサ装置１２および光源装置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からなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４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２に示すように、光源装置１３は、励起光光源３０と、蛍光体３１と、フィルタ挿脱部３２と、高吸光波長除去フィルタ３３とを備えている。励起光光源３０はレーザーダイオードなどの半導体光源で構成され、図３に示すように、中心波長４４５ｎｍの励起光ＥＬを発する。この励起光ＥＬは、励起光光源３０の出射部に取り付けられた蛍光体３１に照射される。蛍光体３１では、励起光ＥＬの一部を吸収して緑色〜赤色の蛍光ＦＬを励起発光する複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光物質）を含んで構成される。蛍光体３１で励起発光した蛍光ＦＬは、蛍光体３１により吸収されず透過した励起光ＥＬと合波することで、白色光Ｗが生成される。

フィルタ挿脱部３２は、設定されているモードに応じて、高吸光波長除去フィルタ３３を白色光Ｗの光路Ｌｗに挿入する挿入位置と、高吸光波長除去フィルタ３３を光路Ｌｗから退避させる退避位置との間で、高吸光波長除去フィルタ３３を移動させる。通常観察モードに設定されている場合には、高吸光波長除去フィルタ３３は退避位置にセットされる。これにより、白色光Ｗは、集光レンズ３４を介して、ライトガイド４３に入射する。一方、微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モードに設定されている場合には、高吸光波長除去フィルタ３３は挿入位置にセットされる。これにより、白色光Ｗのうちヘモグロビンの吸光係数が高い波長域（図４参照）の光がカットされた高吸光波長カット光Ｗcutが、高吸光波長除去フィルタ３３を透過する。透過した高吸光波長カット光Ｗcutは、集光レンズ３４を介して、ライトガイド４３に入射する。

高吸光波長除去フィルタ３２は、図４に示すように、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの高吸光波長域Ａ１及び５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの高吸光波長域Ａ２の光をカット（透過率０％）する一方で、高吸光波長域Ａ１，Ａ２以外の波長域の光をそのまま透過させる（透過率１００％）。この高吸光波長除去フィルタ３２に白色光Ｗが入射したときには、白色光Ｗのうち高吸光波長Ａ１，Ａ２が除去された高吸光波長カット光Ｗcutが、高吸光波長除去フィルタ３２から出射する。

このように高吸光波長域Ａ１，Ａ２の光をカットするのは、以下の理由からである。高吸光波長域Ａ１，Ａ２の光は、図４に示すように、血中のヘモグロビンに高い吸光特性を示している。そのため、これら高吸光波長域Ａ１，Ａ２の像光に基づく画像をモニタ１４に表示したときには、血管とその他の組織とのコントラストが高くなるため、血管が強調表示される。したがって、血管ではなく、ピットパターンなどの表層微細構造や生体組織表層から中深層にかけて厚みを帯びた肥厚などの凹凸にのみ着目して診断を行う場合には、血管の明瞭化は診断能を低下させる一因となる。そこで、白色光Ｗの反射光のうち吸光特性が高い高吸光波長域Ａ１，Ａ２の光を、高吸光波長除去フィルタ３２でカットすることで、モニタ１４に表示したときの血管の表示を抑制する。このように血管の明瞭化を抑えることによって、血管以外の表層微細構造や肥厚などの生体組織上の凹凸の視認性は向上する。

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、倍率制御部４７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、入射端が光源装置内に接続されており、出射端がズームレンズ４８ａに向けられている。したがって、ライトガイド４３内で導光された光は、照射レンズ４８ｂ、及び照明窓４９を通して、被検体内に照射される。観察窓５０は、被検体から反射光を受光する。受光した光は、集光レンズ５１及びズームレンズ４８ａを介して、ＣＣＤ４４に入射する。

