JP5829568B2 - Endoscope system, image processing apparatus, method of operating image processing apparatus, and image processing program - Google Patents

Endoscope system, image processing apparatus, method of operating image processing apparatus, and image processing program Download PDF

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Description

本発明は、内視鏡を用いて血中ヘモグロビンの酸素飽和度などの血液に関する情報を取得する内視鏡システム、画像処理装置、画像処理装置の作動方法、及び画像処理プログラムに関するものである。 The present invention relates to an endoscope system, an image processing apparatus, an operation method of an image processing apparatus , and an image processing program that acquire information about blood such as oxygen saturation of blood hemoglobin using an endoscope.

医療分野において、内視鏡を用いた内視鏡診断が普及している。近年の内視鏡診断においては、白色光のもとで生体組織の表面の全体的な性状を観察する通常観察に加えて、特定の波長に制限された特殊光を用いた特殊光観察も行われるようになっている。   In the medical field, endoscopic diagnosis using an endoscope is widespread. In recent endoscopic diagnosis, special light observation using special light limited to a specific wavelength is performed in addition to normal observation of observing the overall properties of the surface of living tissue under white light. It has come to be.

特殊光観察には各種のものがあるが、例えば、本出願人による特許文献1の内視鏡システムでは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の大きさに差がある波長域の狭帯域光を利用して、その反射光を撮像して得られる分光画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、画像化している。   There are various types of special light observations. For example, in the endoscope system of Patent Document 1 by the present applicant, narrowband light in a wavelength region having a difference in the magnitude of the extinction coefficient between oxyhemoglobin and reduced hemoglobin is used. The oxygen saturation of blood hemoglobin is calculated and imaged based on a spectral image obtained by imaging the reflected light.

ここで、算出される酸素飽和度の値は血管の深さによっても大きく影響を受けることから、特許文献1では、所定の分光画像間の輝度比を用いることで、血管の深さによって生じるノイズを除去して、酸素飽和度の算出精度を向上させている。   Here, since the calculated oxygen saturation value is greatly influenced by the depth of the blood vessel, in Patent Document 1, noise generated by the depth of the blood vessel is obtained by using a luminance ratio between predetermined spectral images. To improve the calculation accuracy of oxygen saturation.

この特許文献1の内視鏡システムでは、複数の分光画像の取得方式として、生体組織に対して複数の狭帯域光を順次照射して撮像するという順次方式を採用している。そのため、撮像タイミングの違いによって生じる、複数の分光画像の位置ズレが問題となる。この位置ズレの問題に対して、特許文献1では、パターンマッチングによって、分光画像間で血管の位置を合わせている。なお、特許文献1は、パターンマッチングの精度を上げるために、血管深さに応じた周波数フィルタリング処理を施している。   In the endoscope system of Patent Document 1, a sequential method of sequentially irradiating a biological tissue with a plurality of narrow-band lights and taking an image is adopted as a method for acquiring a plurality of spectral images. For this reason, a positional shift between a plurality of spectral images caused by a difference in imaging timing becomes a problem. With respect to this problem of positional deviation, in Patent Document 1, the position of a blood vessel is aligned between spectral images by pattern matching. In Patent Document 1, frequency filtering processing according to the blood vessel depth is performed in order to increase the accuracy of pattern matching.

特開2011−194151号公報JP 2011-194151 A

特許文献1に記載されているように、複数の分光画像の輝度値を比較する際に、位置合わせを行うことによってより正確な酸素飽和度を得ることができる反面、位置合わせに要する負荷が大きいといった問題がある。つまり、位置合わせは分光画像を平行に移動するだけでは不十分であり、患者の体動などによって分光画像間に生じた歪みなどを修正するために画像を変形させる必要もある。この場合は、画像中央部分のみならず、周辺部分の画像処理も必要となるため、内視鏡システムのプロセッサ装置に大きな負荷をかけることになる。   As described in Patent Document 1, when comparing the luminance values of a plurality of spectral images, it is possible to obtain more accurate oxygen saturation by performing alignment, but on the other hand, the load required for alignment is large. There is a problem. In other words, it is not sufficient to align the spectral images in parallel, and it is necessary to deform the images in order to correct distortion caused between the spectral images due to patient movement. In this case, not only the central portion of the image but also the image processing of the peripheral portion is necessary, which places a heavy load on the processor device of the endoscope system.

また、前述のように、正確な位置合わせを行うためには、血管深さに応じた周波数フィルタリング処理などの処理も必要となる。さらに、位置合わせには前述したように多くの複雑な処理が必要であるだけでなく、その処理スピードも高速であることが要求される。なぜなら、酸素飽和度は診察中に動画表示されることが前提であり、位置合わせに時間がかかってしまうとスムーズな動画表示ができないからである。このように、位置合わせには多大な負荷がかかるので、位置合わせを廃止したり簡略化することが検討された。しかし、この場合、酸素飽和度を正確に求めることができず、アーチファクト(誤った情報)が発生し、酸素飽和度を表示した際に画面がちらつくといった問題が生じてしまう。   Further, as described above, in order to perform accurate alignment, processing such as frequency filtering processing according to the blood vessel depth is also required. Furthermore, the alignment requires not only many complicated processes as described above, but also a high processing speed. This is because it is premised that the oxygen saturation is displayed as a moving image during the examination, and if a long time is required for alignment, a smooth moving image cannot be displayed. As described above, since a great load is applied to the alignment, it has been studied to abolish or simplify the alignment. However, in this case, the oxygen saturation cannot be accurately obtained, artifacts (incorrect information) are generated, and a problem arises that the screen flickers when the oxygen saturation is displayed.

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、位置合わせの負担を軽減し、かつ、酸素飽和度を表示した際の画面のちらつきを防止できる内視鏡システム、画像処理装置、画像処理装置の作動方法、及び画像処理プログラムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above background, and is an endoscope system, image processing apparatus, and image processing that can reduce the burden of alignment and prevent flickering of the screen when oxygen saturation is displayed. It is an object of the present invention to provide an apparatus operating method and an image processing program.

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、互いに異なる波長成分を有する第1及び第2照明光を、順次、被検体内に照射する照明手段と、前記第1照明光の反射像を撮像することによって第1画像を取得するとともに、前記第2照明光の反射像を撮像することによって第2画像を取得する画像取得手段と、前記第1及び第2画像の特徴量を求める特徴量算出手段と、前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、前記第1画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2画像と略同一の特徴量を有する疑似第2画像を生成する階調変換手段と、前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示する動画表示手段とを備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, an endoscope system according to the present invention includes an illumination unit that sequentially irradiates a subject with first and second illumination lights having different wavelength components, and the first illumination light. Image acquisition means for acquiring a first image by capturing a reflected image and acquiring a second image by capturing a reflected image of the second illumination light; and feature amounts of the first and second images. The first image is gradation-converted based on the feature value calculation means to be obtained and the feature values of the first and second images, so that there is no positional deviation from the first image and is substantially the same as the second image. Tone conversion means for generating a pseudo second image having the same feature amount, and an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the first image and the pseudo second image as a moving image And a moving image display means for displaying It is a symptom.

前記特徴量算出手段は、前記第1画像と前記第2画像の濃度ヒストグラムを解析するヒストグラム解析部を有し、前記階調変換手段は、前記第2画像の濃度ヒストグラムと略一致するように、前記第1画像を濃淡変換処理することによって、前記疑似第2画像を生成する疑似画像生成部を有することが好ましい。   The feature amount calculating unit includes a histogram analyzing unit that analyzes a density histogram of the first image and the second image, and the gradation converting unit substantially matches the density histogram of the second image. It is preferable to have a pseudo image generation unit that generates the pseudo second image by performing a grayscale conversion process on the first image.

前記ヒストグラム解析部は、前記第1、第2画像の複数エリア毎に、前記濃度ヒストグラムの解析を行い、前記疑似画像生成部は、前記第1画像及び前記第2画像の各エリア間で濃度ヒストグラムが略一致するように、前記第1画像の各エリアに対して前記濃変換処理を行うことが好ましい。 The histogram analysis unit analyzes the density histogram for each of the plurality of areas of the first and second images, and the pseudo image generation unit performs density histograms between the areas of the first image and the second image. so substantially coincide, it is preferable to perform the dark light conversion processing on respective areas of the first image.

前記濃変換処理では、前記第1画像と前記第2画像の濃度ヒストグラムの比較演算により生成されるトーンカーブが用いられることが好ましい。 Wherein with concentrated light conversion processing, the tone curve generated by the comparison operation of the density histogram of the first image and the second image is preferably used.

前記照明手段は、前記第1照明光を発光する第1半導体光源と、前記第2照明光を発光する第2半導体光源とからなることが好ましい。   The illuminating means preferably includes a first semiconductor light source that emits the first illumination light and a second semiconductor light source that emits the second illumination light.

前記照明手段は、前記第1照明光の波長域の光、及び、前記第2照明光の波長域の光を含む広帯域光を発光する光源と、前記光源からの広帯域光を波長分離することによって前記第1照明光、及び、前記第2照明光を生成する波長分離部とを備えるものでもよい。   The illumination means wavelength-separates broadband light from the light source and a light source that emits broadband light including light in the wavelength range of the first illumination light and light in the wavelength range of the second illumination light. A wavelength separation unit that generates the first illumination light and the second illumination light may be provided.

前記照明手段は、前記第1照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第1青色狭帯域光を含む広帯域の広帯域光と、前記第2照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第2青色狭帯域光とを、順次、被検体内に照射し、前記画像取得手段は、前記第1照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第1青色画像を含む複数色の画像を取得するとともに、前記第2照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第2青色画像を含む複数色の画像を取得し、前記特徴量算出手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量を求め、前記階調変換手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量に基づいて前記第1青色画像を階調変換することにより、前記第1青色画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2青色画像と略同一の特徴量を有する疑似第2青色画像を生成し、前記動画表示手段は、前記第1青色画像、及び、前記疑似第2青色画像に基づいて、前記血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示するものでもよい。   The illumination means includes a broadband broadband light including a first blue narrowband light whose wavelength range is limited to a specific blue region as the first illumination light, and a wavelength region as a specific blue region as the second illumination light. The limited second blue narrow-band light is sequentially irradiated into the subject, and the image acquisition means captures the first blue image by capturing a reflected image of the first illumination light with a color image sensor. Acquiring a plurality of color images, and acquiring a plurality of color images including a second blue image by capturing a reflected image of the second illumination light with a color imaging element, The feature amounts of the first and second blue images are obtained, and the gradation converting means performs the tone conversion on the first blue image based on the feature amounts of the first and second blue images, whereby the first There is no misalignment with the blue image, and it is almost the same as the second blue image. A pseudo second blue image having the characteristic amount of the image is generated, and the moving image display unit images oxygen saturation of the blood hemoglobin based on the first blue image and the pseudo second blue image. An oxygen saturation image may be displayed as a moving image.

前記第1照明光は、波長域が440±10nmに制限された前記第1青色狭帯域光と、前記第1青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含む白色光であり、前記第2青色狭帯域光は、波長域が470±10nmに制限された光であることが好ましい。   The first illumination light is white light including the first blue narrowband light whose wavelength range is limited to 440 ± 10 nm and fluorescence obtained by wavelength conversion of the first blue narrowband light by a wavelength conversion member, The second blue narrow band light is preferably light whose wavelength range is limited to 470 ± 10 nm.

前記照明手段は、前記第1、第2照明光に加え、波長域が特定の青色領域に制限された第3青色狭帯域光を含む第3照明光を、順次、被検体内に照射し、前記画像取得手段は、前記第1、第2青色画像に加え、前記第3照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第3青色画像を含む複数色の画像を取得し、前記特徴量算出手段は、前記第1、第2青色画像に加え、前記第3青色画像の特徴量を求め、前記階調変換手段は、前記疑似第2青色画像に加え、前記第1、第3青色画像の特徴量に基づいて前記第1青色画像を階調変換することにより、前記第1青色画像と位置ズレがなく、かつ、前記第3青色画像と略同一の特徴量を有する疑似第3青色画像を生成し、前記動画表示手段は、前記第1青色画像、及び、前記疑似第2青色画像に加え、前記疑似第3青色画像に基づいて、前記血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示するものでもよい。   The illumination means sequentially irradiates a subject with third illumination light including third blue narrowband light whose wavelength range is limited to a specific blue region in addition to the first and second illumination light, The image acquisition means acquires a plurality of color images including a third blue image by capturing a reflected image of the third illumination light with a color imaging element in addition to the first and second blue images, The feature amount calculating means obtains the feature amount of the third blue image in addition to the first and second blue images, and the gradation converting means adds the first and third colors to the pseudo second blue image. By performing tone conversion on the first blue image based on the feature amount of the blue image, the pseudo third image which has no positional deviation from the first blue image and has approximately the same feature amount as the third blue image. A blue image is generated, and the moving image display means includes the first blue image and the pseudo second blue In addition to images, the pseudo third on the basis of the blue image, the oxygen saturation level image may be used for displaying videos imaging the oxygen saturation of the blood hemoglobin.

前記第3青色狭帯域光は、波長域が440±10nmに制限された光であってもよい。   The third blue narrowband light may be light whose wavelength range is limited to 440 ± 10 nm.

前記第3青色狭帯域光は、波長域が400±10nmに制限された光であってもよい。   The third blue narrowband light may be light whose wavelength range is limited to 400 ± 10 nm.

前記照明手段は、前記第1照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第1青色狭帯域光を含む広帯域の広帯域光と、前記第2照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第2青色狭帯域光を含む広帯域の広帯域光とを、順次、被検体内に照射し、前記画像取得手段は、前記第1照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第1青色画像、第1緑色画像、及び第1赤色画像を取得するとともに、前記第2照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第2青色画像を含む複数色の画像を取得し、前記特徴量算出手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量を求め、前記階調変換手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量に基づいて前記第1青色画像を階調変換することにより、前記第1青色画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2青色画像と略同一の特徴量を有する疑似第2青色画像を生成し、前記動画表示手段は、前記第1緑色画像、前記第1赤色画像、及び前記疑似第2青色画像に基づいて、前記血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示するものでもよい。   The illumination means includes a broadband broadband light including a first blue narrowband light whose wavelength range is limited to a specific blue region as the first illumination light, and a wavelength region as a specific blue region as the second illumination light. Broadband light including a limited second blue narrowband light is sequentially irradiated into the subject, and the image acquisition means captures the reflected image of the first illumination light with a color image sensor. To obtain a first blue image, a first green image, and a first red image, and by capturing a reflected image of the second illumination light with a color image sensor, a plurality of color images including the second blue image are obtained. The feature amount calculating means obtains the feature amounts of the first and second blue images, and the gradation converting means obtains the first blue image based on the feature amounts of the first and second blue images. Is converted from the first blue image by the tone conversion. And a pseudo second blue image having substantially the same feature quantity as the second blue image is generated, and the moving image display means is configured to generate the first green image, the first red image, and the pseudo second blue image. An oxygen saturation image obtained by imaging the oxygen saturation of blood hemoglobin based on the image may be displayed as a moving image.