ズームレンズ４８ａには、このズームレンズ４８ａを光軸方向に移動させるアクチュエータ４８ｃが取り付けられている。アクチュエータ４８ｃは、コントローラ５９に接続された倍率制御部４７によって駆動制御される。倍率制御部４７は、ズーム操作部２０で設定された倍率に応じた位置にズームレンズ４８ａが移動するように、アクチュエータ４８ｃを制御する。スクリーニング時のように、被検体内の全体的な様子を観察する必要がある場合には、ズームレンズ４８ａをワイド位置にセットして、図５Ａのような非拡大画像をモニタ１４に表示させる。一方、癌の鑑別診断時のように、観察部位の詳細構造を観察する必要がある場合には、ズームレンズ４８ａをテレ位置にセットして、図５Ｂのような拡大画像をモニタ１４に表示させる。

なお、通常観察モード時、肥厚観察モード時には、被検体内の全体的な様子を観察することが多いことから、ズームレンズ４８ａをワイド位置にセットすることが多い。一方、微細構造観察モード時には、観察対象を拡大して観察することが多いことから、ズームレンズ４８ａをテレ位置にセットすることが多い。

ＣＣＤ４４は入射した光を受光する撮像面４４ａを備え、この撮像面４４ａで光電変換して信号電荷を蓄積する。蓄積された信号電荷は撮像信号として読み出され、ＡＦＥ４５に送られる。ＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、図６Ａに示すように、Ｂ色のＢフィルタ４４ｂが設けられたＢ画素、Ｇ色のＧフィルタ４４ｇが設けられたＧ画素、Ｒ色のＲフィルタ４４ｒが設けられたＲ画素の３色の画素が多数配列されている。これらＢフィルタ４４ｂ、Ｇフィルタ４４ｇ、Ｒフィルタ４４ｒは、図６Ｂに示すようなにＢ，Ｇ、Ｒ透過領域５２、５３、５４を有している。Ｂ透過領域５２は、３８０〜５６０ｎｍの波長範囲を占めており、Ｇ透過領域５３は４５０〜６３０ｎｍの波長範囲を占めており、Ｒ透過領域５４は５８０〜７８０ｎｍの波長範囲を占めている。

ＣＣＤ４４で受光する光は、設定されているモードによって異なるため、各フィルタ４４ｂ、４４ｇ、４４ｒが受光する波長成分も異なる。通常観察モードに設定されている場合には、白色光ＷがＣＣＤ４４の各色の画素に入射する。したがって、Ｂ画素にはＢ透過領域５２に含まれる白色光Ｗの波長成分が入射し、Ｇ画素にはＧ透過領域５３に含まれる白色光Ｗの波長成分が入射し、Ｒ画素にはＲ透過領域５４に含まれる白色光Ｗの波長成分が入射する。

一方、微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モードに設定されている場合には、高吸光波長カット光ＷcutがＣＣＤ４４の各色の画素に入射する。したがって、ＣＣＤ４４のＢ画素には、図７Ａに示すように、高吸光波長カット光Ｗcutのうち、Ｂ透過領域５２に含まれる３８０〜４００ｎｍ及び４５０〜５００ｎｍの第１透過光が入射する。第１透過光は、生体組織表層にまで深達度を有しており、またヘモグロビンの吸光特性が４００〜４５０ｎｍの高吸光波長域Ａ１と比較して低い。したがって、この第１透過光の像光の撮像画像をモニタ１４に表示したときには、表層微細血管の表示が抑制される一方で、この血管の表示抑制によって、ピットパターンなどの表層微細構造の視認性が向上する。

また、図７Ｂに示すように、ＣＣＤ４４のＧ画素には、高吸光波長カット光ＷcutのうちＧ透過領域に含まれる４５０〜５２０ｎｍ及び５８０〜６３０ｎｍの第２透過光が入射する。第２透過光は、生体組織の中深層にまで深達度を有しており、また、ヘモグロビンの吸光特性が５２０〜５８０ｎｍの高吸光波長域Ａ２と比較して低い。したがって、この第２透過光の像光の撮像画像をモニタ１４に表示したときには、中深層血管の表示が抑制される一方で、この血管の表示抑制によって、表層から中深層にかけて厚みを帯びた肥厚の視認性が向上する。そして、図７Ｃに示すように、ＣＣＤ４４のＲ画素には、高吸光波長カット光ＷcutのうちＲ透過領域に含まれる５８０〜７８０ｎｍの第３透過光が入射する。