前記第1照明光は、波長域が440±10nmに制限された前記第1青色狭帯域光と、前記第1青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含む第1白色光であり、前記第2照明光は、波長域が470±10nmに制限された前記第2青色狭帯域光と、前記第2青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含む第2白色光であることが好ましい。   The first illumination light is first white light including the first blue narrowband light whose wavelength range is limited to 440 ± 10 nm and fluorescence obtained by wavelength-converting the first blue narrowband light with a wavelength conversion member. The second illumination light is a second white light including the second blue narrowband light whose wavelength range is limited to 470 ± 10 nm, and a second white light including fluorescence obtained by wavelength-converting the second blue narrowband light by a wavelength conversion member. Preferably there is.

また、本発明は、第1照明光が照射された被検体像を撮像して得られる第1画像と、前記第1照明光と異なる第2照明光が照射された被検体像を、前記第1画像と異なるフレームで撮像することによって得られる第2画像を含む複数の画像を処理する画像処理装置において、前記第1及び第2画像の特徴量を求める特徴量算出手段と、前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、フレーム間の位置ズレを補正した第2画像に相当する疑似第2画像を生成する階調変換手段と、前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に動画表示するための表示制御手段とを備えることを特徴としている。   The present invention also provides a first image obtained by imaging a subject image irradiated with the first illumination light, and a subject image irradiated with a second illumination light different from the first illumination light. In an image processing apparatus that processes a plurality of images including a second image obtained by capturing an image in a frame different from one image, a feature amount calculating unit that calculates a feature amount of the first and second images, Gradation conversion means for generating a pseudo second image corresponding to a second image in which positional deviation between frames is corrected by performing gradation conversion on the first image based on a feature amount of the second image; Display control means for displaying an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on one image and the pseudo second image on a display means as a moving image is provided.

さらに、本発明は、第1照明光が照射された被検体像を撮像して得られる第1画像と、前記第1照明光と異なる第2照明光が照射された被検体像を、前記第1画像と異なるフレームで撮像することによって得られる第2画像を含む複数の画像を処理する画像処理装置の作動方法において、特徴量算出手段が、前記第1及び第2画像の特徴量を求めるステップと、階調変換手段が、前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、前記第1画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2画像と略同一の特徴量を有する疑似第2画像を生成するステップと、表示制御手段が、前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に動画表示するための表示制御を行うステップとを有することを特徴とする。 Further, the present invention provides a first image obtained by imaging a subject image irradiated with the first illumination light, and a subject image irradiated with a second illumination light different from the first illumination light. In an operation method of an image processing apparatus that processes a plurality of images including a second image obtained by capturing an image with a frame different from one image, a step of calculating a feature amount of the first and second images And the gradation converting means performs gradation conversion on the first image based on the feature amounts of the first and second images, so that there is no positional deviation from the first image and the second image A step of generating a pseudo second image having substantially the same feature quantity; and an oxygen saturation level in which the display control means images the oxygen saturation level of blood hemoglobin based on the first image and the pseudo second image. Table for displaying moving images on the display means Characterized by a step of performing a control.

また、本発明は、第1照明光が照射された被検体像を撮像して得られる第1画像と、前記第1照明光と異なる第2照明光が照射された被検体像を、前記第1画像と異なるフレームで撮像することによって得られる第2画像を含む複数の画像を処理する画像処理プログラムにおいて、コンピュータを、前記第1及び第2画像の特徴量を求める特徴量算出手段、前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、前記第1画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2画像と略同一の特徴量を有する疑似第2画像を生成する階調変換手段、及び前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に動画表示するための表示制御手段として機能させるものである。

The present invention also provides a first image obtained by imaging a subject image irradiated with the first illumination light, and a subject image irradiated with a second illumination light different from the first illumination light. In an image processing program for processing a plurality of images including a second image obtained by capturing an image in a frame different from one image, a feature amount calculating means for obtaining a feature amount of the first and second images, the first By performing tone conversion on the first image based on the feature amounts of the first and second images, a pseudo second image that has no positional deviation from the first image and has approximately the same feature amount as the second image. Gradation conversion means for generating an image, and display control for displaying an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the first image and the pseudo second image on the display means as a moving image What functions as a means A.

本発明では、分光画像の濃度ヒストグラムと近似の濃度ヒストグラムを有する疑似分光画像を、白色画像に濃度変換処理を施すことによって生成し、この疑似分光画像を用いて酸素飽和度を求める、すなわち、白色画像に対して位置ズレのない疑似分光画像を用いて酸素飽和度を求めるので、位置合わせを行う必要がない。また、酸素飽和度を表示した際のアーチファクトやちらつきを軽減できる。   In the present invention, a pseudo spectral image having a density histogram approximate to the density histogram of the spectral image is generated by performing density conversion processing on the white image, and the oxygen saturation is obtained using the pseudo spectral image, that is, white Since the oxygen saturation is obtained using a pseudo-spectral image having no positional deviation from the image, it is not necessary to perform alignment. In addition, artifacts and flickering when oxygen saturation is displayed can be reduced.

本発明の内視鏡システムの外観図である。It is an external view of the endoscope system of the present invention. 内視鏡の先端部の正面図である。It is a front view of the front-end | tip part of an endoscope. 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of an endoscope system. 照明光の分光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum of illumination light. 撮像素子のカラーマイクロフイルタの分光特性を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral characteristic of the color microfilter of an image pick-up element. 通常観察モードにおける照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the irradiation timing and imaging timing of illumination light in normal observation mode. 機能観察モードにおける照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the irradiation timing and imaging timing of illumination light in functional observation mode. 機能画像処理部のブロック図である。It is a block diagram of a functional image processing unit. 各分光画像のエリア毎の濃度ヒストグラムが解析される様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the density histogram for every area of each spectral image is analyzed. 分光画像PB1に濃淡変換処理を施すことによって分光画像PB2と同様の濃度ヒストグラムを有する疑似分光画像PB2′が生成される様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the pseudo | simulation spectral image PB2 'which has the density histogram similar to the spectral image PB2 is produced | generated by performing a light / dark conversion process to the spectral image PB1. 分光画像PB1に濃淡変換処理を施すことによって分光画像PB3と同様の濃度ヒストグラムを有する疑似分光画像PB3′が生成される様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the pseudo | simulation spectral image PB3 'which has the density histogram similar to the spectral image PB3 is produced | generated by performing a light / dark conversion process to the spectral image PB1. ヘモグロビンの吸光スペクトルと照明光の波長の対応を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a response | compatibility with the absorption spectrum of hemoglobin, and the wavelength of illumination light. 第1及び2輝度比S1/S3,S2/S3と血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with 1st and 2 brightness | luminance ratio S1 / S3, S2 / S3, blood vessel depth, and oxygen saturation. 第1及び第2輝度比S1/S3,S2/S3から輝度座標系における座標(X,Y)を求める方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the method of calculating | requiring the coordinate (X * , Y * ) in a luminance coordinate system from 1st and 2nd luminance ratio S1 * / S3 * , S2 * / S3 * . 座標(X,Y)に対応する血管情報座標系の座標(U,V)を求める方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the method of calculating | requiring the coordinate (U * , V * ) of the blood-vessel information coordinate system corresponding to coordinate (X * , Y * ). 血管深さ画像を生成する際に用いられるRGBゲインテーブルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the RGB gain table used when producing | generating a blood vessel depth image. 血管深さ画像を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the blood vessel depth image. 酸素飽和度画像を生成する際に用いられるRGBゲインテーブルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the RGB gain table used when producing | generating an oxygen saturation image. 酸素飽和度画像を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an oxygen saturation image. 血管深さ画像、酸素飽和度画像が動画表示された際の表示形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the display mode at the time of the moving image display of the blood vessel depth image and the oxygen saturation image. 血管深さ画像、酸素飽和度画像が動画表示された際の別の表示形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another display form at the time of the moving image display of the blood vessel depth image and the oxygen saturation image. 血管深さ画像、酸素飽和度画像が動画表示される流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow in which a blood vessel depth image and an oxygen saturation image are displayed as a moving image. 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of an endoscope system. 血液量と信号比R1/G1との相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows correlation with blood volume and signal ratio R1 / G1. 酸素飽和度と信号比B2/G1、R1/G1との相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with oxygen saturation and signal ratio B2 / G1, R1 / G1. 図21Bに示す相関関係を用い、信号比B2/G1、R1/G1から酸素飽和度を求める方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of calculating | requiring oxygen saturation from signal ratio B2 / G1, R1 / G1 using the correlation shown to FIG. 21B. 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of an endoscope system. 回転フィルタの平面図である。It is a top view of a rotation filter. 回転フィルタの各フィルタ部の分光透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral transmittance of each filter part of a rotation filter. 通常観察モードにおける照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the irradiation timing and imaging timing of illumination light in normal observation mode. 機能観察モードにおける照明光の照射タイミング及び撮像タイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the irradiation timing and imaging timing of illumination light in functional observation mode.

[第1実施形態]
図1に示すように、本発明の第1実施形態の内視鏡システム10は、被検体内の観察部位を撮像する内視鏡11と、撮像により得られた信号に基づいて観察部位の観察画像を生成するプロセッサ装置12と、観察部位を照射する光を供給する光源装置13と、観察画像を表示するモニタ14とを備えている。プロセッサ装置12には、キーボードやマウスなどの操作入力部であるコンソール15が設けられている。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, an endoscope system 10 according to a first embodiment of the present invention includes an endoscope 11 that images an observation site in a subject, and observation of an observation site based on a signal obtained by imaging. A processor device 12 that generates an image, a light source device 13 that supplies light for irradiating an observation site, and a monitor 14 that displays an observation image are provided. The processor device 12 is provided with a console 15 that is an operation input unit such as a keyboard and a mouse.

内視鏡システム10は、白色光のもとで観察部位を観察する通常観察モードと、機能情報観察モードの2つの動作モードを備えている。機能情報観察モードは、特殊光を利用して、生体組織に関する生体機能情報を取得し、画像化して観察するモードである。本実施形態では、生体機能情報が血中ヘモグロビンの酸素飽和度及び血管深さに関する情報であり、機能情報観察モードでは、酸素飽和度及び血管深さに関する情報を取得し、これらを画像化して観察する例で説明する。   The endoscope system 10 has two operation modes: a normal observation mode in which an observation site is observed under white light, and a function information observation mode. The function information observation mode is a mode in which special function light is used to acquire biological function information related to a living tissue, image it, and observe it. In the present embodiment, the biological function information is information on oxygen saturation and blood vessel depth of blood hemoglobin, and in the function information observation mode, information on oxygen saturation and blood vessel depth is acquired, and these are imaged and observed. An example will be described.

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。   The endoscope 11 includes a flexible insertion portion 16 that is inserted into a subject, an operation portion 17 provided at a proximal end portion of the insertion portion 16, an operation portion 17, a processor device 12, and a light source device 13. And a universal cord 18 for connecting the two.

挿入部16は、先端部19、湾曲部20、可撓管部21からなり、これらが先端から順に連設されている。図2に示すように、先端部19の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓22、観察部位で反射した像光が入射する観察窓23、観察窓23を洗浄するために送気・送水を行うための送気・送水ノズル24、鉗子や電気メスといった処置具を突出させる鉗子出口25などが設けられている。観察窓23の奥には、撮像素子44(図3参照)や結像用の光学系が内蔵されている。   The insertion portion 16 includes a distal end portion 19, a bending portion 20, and a flexible tube portion 21, which are connected in order from the distal end. As shown in FIG. 2, on the distal end surface of the distal end portion 19, the illumination window 22 that irradiates the observation site with illumination light, the observation window 23 that receives the image light reflected by the observation site, and the observation window 23 are washed. An air supply / water supply nozzle 24 for performing air supply / water supply, a forceps outlet 25 for projecting a treatment instrument such as forceps and an electric knife, and the like are provided. An imaging element 44 (see FIG. 3) and an imaging optical system are built in the back of the observation window 23.

湾曲部20は、連結された複数の湾曲駒からなり、操作部17のアングルノブ26を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部20が湾曲することにより、先端部19の向きが所望の方向に向けられる。可撓管部21は、食道や腸など曲がりくねった管道に挿入できるように可撓性を有している。挿入部16には、撮像素子44を駆動する駆動信号や撮像素子44が出力する撮像信号を通信する通信ケーブルや、光源装置13から供給される照明光を照明窓22に導光するライトガイド43(図3参照)が挿通されている。   The bending portion 20 includes a plurality of connected bending pieces, and is bent in the vertical and horizontal directions by operating the angle knob 26 of the operation portion 17. By bending the bending portion 20, the direction of the distal end portion 19 is directed in a desired direction. The flexible tube portion 21 is flexible so that it can be inserted into a tortuous duct such as the esophagus or the intestine. The insertion unit 16 includes a communication cable that communicates a drive signal for driving the image sensor 44 and an image signal output by the image sensor 44, and a light guide 43 that guides illumination light supplied from the light source device 13 to the illumination window 22. (See FIG. 3) is inserted.

操作部17には、アンブルノブ26の他、処置具を挿入するための鉗子口27、送気・送水操作を行う送気・送水ボタン、静止画像を撮影するためのレリーズボタンなどが設けられている。   In addition to the amble knob 26, the operation unit 17 includes a forceps port 27 for inserting a treatment instrument, an air / water supply button for performing air / water supply operation, a release button for taking a still image, and the like. .

ユニバーサルコード18には、挿入部16から延設される通信ケーブルやライトガイド43が挿通されており、プロセッサ装置12および光源装置13側の端部には、コネクタ28が取り付けられている。コネクタ28は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、通信用コネクタには通信ケーブルの一端が、光源用コネクタにはライトガイド43の一端がそれぞれ配設される。内視鏡11は、このコネクタ28を介して、プロセッサ装置12および光源装置13に着脱自在に接続される。   A communication cable and a light guide 43 extending from the insertion portion 16 are inserted into the universal cord 18, and a connector 28 is attached to the end of the processor device 12 and the light source device 13. The connector 28 is a composite type connector including a communication connector and a light source connector, and one end of a communication cable is disposed on the communication connector, and one end of the light guide 43 is disposed on the light source connector. The endoscope 11 is detachably connected to the processor device 12 and the light source device 13 through the connector 28.

図3に示すように、光源装置13は、半導体光源ユニット31と、これらを駆動制御する光源制御部32とを備えている。光源制御部32は、光源装置13の各部の駆動タイミングや同期タイミングなどの制御を行う。   As shown in FIG. 3, the light source device 13 includes a semiconductor light source unit 31 and a light source control unit 32 that drives and controls them. The light source control unit 32 controls drive timing and synchronization timing of each unit of the light source device 13.