図２に示すように、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、ＣＣＤ４４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、ＣＣＤ４４の駆動により生じたノイズを除去する。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。

撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー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。

通常観察モードに設定されている場合には、図８Ａに示すように、１フレーム期間内で、白色光の像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷として読み出すステップとが行なわれる。この撮像制御は、繰り返し行なわれる。なお、通常観察モード時にＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から出力される信号を、それぞれ青色信号Ｂｃ、緑色信号Ｇｃ、赤色信号Ｒｃとする。

一方、微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モードに設定されている場合には、図８Ｂに示すように、１フレーム期間内で、高吸光波長カット光Ｗcutの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷として読み出すステップとが行なわれる。この撮像制御は、繰り返し行なわれる。なお、微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モード時にＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から出力される信号を、それぞれ青色信号Ｂｐ、緑色信号Ｇｐ、赤色信号Ｒｐとする。

図２に示すように、プロセッサ装置１２は、通常光画像生成部５５と、フレームメモリ５６と、特殊光画像生成部５７と、表示制御回路５８を備えており、コントローラー５９が各部を制御している。通常光画像生成部５５は、通常観察モード時に得られる信号Ｂｃ、Ｇｃ、Ｒｃから、通常光画像を作成する。生成された通常光画像はフレームメモリ５６に一時的に記憶される。

特殊光画像生成部５７は、微細構造画像生成部６１と、肥厚画像生成部６２と、微細構造・肥厚画像生成部６３とを備えている。微細構造画像生成部６１は、微細構造観察モード時に取得した青色信号Ｂｐに基づいて、ピットパターンなどの表層微細構造の視認性を向上させた微細構造画像を生成する。生成された微細構造画像６８は、図９に示すように、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。この微細構造画像６８では、高吸光波長域Ａ１が除去された高吸光波長カット光Ｗcutを用いて生成しているため、表層微細血管７０の表示抑制がなされている。この表示抑制によって、相対的に微細構造７１の視認性が向上している。

肥厚画像生成部６２は、肥厚観察モード時に取得した緑色信号Ｇｐと赤色信号Ｒｐとに基づいて、肥厚の視認性を向上させた肥厚画像を生成する。生成された肥厚画像７８は、図１０に示すように、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。この肥厚画像７８では、高吸光波長域Ａ２が除去された高吸光波長カット光Ｗcutを用いて生成しているため、中深層血管８０の表示抑制がなされている。この表示抑制によって、肥厚８１の視認性が相対的に向上している。

微細構造・肥厚画像生成部６３は、微細構造・肥厚観察モード時に取得した青色信号Ｂｐ、緑色信号Ｇｐ、赤色信号Ｒｐに基づいて、微細構造と肥厚の両方の視認性を向上させた微細構造・肥厚画像を生成する。生成された微細構造・肥厚画像は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。

次に、微細構造観察モードにおける一連の流れを、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。なお、肥厚観察モード、微細構造観察モード時における一連の流れも略同様であるので、説明を省略する。

モード切替ＳＷ１５により微細構造観察モードに切り替えられると、高吸光波長除去フィルタ３３が白色光Ｗの光路Ｌｗに挿入される。これにより、白色光Ｗのうち高吸光波長域Ａ１，Ａ２の波長成分が除去された高吸光波長カット光Ｗcutが、高吸光波長除去フィルタ３３から出射する。透過した高吸光波長カット光Ｗcutは、集光レンズ３４及びライトガイド４３等を介して、被検体に照射される。

被検体からの戻り光の像光は、カラーのＣＣＤ４４で撮像される。このとき、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から、青色信号Ｂｐ、緑色信号Ｇｐ、赤色信号Ｒｐが出力する。これら信号のうち青色信号Ｂｐに基づいて、表層微細構造の視認性を向上させた微細構造画像を生成する。生成した微細構造画像は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。

なお、第１実施形態では、励起光ＥＬを蛍光体３１に照射して蛍光ＦＬを励起発光させることにより白色光Ｗを生成したが、これに代えて、図１２に示すように、キセノンランプ９０によって、波長域が、例えば３８０〜７００ｎｍにわたるような白色光Ｗを生成してもよい。なお、キセノンランプに限る必要なく、ハロゲンランプなど波長域が青色〜赤色にわたる広帯域の光を発することができる光源であればよい。

図１３に示すように、第２実施形態の内視鏡システム１００は、カラーのＣＣＤ４４を用いた同時方式で被検体の撮像を行う第１実施形態と異なり、モノクロのＣＣＤ１４４を用いた面順次方式で被検体の撮像を行う。したがって、光源装置１１３の構成が第１実施形態の光源装置１３とは異なる。また、電子内視鏡１１内のＣＣＤが、カラーフィルタが設けられていないモノクロ撮像素子１４４であることにより、ＣＣＤ１４４の撮像制御方法も第１実施形態と異なる。それ以外については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

光源装置１１３は、励起光光源３０と、蛍光体３１と、ＲＧＢロータリフィルタ１３４と、フィルタ挿脱部３２と、高吸光波長除去フィルタ３３とを備えている。第２実施形態においても、白色光Ｗの生成は、励起光光源３０及び蛍光体３１により行う。ＲＧＢロータリフィルタ１３４は、図１４に示すように、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°の扇型の領域に、それぞれＢフィルタ部１３４ｂ、Ｇフィルタ部１３４ｇ、Ｒフィルタ部１３４ｒが設けられている。このロータリフィルタ１３４は、Ｂフィルタ部１３４ａ、Ｇフィルタ部１３４ｂ、Ｒフィルタ部１３４ｃが選択的に白色光Ｗの光路Ｌｗに挿入されるように回転自在に設けられている。

図１５に示すように、Ｂフィルタ部１３４ｂは第１実施形態のＣＣＤ４４のＢフィルタ４４ｂと同様のＢ透過領域を有している。また、同様にして、Ｇフィルタ部１３４ｇ及びＲフィルタ部１３４ｒは、それぞれＣＣＤ４４のＧフィルタ４４ｇ、Ｒフィルタ４４ｒと同様のＧ透過領域、Ｒ透過領域を有している。

フィルタ挿脱部３２は、第１実施形態と同様、通常観察モード時に設定されているときには、高吸収波長除去フィルタ３３が退避位置にセットされる。退避位置にセットされることで、蛍光体３１からの白色光Ｗは、高吸収波長除去フィルタ３３を介さずに、回転中のＲＧＢロータリフィルタ１３４に入射する。このＲＧＢロータリフィルタ１３４のうち、Ｂフィルタ部１３４ｂが光路Ｌｗに挿入されたときには白色光Ｗから青色帯域のＢ光が透過し、Ｇフィルタ部１３４ｇが光路Ｌｗに挿入されたときには白色光Ｗから緑色帯域のＧ光が透過し、Ｒフィルタ部１３４ｒが光路Ｌｗに挿入されたときには白色光Ｗから赤色帯域のＲ光が透過する。これによって、ＲＧＢロータリフィルタ１３４からはＢ光、Ｇ光、Ｒ光が順次出射する。順次出射したＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、集光レンズ３４を介して、ライトガイド４３に入射する。

一方、微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モード時に設定されているときには、第１実施形態と同様、高吸収波長除去フィルタ３３が挿入位置にセットされる。挿入位置にセットされることで、蛍光体３１からの白色光Ｗは、高吸収波長除去フィルタ３３に入射する。この高吸光波長除去フィルタ３３は第１実施形態と同様であり、白色光Ｗのうち高吸光波長域Ａ１，Ａ２の波長成分を除去した高吸光波長カット光Ｗcutを透過させる。透過した高吸光波長カット光Ｗcutは、回転中のＲＧＢロータリフィルタ１３４に入射する。