半導体光源ユニット31は、青色領域において特定の波長域に制限された狭帯域光をそれぞれ発光する3つのレーザ光源LD1〜LD3と、蛍光体37とを有している。図4に示すように、レーザ光源LD1は、波長域が440±10nmに、好ましくは445nmに制限された狭帯域光N1を発光する。レーザ光源LD2は、波長域が470±10nmに、好ましくは473nmに制限された狭帯域光N2を発光する。レーザ光源LD3は、波長域が400±10nmに、好ましくは405nmに制限された狭帯域光N3を発光する。レーザ光源LD1〜LD3としては、InGaN系、InGaNAs系、GaNAs系のレーザダイオードを用いることができる。また、レーザ光源LD1〜LD3としては、高出力化が可能なストライプ幅(導波路の幅)が広いブロードエリア型のレーザダイオードが好ましい。   The semiconductor light source unit 31 includes three laser light sources LD1 to LD3 that respectively emit narrowband light limited to a specific wavelength region in the blue region, and a phosphor 37. As shown in FIG. 4, the laser light source LD1 emits narrowband light N1 whose wavelength range is limited to 440 ± 10 nm, preferably 445 nm. The laser light source LD2 emits narrow band light N2 whose wavelength range is limited to 470 ± 10 nm, preferably 473 nm. The laser light source LD3 emits narrow band light N3 whose wavelength range is limited to 400 ± 10 nm, preferably 405 nm. As the laser light sources LD1 to LD3, InGaN-based, InGaNAs-based, and GaNAs-based laser diodes can be used. Further, as the laser light sources LD1 to LD3, a broad area type laser diode having a wide stripe width (waveguide width) capable of increasing output is preferable.

光源制御部32は、ドライバ33を介してレーザ光源LD1〜LD3の点灯、消灯、光量の制御を行う。レーザ光源LD1が発光する狭帯域光N1は、蛍光体37に入射する。蛍光体37としては、例えば、YAG系、BAM(BgMgAl1017)系等の蛍光体が使用される。 The light source control unit 32 controls turning on / off of the laser light sources LD <b> 1 to LD <b> 3 and the amount of light through the driver 33. The narrow band light N1 emitted from the laser light source LD1 enters the phosphor 37. As the phosphor 37, for example, a YAG-based or BAM (BgMgAl 10 O 17 ) -based phosphor is used.

蛍光体37に入射した、狭帯域光N1は、蛍光体37を励起させ、緑色領域から赤色領域に渡る波長域の蛍光FLを発光させる。蛍光体37は、狭帯域光N1の一部を吸収して蛍光FLを発光するとともに、残りの狭帯域光N1を透過させる。蛍光体37を透過する狭帯域光N1は、蛍光体37によって拡散される。透過する狭帯域光N1と励起される蛍光FLによって白色光Wが生成され、生成された白色光Wがコンバイナ36に導光される。   The narrow-band light N1 incident on the phosphor 37 excites the phosphor 37 and emits fluorescence FL in a wavelength region extending from the green region to the red region. The phosphor 37 absorbs a part of the narrowband light N1 to emit fluorescence FL, and transmits the remaining narrowband light N1. The narrow band light N <b> 1 that passes through the phosphor 37 is diffused by the phosphor 37. White light W is generated by the transmitted narrow band light N1 and excited fluorescence FL, and the generated white light W is guided to the combiner 36.

他方、レーザ光源LD2、LD3が発光する光は、蛍光体37を介さずに光ファイバ34によってコンバイナ36に導光される。コンバイナ36は、各光ファイバ34からの光を合波する機能を持つ光学部材であり、選択的に入射する各光ファイバ34からの光の光軸を1つに結合する。   On the other hand, the light emitted from the laser light sources LD2 and LD3 is guided to the combiner 36 by the optical fiber 34 without passing through the phosphor 37. The combiner 36 is an optical member having a function of multiplexing the light from each optical fiber 34 and couples the optical axes of the light from each optical fiber 34 that selectively enters into one.

図3において、コンバイナ36の下流側には、集光レンズ38とロッドインテグレータ39が配置されている。集光レンズ38は、コンバイナ36から出射した光を集光して、ロッドインテグレータ39に入射させる。ロッドインテグレータ39は、入射した光を内部で多重反射させることにより面内光量分布を均一化して、光源装置13に接続された内視鏡11のライトガイド43の入射端に光を入射させる。   In FIG. 3, a condenser lens 38 and a rod integrator 39 are disposed on the downstream side of the combiner 36. The condensing lens 38 condenses the light emitted from the combiner 36 and causes the light to enter the rod integrator 39. The rod integrator 39 makes the in-plane light quantity distribution uniform by internally reflecting the incident light, and makes the light incident on the incident end of the light guide 43 of the endoscope 11 connected to the light source device 13.

内視鏡11は、ライトガイド43、撮像素子44、アナログ処理回路45(AFE:Analog Front End)、撮像制御部46を備えている。ライトガイド43は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、ライトガイド43の入射端が配置されたコネクタ28が光源装置13に接続されたときに、入射端が光源装置13のロッドインテグレータ39の出射端と対向する。   The endoscope 11 includes a light guide 43, an imaging element 44, an analog processing circuit 45 (AFE: Analog Front End), and an imaging control unit 46. The light guide 43 is a large-diameter optical fiber, a bundle fiber or the like. When the connector 28 on which the incident end of the light guide 43 is disposed is connected to the light source device 13, the incident end is emitted from the rod integrator 39 of the light source device 13. Opposite the edge.

照明窓22の奥には、照明光の配光角を調整する照射レンズ48が配置されている。光源装置13から供給された光はライトガイド43により照射レンズ48に導光されて照明窓22から観察部位に向けて照射される。観察窓23の奥には、対物光学系51と撮像素子44が配置されている。観察部位で反射した像光は、観察窓23を通して対物光学系51に入射し、対物光学系51によって撮像素子44の撮像面44aに結像される。   An illumination lens 48 that adjusts the light distribution angle of illumination light is disposed behind the illumination window 22. The light supplied from the light source device 13 is guided to the irradiation lens 48 by the light guide 43 and irradiated from the illumination window 22 toward the observation site. In the back of the observation window 23, an objective optical system 51 and an image sensor 44 are arranged. The image light reflected by the observation site enters the objective optical system 51 through the observation window 23 and is imaged on the imaging surface 44 a of the imaging element 44 by the objective optical system 51.

撮像素子44は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどからなり、フォトダイオードなどの画素を構成する複数の光電変換素子がマトリックスに配列された撮像面44aを有している。撮像素子44は、撮像面44aで受光した光を光電変換して、各画素においてそれぞれの受光量に応じた信号電荷を蓄積する。信号電荷はアンプによって電圧信号に変換されて読み出される。電圧信号は撮像信号として撮像素子44から出力されて、撮像信号はAFE45に送られる。   The imaging element 44 is composed of a CCD image sensor, a CMOS image sensor, or the like, and has an imaging surface 44a in which a plurality of photoelectric conversion elements constituting pixels such as photodiodes are arranged in a matrix. The image sensor 44 photoelectrically converts the light received by the imaging surface 44a and accumulates signal charges corresponding to the amount of received light in each pixel. The signal charge is converted into a voltage signal by an amplifier and read out. The voltage signal is output as an imaging signal from the imaging device 44, and the imaging signal is sent to the AFE 45.