ＲＧＢロータリフィルタ１３４のＢフィルタ部１３４ｂが光路Ｌｗに挿入されたときには、高吸光波長カット光ＷcutのうちＢ透過領域に含まれる第１透過光が透過する。また、Ｇフィルタ部１３４ｇが光路Ｌｗに挿入されたときには、高吸光波長カット光ＷcutのうちＧ透過領域に含まれる第２透過光が透過する。また、Ｒフィルタ部１３４ｒが光路Ｌｗに挿入されたときには高吸光波長カット光ＷcutのうちＲ透過領域に含まれる第３透過光が透過する。これによって、ＲＧＢロータリフィルタ１３４からは第１透過光、第２透過光、第３透過光が順次出射する。順次出射した第１透過光、第２透過光、第３透過光は、集光レンズ３４を介して、ライトガイド４３に入射する。

第２実施形態の撮像制御部４６では、以下のようにして、モノクロのＣＣＤ１４４の撮像制御を行う。通常観察モードにおいては、図１６Ａに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。この一連の動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。なお、面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒは、それぞれ第１実施形態のＢｃ、Ｇｃ、Ｒｃに略対応している。

また、微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モードにおいては、図１６Ｂに示すように、第１透過光、第２透過光、第３透過光の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を順次出力する。この一連の動作は微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モードに設定されている間、繰り返される。面順次撮像信号Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、それぞれ第１実施形態のＢｐ、Ｇｐ、Rｐに対応している。

図１７に示すように、第３実施形態の内視鏡システム２００は、高吸光波長カット光Ｗcutの生成のために、白色光Ｗの光路Ｌｗに挿脱自在な高吸光波長除去フィルタ３３を使用した第１及び第２実施形態と異なり、特殊観察用ロータリフィルタ２３４を用いる。この特殊観察用ロータリフィルタ２３４の使用によって、カラーのＣＣＤ４４の撮像制御方法が第１実施形態と異なる。また、微細構造画像、肥厚画像、微細構造・肥厚画像の画像生成方法が第１実施形態と異なる。それ以外については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

図１８に示すように、特殊観察用ロータリフィルタ２３４は、白色光Ｗをそのまま透過させる開口部２３４ａと、白色光Ｗのうち表層微細構造の視認性向上に用いられる表層用照明光を透過させる第１ＢＰＦ（バンドパスフィルタ―）２３４ｂと、白色光Ｗのうち肥厚の視認性向上に用いられる中深層用照明光を透過させる第２ＢＰＦ（バンドパスフィルター）２３４ｃが周方向に沿って設けられている。この特殊観察用ロータリフィルタ２３４は、開口部２３４ａ、第１ＢＰＦ２３４ｂ、第２ＢＰＦ２３４ｃが選択的に白色光Ｗの光路Ｌｗに挿入されるように回転自在に設けられている。

第１ＢＰＦ２３４ｂは、図１９に示すように、白色光Ｗの青色成分うち４００〜４５０ｎｍの高吸光波長域Ａ１の光及び５００ｎｍ以上の波長域の光をカット（透過率０％）する一方で、それ以外の４００ｎｍ以下の光及び４５０〜５００ｎｍの光をそのまま透過させる（透過率１００％）。したがって、白色光Ｗが第１ＢＰＦ２３４ｂを透過して得られる表層用照明光は、４００ｎｍ以下及び４５０〜５００ｎｍの波長域を有する光となる。一方、図２０に示すように、第２ＢＰＦ２３４ｃは、白色光Ｗの緑色成分及び赤色成分うち５２０〜５８０ｎｍの高吸光波長域Ａ２の光及び５００ｎｍ以下の波長域の光をカットする一方で、それ以外の５００〜５２０ｎｍの波長域の光及び５８０ｎｍ以上の波長域の光をそのまま透過させる。したがって、白色光Ｗが第２ＢＰＦ２３４ｃを透過して得られる中深層用照明光は、５００〜５２０ｎｍの波長域及び５８０ｎｍ以上の波長域を有する光となる。

特殊観察用ロータリフィルタ２３４のうち、開口部２３４ａが光路Ｌｗに挿入されたときには白色光Ｗがそのまま透過し、第１ＢＰＦ２３４ｂが光路Ｌｗに挿入されたときには白色光Ｗのうち表層用照明光が透過し、第２ＢＰＦ２３４ｃが光路Ｌｗに挿入されたときには白色光Ｗのうち中深層用照明光が透過する。これによって、特殊観察用ロータリフィルタ２３４からは白色光Ｗ、表層用照明光、中深層用照明光が順次出射する。順次出射した白色光Ｗ、表層用照明光、中深層用照明光は、集光レンズ３４を介して、ライトガイド４３に入射する。

第３実施形態の撮像制御部４６では、以下のようにして、カラーのＣＣＤ４４の撮像制御を行う。通常観察モードにおいては、図２１Ａに示すように、白色光Ｗの像光を撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいてＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から撮像信号Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１を出力する。一方、表層用照明光及び中深層用照明光が照射されたときには、電荷の蓄積及び撮像信号の出力は行わない。この一連の動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。なお、撮像信号Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１は、それぞれ第１実施形態のＢｃ、Ｇｃ、Ｒｃに略対応している。

また、微細構造観察モードにおいては、図２１Ｂに示すように、白色光Ｗ及び中深層用照明光の照射時には、電荷の蓄積及び撮像信号の出力は行わない。一方、表層用照明光が照射されたときには、それら光の像光を順次撮像して電荷を蓄積する。そして、蓄積した電荷に基づき、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から撮像信号Ｂ２、Ｇ２、Ｒ２を出力する。この一連の動作は微細構造観察モードに設定されている間、繰り返される。なお、撮像信号Ｂ２は第１実施形態のＢｐに対応する。

また、肥厚観察モードにおいては、図２１Ｃに示すように、白色光Ｗ及び表層用照明光の照射時には、電荷の蓄積及び撮像信号の出力は行わない。一方、中深層用照明光が照射されたときには、それら光の像光を順次撮像して電荷を蓄積する。そして、蓄積した電荷に基づき、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から撮像信号Ｂ３、Ｇ３、Ｒ３を出力する。この一連の動作は肥厚観察モードに設定されている間、繰り返される。なお、撮像信号Ｇ３、Ｒ３は第１実施形態のＧｐ、Ｒｐに対応する。

また、微細構造・肥厚観察モードにおいては、図２１Ｄに示すように、白色光Ｗの照射時には、電荷の蓄積及び撮像信号の出力は行わない。一方、表層用照明光及び中深層用照明光が照射されたときには、それら光の像光を順次撮像して電荷を蓄積する。そして、蓄積した電荷に基づき、表層用照明光の照射時にはＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から撮像信号Ｂ２、Ｇ２、Ｒ２を出力し、中深層用照明光の照射時にはＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から撮像信号Ｂ３、Ｇ３、Ｒ３を出力する。この一連の動作は微細構造・肥厚観察モードに設定されている間、繰り返される。なお、上記同様、撮像信号Ｂ２は第１実施形態のＢｐに略対応し、撮像信号Ｇ３、Ｒ３は第２実施形態のＧｐ、Ｒｐに対応する。

なお、微細構造観察モード、肥厚観察モード、微細構造・肥厚観察モードにおいては、白色光Ｗの照射時にも電荷の蓄積及び撮像信号の出力を行い、その出力から得られる撮像信号に基づき通常光画像を生成してもよい。そして、その通常光画像に撮像信号Ｂ２の画素値を加えることによって、より明るい微細構造画像を生成することができる。また、通常光画像に撮像信号Ｇ３、Ｒ３の画素値を加えることによって、より明るい肥厚画像を生成することができる。