撮像素子44は、カラー撮像素子であり、撮像面44aには、図5に示すような分光特性を有するB、G、Rの3色のマイクロカラーフィルタが各画素に割り当てられている。ここで、Bのマイクロカラーフィルタが設けられた画素をB画素とし、Gのマイクロカラーフィルタが設けられた画素をG画素とし、Rのマイクロカラーフィルタが設けられた画素をR画素とする。マイクロカラーフィルタの配列は例えばベイヤー配列である。   The image pickup element 44 is a color image pickup element. B, G and R three-color micro color filters having spectral characteristics as shown in FIG. 5 are assigned to each pixel on the image pickup surface 44a. Here, a pixel provided with the B micro color filter is a B pixel, a pixel provided with the G micro color filter is a G pixel, and a pixel provided with the R micro color filter is an R pixel. The arrangement of the micro color filters is, for example, a Bayer arrangement.

図6A、図6Bに示すように、撮像素子44では、1フレームの取得期間内で、信号電荷を蓄積する蓄積動作と、蓄積した信号電荷を読み出す読み出し動作が行われる。図6Aに示すように、通常観察モードにおいては、蓄積タイミングに合わせて白色光Wが観察部位に照射され、その反射光が撮像素子44に入射する。撮像素子44は、B、G、Rの各画素の輝度値が混在した1フレーム分の撮像信号B、G、Rをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、通常観察モードに設定されている間、繰り返される。   As shown in FIGS. 6A and 6B, in the image sensor 44, an accumulation operation for accumulating signal charges and a read operation for reading the accumulated signal charges are performed within an acquisition period of one frame. As shown in FIG. 6A, in the normal observation mode, the white light W is irradiated onto the observation site in accordance with the accumulation timing, and the reflected light is incident on the image sensor 44. The imaging element 44 sequentially outputs the imaging signals B, G, and R for one frame in which the luminance values of the B, G, and R pixels are mixed according to the frame rate. Such an imaging operation is repeated while the normal observation mode is set.

図6Bに示すように、機能情報観察モードにおいては、蓄積タイミングに合わせてレーザ光源LD1、LD2、LD3が順次点灯する。レーザ光源LD1が点灯すると、通常観察モードと同様に、照明光として白色光Wが観察部位に照射される。レーザ光源LD2が点灯すると、照明光として狭帯域光N2が観察部位に照射される。レーザ光源LD3が点灯すると、照明光として狭帯域光N3が観察部位に照射される。   As shown in FIG. 6B, in the function information observation mode, the laser light sources LD1, LD2, and LD3 are sequentially turned on in accordance with the accumulation timing. When the laser light source LD1 is turned on, white light W is irradiated as an illumination light to the observation site as in the normal observation mode. When the laser light source LD2 is turned on, the observation region is irradiated with narrowband light N2 as illumination light. When the laser light source LD3 is turned on, the narrow-band light N3 is irradiated to the observation site as illumination light.

白色光Wは、観察部位で反射した後、マイクロカラーフィルタで色分離されて、B、G、Rの全ての画素に入射する。他方、狭帯域光N2、N3は、観察部位で反射した後、B画素にのみ入射する。機能情報観察モードにおいても、通常観察モードと同様に、撮像素子44は、B、G、Rの各画素の輝度値が混在した1フレーム分の撮像信号B、G、Rをフレームレートに従って順次出力する。こうした撮像動作は、機能情報観察モードに設定されている間、繰り返される。   The white light W is reflected at the observation site, is color-separated by the micro color filter, and is incident on all the B, G, and R pixels. On the other hand, the narrowband lights N2 and N3 are incident only on the B pixel after being reflected at the observation site. In the functional information observation mode, as in the normal observation mode, the image sensor 44 sequentially outputs the image signals B, G, and R for one frame in which the luminance values of the B, G, and R pixels are mixed according to the frame rate. To do. Such an imaging operation is repeated while the function information observation mode is set.

図3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、撮像素子44からの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、信号電荷のリセットに起因するノイズを除去する。AGCは、CDSによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。A/Dは、AGCで増幅された撮像信号を、所定のビット数に応じた階調値を持つデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ装置12に入力する。   As shown in FIG. 3, the AFE 45 includes a correlated double sampling circuit (CDS), an automatic gain control circuit (AGC), and an analog / digital converter (A / D) (all not shown). The CDS performs correlated double sampling processing on the image signal from the image sensor 44 to remove noise caused by signal charge reset. The AGC amplifies the imaging signal from which noise has been removed by CDS. The A / D converts the imaging signal amplified by AGC into a digital imaging signal having a gradation value corresponding to a predetermined number of bits and inputs the digital imaging signal to the processor device 12.

撮像制御部46は、プロセッサ装置12内のコントローラ56に接続されており、コントローラ56から入力されるベースクロック信号に同期して、撮像素子44に対して駆動信号を入力する。撮像素子44は、撮像制御部46からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで撮像信号をAFE45に出力する。   The imaging control unit 46 is connected to a controller 56 in the processor device 12 and inputs a drive signal to the imaging element 44 in synchronization with a base clock signal input from the controller 56. The imaging element 44 outputs an imaging signal to the AFE 45 at a predetermined frame rate based on the drive signal from the imaging control unit 46.

また、図3に示すように、プロセッサ装置12は、コントローラ56の他、DSP(Digital Signal Processor)57、画像処理部58と、フレームメモリ59と、表示制御回路60を備えている。コントローラ56は、CPU、制御プログラムや制御に必要な設定データを記憶するROM、プログラムをロードして作業メモリとして機能するRAMなどからなり、CPUが制御プログラムを実行することにより、プロセッサ装置12の各部を制御する。   As shown in FIG. 3, the processor device 12 includes a DSP (Digital Signal Processor) 57, an image processing unit 58, a frame memory 59, and a display control circuit 60 in addition to the controller 56. The controller 56 includes a CPU, a ROM that stores a control program and setting data necessary for control, a RAM that loads the program and functions as a work memory, and the like. To control.

DSP57は、撮像素子44が出力する撮像信号を取得する。DSP57は、B、G、Rの各画素に対応する信号が混在した撮像信号を、3色の撮像信号に分離し、各色の撮像信号に対して画素補間処理を行って、B、G、Rの各色の分光画像を生成する。この他、DSP57は、ガンマ補正や、B、G、Rの各分光画像の撮像信号に対してホワイトバランス補正などの信号処理を施す。   The DSP 57 acquires an image signal output from the image sensor 44. The DSP 57 separates an imaging signal in which signals corresponding to B, G, and R pixels are mixed into imaging signals of three colors, performs pixel interpolation processing on the imaging signals of each color, and performs B, G, and R A spectral image of each color is generated. In addition, the DSP 57 performs signal processing such as gamma correction and white balance correction on the imaging signals of the B, G, and R spectral images.

フレームメモリ59は、DSP57が出力する画像データや、画像処理部58が処理した処理済みのデータを記憶する。表示制御回路60は、フレームメモリ59から画像処理済みの画像データを読み出して、コンポジット信号やコンポーネント信号などのビデオ信号に変換してモニタ14に出力する。   The frame memory 59 stores image data output by the DSP 57 and processed data processed by the image processing unit 58. The display control circuit 60 reads the image processed image data from the frame memory 59, converts it into a video signal such as a composite signal or a component signal, and outputs it to the monitor 14.