図２２に示すように、第４実施形態の内視鏡システム３００は、微細構造画像や肥厚画像の生成に必要な波長成分を、高吸光波長除去フィルタで波長分離して取得した第１及び第２実施形態と異なり、分光推定技術によって必要な波長成分を取得する。したがって、内視鏡システム３００の光源装置１３には、高吸光波長除去フィルタ３３及びそれを白色光Ｗの光路Ｌｗに挿脱するためのフィルタ挿脱部３２が設けられていない。また、微細構造画像、肥厚画像、微細構造・肥厚画像の画像生成方法が、第１実施形態とは異なる。それ以外は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第４実施形態の光源装置３１３は、第１実施形態と異なり、キセノンランプ３１４によって、３８０〜７００ｎｍの波長域を有する白色光Ｗを生成する。キセノンランプ３１４は常時点灯している。したがって、キセノンランプ３１４から発せられる白色光Ｗは、集光レンズ３４、ライトガイド４３を介して被検体に常時照射される。そして、第１実施形態と同様、被検体からの白色光の像光は、カラーのＣＣＤ４４で撮像される。この撮像により、ＣＣＤ４４のＢ画素からは青色信号Ｂが出力し、Ｇ画素からは緑色信号Ｇが出力し、Ｒ画素からは赤色信号Ｒが出力する。

特殊光画像生成部５７内の分光推定部３０１は、信号Ｂ，Ｇ，Ｒに基づいて、３８０ｎｍ〜７００ｎｍ内の分光画像を生成する。分光画像は、３８０ｎｍ画像、３８５ｎｍ画像・・・のように、５ｎｍ間隔で生成される。分光推定部３０１内は、内部メモリ（図示省略）に記憶された推定マトリックスデータを用いて、以下の［数１］に従って、分光推定を行う。

ここで、［数１］において、信号Ｂ，Ｇ，Ｒの画素値は、それぞれＢ，Ｇ，Ｒで表されている。また、推定マトリックスデータは３８０ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた６５セット分の波長域パラメータからなり、各波長域パラメータは、それぞれ、係数ｋｎｒ、ｋｎｇ、ｋｎｂ（ｎ＝１〜６５）から構成されている。これら波長域パラ―メータに信号Ｂ，Ｇ，Ｒの画素値を掛け合わせることによって、３８０ｎｍから７００ｎｍまでの分光画像の画素値ｑｎ（ｎ＝１〜６５）が得られる。なお、分光画像の生成方法については、特開２００３−９３３３６号公報に詳細が記載されている。

分光推定部３０１では、微細構造観察モードに設定されている場合、３８０〜４００ｎｍの分光画像と、４５０〜５００ｎｍの分光画像を取得する。また、肥厚観察モードに設定されている場合には、５００〜５２０ｎｍの分光画像と、５８０〜７００ｎｍの分光画像を取得する。また、微細構造・肥厚観察モードに設定されている場合には、３８０〜４００ｎｍの分光画像、４５０〜５００ｎｍの分光画像、５００〜５２０ｎｍの分光画像、５８０〜７００ｎｍの分光画像を取得する。

第４実施形態の微細構造画像生成部６１は、図２３に示すように、分光推定部３０１で得られた３８０〜４００ｎｍの分光画像と４５０〜５００ｎｍの分光画像に基づいて、微細構造画像を生成する。この微細構造画像は、第１実施形態の微細構造画像と同様の波長成分を有しているため、第１実施形態と同様、表層微細血管の表示が抑制されることで、相対的に微細構造の視認性が向上している。

第４実施形態の肥厚画像生成部６２は、図２４に示すように、分光推定部３０１で得られた５００〜５２０ｎｍの分光画像と５８０〜７００ｎｍの分光画像に基づいて、肥厚画像を生成する。この肥厚画像についても、第１実施形態の肥厚画像と同様の波長成分を有しているため、第１実施形態と同様、中深層血管の表示が抑制されることで、相対的に肥厚の視認性が向上している。