画像処理部58には、通常画像処理部61、機能画像処理部62が設けられている。通常画像処理部61は、通常観察モードにおいて、DSP57によって色分離されたB、G、Rの分光画像B、G、Rに基づいて、白色画像Wを生成する。通常画像処理部61は、フレームメモリ59内の分光画像B、G、Rが更新される毎に、白色画像Wを生成する。白色画像Wは、撮像素子44のB画素の信号に基づく青色の分光画像(狭帯域光N1(445nm)を含む青色成分を有する)と、G画素の信号に基づく緑色の分光画像と、R画素の信号に基づく赤色の分光画像とからなる。   The image processing unit 58 is provided with a normal image processing unit 61 and a functional image processing unit 62. The normal image processing unit 61 generates a white image W based on the B, G, and R spectral images B, G, and R color-separated by the DSP 57 in the normal observation mode. The normal image processing unit 61 generates a white image W every time the spectral images B, G, and R in the frame memory 59 are updated. The white image W includes a blue spectral image (having a blue component including narrowband light N1 (445 nm)) based on the B pixel signal of the image sensor 44, a green spectral image based on the G pixel signal, and an R pixel. And a red spectral image based on this signal.

他方、機能画像処理部62は、機能情報観察モードにおいて、白色光W、狭帯域光N2、N3の照射タイミングとその反射光の撮像タイミングに合わせて、白色画像W、分光画像PB2、PB3を取得する。分光画像PB2は、狭帯域光N2を照射して撮像した際に得られたB画素の信号に基づく青色の分光画像(狭帯域光N2(473nm)を含む青色成分を有する)であり、分光画像PB3は、狭帯域光N3を照射して撮像した際に得られたB画素の信号に基づく青色の分光画像(狭帯域光N3(405nm)を含む青色成分を有する)である。   On the other hand, the functional image processing unit 62 acquires the white image W and the spectral images PB2 and PB3 in accordance with the irradiation timing of the white light W and the narrowband light N2 and N3 and the imaging timing of the reflected light in the functional information observation mode. To do. The spectroscopic image PB2 is a blue spectroscopic image (having a blue component including the narrowband light N2 (473 nm)) based on the signal of the B pixel obtained when the narrowband light N2 is irradiated and imaged. PB3 is a blue spectral image (having a blue component including the narrowband light N3 (405 nm)) based on the B pixel signal obtained when the narrowband light N3 is irradiated and imaged.

そして、機能画像処理部62は、白色画像W、及び白色画像Wの青色の分光画像PB1の輝度値S1、分光画像PB2の輝度値S2、分光画像PB3の輝度値S3に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度StO2と血管深さDを算出し、これらの情報を画像化する。なお、輝度値S3は、観察部位の明るさのレベルを表すものであり、輝度値S1、S2を比較するために、輝度値S1、S2を規格化するための参照信号である。   Then, the functional image processing unit 62 performs blood hemoglobin based on the white image W, the luminance value S1 of the blue spectral image PB1 of the white image W, the luminance value S2 of the spectral image PB2, and the luminance value S3 of the spectral image PB3. The oxygen saturation StO2 and the blood vessel depth D are calculated, and these pieces of information are imaged. Note that the luminance value S3 represents the brightness level of the observation region, and is a reference signal for normalizing the luminance values S1 and S2 in order to compare the luminance values S1 and S2.

ただし、酸素飽和度StO2及び深さDを求める際には、輝度値S1〜S3が同じ部位の輝度値を示すものであること、すなわち、輝度値S1〜S3を有する画素が、同じ部位で反射された光を電荷として蓄積したものであることが前提となっている。しかし、分光画像PB1〜PB3は、同時に撮影されたものではないので、分光画像PB1〜PB3の間には、手ぶれ、視野の移動、心拍や呼吸などによる患者の体動によって、位置ズレが存在する。このため、従来は、パターンマッチングにより分光画像PB1〜PB3の位置合わせを行ってから、酸素飽和度StO2及び深さDを求めていた。しかし、分光画像PB1〜PB3は、画像が平行にずれているだけでなく、患者の体動などに起因する歪みも存在するので、正確に位置を合わせることは困難であり、また、位置合わせの精度を高めようとすると、位置合わせの処理負荷が増大しコストアップや処理速度の低下を招いてしまう。   However, when obtaining the oxygen saturation StO2 and the depth D, the luminance values S1 to S3 indicate the luminance values of the same part, that is, pixels having the luminance values S1 to S3 are reflected at the same part. It is premised on that the accumulated light is accumulated as a charge. However, since the spectral images PB1 to PB3 are not photographed at the same time, there is a positional deviation between the spectral images PB1 to PB3 due to hand movement, movement of the visual field, body movement of the patient due to heartbeat, respiration, and the like. . For this reason, conventionally, after the spectral images PB1 to PB3 are aligned by pattern matching, the oxygen saturation StO2 and the depth D are obtained. However, the spectral images PB1 to PB3 are not only misaligned in parallel, but also have distortions caused by patient movements and the like. If the accuracy is increased, the alignment processing load increases, leading to an increase in cost and a decrease in processing speed.

一方、位置合わせを行わずに、分光画像PB1〜PB3の画素のうち、撮像素子44上で同じ位置に存在する画素から得られた輝度値S1〜S3を用いて酸素飽和度StO2及び深さDを求めると、精度良く酸素飽和度を求めることができず、これらの情報を表示した際に、アーチファクトが発生し、画面がちらついてしまう。   On the other hand, the oxygen saturation StO2 and the depth D are obtained by using the luminance values S1 to S3 obtained from the pixels existing at the same position on the image sensor 44 among the pixels of the spectral images PB1 to PB3 without performing alignment. If this information is obtained, the oxygen saturation cannot be obtained with high accuracy, and when such information is displayed, artifacts occur and the screen flickers.

このため、機能画像処理部62では、位置合わせを行うことなく、かつ、酸素飽和度や血管深さの情報を表示しても画面がちらつかない手法で、酸素飽和度や血管深さの算出及び算出した情報の表示を行っている。以下、このような機能画像処理部62の具体的な構成について説明する。   For this reason, the functional image processing unit 62 calculates the oxygen saturation and the blood vessel depth without performing alignment and uses a method in which the screen does not flicker even if the information on the oxygen saturation and the blood vessel depth is displayed. The calculated information is displayed. Hereinafter, a specific configuration of the functional image processing unit 62 will be described.

図7に示すように、機能画像処理部62は、疑似分光画像生成部63、輝度比算出部64、相関関係記憶部65、血管深さ−酸素飽和度算出部66と、血管深さ画像生成部67及び酸素飽和度画像生成部68を備えている。また、疑似分光画像生成部63は、ヒストグラム解析部90、トーンカーブ生成部91を備えている。   As shown in FIG. 7, the functional image processing unit 62 includes a pseudo spectral image generation unit 63, a luminance ratio calculation unit 64, a correlation storage unit 65, a blood vessel depth-oxygen saturation calculation unit 66, and a blood vessel depth image generation. A unit 67 and an oxygen saturation image generation unit 68 are provided. The pseudo spectral image generation unit 63 includes a histogram analysis unit 90 and a tone curve generation unit 91.

ヒストグラム解析部90は、分光画像PB1〜PB3を解析してこれらの濃度ヒストグラムを調べる。周知のように、濃度ヒストグラムは、画素値(輝度値)と、各画素値の頻度(各画素値を有する画素の数)との関係を表すものであり、例えば、横軸を画素値、縦軸を頻度としたグラフで表される(図8〜図10参照)。   The histogram analysis unit 90 analyzes the spectral images PB1 to PB3 and examines these density histograms. As is well known, the density histogram represents the relationship between the pixel value (luminance value) and the frequency of each pixel value (the number of pixels having each pixel value). It is represented by a graph with the axis as the frequency (see FIGS. 8 to 10).