第４実施形態の微細構造・肥厚生成画像部６３は、分光推定部３０１で得られた３８０〜４００ｎｍの分光画像、４５０〜５００ｎｍの分光画像、５００〜５２０ｎｍの分光画像、５８０〜７００ｎｍの分光画像に基づいて、微細構造・肥厚画像を生成する。この微細構造・肥厚画像についても第１実施形態の微細構造・肥厚画像と同様の波長成分を有しているため、第１実施形態と同様、微細構造及び肥厚の両方の視認性が向上している。

１０，１００，２００，３００ 内視鏡システム
３３ 高吸光波長除去フィルタ
４４ （カラーの）ＣＣＤ
６１ 微細構造画像生成部
６２ 肥厚画像生成部
６８ 微細構造画像
７８ 肥厚画像
１３４ ＲＧＢロータリフィルタ
１４４ （モノクロの）ＣＣＤ
２３４ 特殊観察用ロータリフィルタ
２３４ｂ 第１ＢＰＦ
２３４ｃ 第２ＢＰＦ
３０１ 分光推定部

Claims (11)

1. 被検体に照明光を照射する照明手段と、
   前記被検体からの反射光の像光を撮像することにより画像信号を取得する画像信号取得手段と、
   前記画像信号に基づき、被検体における血管の表示抑制で相対的に生体組織上の凹凸の視認性を向上させた凹凸画像を生成する凹凸画像生成手段とを備え、
   前記凹凸画像生成手段は、
   前記画像信号のうち青色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた信号に基づき、血管の表示抑制で相対的に表層微細構造の視認性を向上させた微細構造画像を生成する微細構造画像生成部を有することを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記第１の高吸光波長域は４００〜４５０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記凹凸画像生成手段は、
   前記画像信号のうち緑色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第２の高吸光波長域の成分が除かれた信号に基づき、血管の表示抑制で相対的に肥厚の視認性を向上させた肥厚画像を生成する肥厚画像生成部を有す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. 前記第２の高吸光波長域は５２０〜５８０ｎｍであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
5. 前記照明光のうち血中ヘモグロビンの吸光係数が高い高吸光波長域の成分を除去する高吸光波長除去フィルタを備え、
   前記画像信号取得手段は、前記高吸光波長除去フィルタで前記高吸光波長域の成分が除かれた被検体の反射光の像光を撮像することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
6. 前記被検体の撮像は、色分離フィルタが設けられた複数色の画素を有するカラーの撮像素子によって行う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. 前記照明手段は、複数色の光を被検体に順次照射し、
   前記被検体の撮像は、前記照明手段で順次照射される毎に、モノクロの撮像素子で行う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。
8. 前記照明手段は、青色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた表層用照明光と、緑色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた中深層用照明光とを順次照射し、
   前記被検体の撮像は、前記照明手段で順次照射される毎に行うことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
9. 前記凹凸画像生成手段は、前記画像信号に基づく分光推定により、前記反射光のうち血中ヘモグロビンの吸光係数が高い波長成分以外の波長成分の分光画像を取得し、その分光画像に基づいて、前記凹凸画像を生成する画像生成部とを有することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
10. 前記凹凸画像を表示する表示手段を備え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. 照明手段が照明光を発するステップと、
    画像信号取得手段が、被検体からの反射光の像光を撮像することにより画像信号を取得するステップと、
    凹凸画像生成手段が、前記画像信号に基づき、被検体における血管の表示抑制で相対的に生体組織上の凹凸の視認性を向上させた凹凸画像を生成するステップであり、前記凹凸画像生成手段が有する微細構造画像生成部が、前記画像信号のうち青色波長域内で血中ヘモグロビンの吸光係数が高い第１の高吸光波長域の成分が除かれた信号に基づき、血管の表示抑制で相対的に表層微細構造の視認性を向上させた微細構造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。

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