図8に示すように、ヒストグラム解析部90は、分光画像PB1〜PB3を、例えば16分割し、分割された各エリア毎の濃度ヒストグラムを調べる。なお、図8では、上段が各分光画像PB1〜PB3の濃度ヒストグラムを調べるエリアの位置を示し、中段が上段のエリアの画像を視覚化したものである。このように、中段エリアの画像は各分光画像PB1〜PB3の1つのエリアの画像を示すものであるが、図8及び後述する図9、図10では対応する分光画像と同様の符号PB1〜PB3を付している。図8の下段は、中段の各画像PB1〜PB3を解析することによって得られた濃度ヒストグラムHG1〜HG3を示している。濃度ヒストグラムHG1は分光画像PB1に、濃度ヒストグラムHG2は分光画像PB2に、濃度ヒストグラムHG3は分光画像PB2にそれぞれ対応している。ヒストグラム解析部90は、エリア毎に順次濃度ヒストグラムHG1〜HG3を調べ、最終的に全ての分光画像PB1〜PB3の全てのエリアの濃度ヒストグラムHG1〜HG3を調べる。   As shown in FIG. 8, the histogram analysis unit 90 divides the spectral images PB1 to PB3 into, for example, 16 parts, and examines the density histogram for each divided area. In FIG. 8, the upper part shows the position of the area where the density histograms of the spectral images PB1 to PB3 are examined, and the middle part visualizes the image of the upper area. Thus, the image in the middle area shows an image of one area of each of the spectral images PB1 to PB3. In FIG. 8 and FIGS. 9 and 10 to be described later, the same symbols PB1 to PB3 as the corresponding spectral images are used. Is attached. The lower part of FIG. 8 shows density histograms HG1 to HG3 obtained by analyzing the images PB1 to PB3 in the middle part. The density histogram HG1 corresponds to the spectral image PB1, the density histogram HG2 corresponds to the spectral image PB2, and the density histogram HG3 corresponds to the spectral image PB2. The histogram analysis unit 90 sequentially checks the density histograms HG1 to HG3 for each area, and finally checks the density histograms HG1 to HG3 of all areas of all the spectral images PB1 to PB3.

トーンカーブ生成部91は、後述する濃淡変換処理において用いられる2つのトーンカーブTCa、TCb(図9、図10参照)を生成する。周知のように、トーンカーブは、入力画素値と出力画素値との関係を表すものであり、例えば、横軸を入力階調値、縦軸を出力階調値とし、各入力階調値に対する出力階調値を示す点の集合からなる線分として表される(図9、図10参照)。   The tone curve generation unit 91 generates two tone curves TCa and TCb (see FIGS. 9 and 10) used in the light / dark conversion process described later. As is well known, the tone curve represents the relationship between the input pixel value and the output pixel value. For example, the horizontal axis represents the input gradation value, and the vertical axis represents the output gradation value. It is expressed as a line segment composed of a set of points indicating the output gradation value (see FIGS. 9 and 10).

図9に示すように、トーンカーブTCaは、分光画像PB1(445nm)の濃度ヒストグラムHG1と、分光画像PB2(473nm)の濃度ヒストグラムHG2とを比較し、この比較結果に基づいて生成される。このトーンカーブTCaは、濃度ヒストグラムHG1を濃度ヒストグラムHG2に変換するためのトーンカーブである。   As shown in FIG. 9, the tone curve TCa is generated based on the comparison result by comparing the density histogram HG1 of the spectral image PB1 (445 nm) with the density histogram HG2 of the spectral image PB2 (473 nm). The tone curve TCa is a tone curve for converting the density histogram HG1 into the density histogram HG2.

トーンカーブTCaはエリア毎に生成される。すなわち、本例のように、分光画像PB1を16のエリアに区画した場合、分光画像PB1の各エリアの画像が、分光画像PB2の対応する各エリアの画像と同様の濃度ヒストグラムとなるように、16種類のトーンカーブTCaが生成される。   The tone curve TCa is generated for each area. That is, when the spectral image PB1 is divided into 16 areas as in this example, the image of each area of the spectral image PB1 has a density histogram similar to that of the corresponding area of the spectral image PB2. Sixteen types of tone curves TCa are generated.

例えば、図9の分光画像PB2は、分光画像PB1に対して低階調(画素値の低い部分)から高階調(画素値の高い部分)まで広範囲に画素値が存在する、すなわちコントラストが高いことが判る。この場合、トーンカーブ生成部91で生成されるトーンカーブTCaは、分光画像PB1のコントラストを上げるように、低階調(画素値の低い)部分については出力値を引き下げ、高階調(画素値の高い)部分については出力値を引き上げるものとなる。   For example, the spectral image PB2 of FIG. 9 has pixel values in a wide range from a low gradation (a portion with a low pixel value) to a high gradation (a portion with a high pixel value) with respect to the spectral image PB1, that is, a high contrast. I understand. In this case, the tone curve TCa generated by the tone curve generation unit 91 reduces the output value for the low gradation (low pixel value) portion and increases the high gradation (pixel value of the pixel value) so as to increase the contrast of the spectral image PB1. For the (high) part, the output value will be raised.

他方、図10に示すように、トーンカーブTCbは、分光画像PB1(445nm)の濃度ヒストグラムHG1と、分光画像PB3(405nm)の濃度ヒストグラムHG3とを比較し、この比較結果に基づいて生成される。このトーンカーブTCbは、濃度ヒストグラムHG1を濃度ヒストグラムHG3に変換するためのトーンカーブである。   On the other hand, as shown in FIG. 10, the tone curve TCb is generated based on the comparison result by comparing the density histogram HG1 of the spectral image PB1 (445 nm) with the density histogram HG3 of the spectral image PB3 (405 nm). . The tone curve TCb is a tone curve for converting the density histogram HG1 into the density histogram HG3.

トーンカーブ生成部91は、トーンカーブTCaの生成と同様の手法で、エリア毎にトーンカーブTCbを生成する。すなわち、本例では、分光画像PB1の各エリアの画像が、分光画像PB3の対応する各エリアの画像と同様の濃度ヒストグラムとなるように、16種類のトーンカーブTCbが生成される。   The tone curve generation unit 91 generates a tone curve TCb for each area by the same method as the generation of the tone curve TCa. That is, in this example, 16 types of tone curves TCb are generated so that the image of each area of the spectral image PB1 has the same density histogram as the image of each corresponding area of the spectral image PB3.

例えば、図10の分光画像PB3は、分光画像PB1に対して頻度の高い画素値が低階調に集中している、すなわち、暗い画像であることが判る。この場合、トーンカーブ生成部91で生成されるトーンカーブTCbは、分光画像PB1の画素値を全体的に下げるように、下方へ湾曲した弓形のものとなる。   For example, it can be seen that the spectral image PB3 in FIG. 10 is a dark image in which pixel values that are more frequent than the spectral image PB1 are concentrated in a low gradation. In this case, the tone curve TCb generated by the tone curve generation unit 91 has an arcuate shape curved downward so as to lower the pixel value of the spectral image PB1 as a whole.

疑似分光画像生成部63は、分光画像PB1の各エリアに対してこのエリアに対応するトーンカーブTCaを用いた濃淡変換処理を施すことによって、図9に示すように、エリア毎の濃淡変換画像PB2′を生成する。この濃淡変換画像PB2′は、分光画像PB1に対して位置ズレがなく、かつ、分光画像PB2と同様の濃度ヒストグラムを有する(コントラストが高い)ものとなる。なお、図17に示す濃淡変換画像PB2′は、後述する疑似分光画像PB2′の1つのエリアの画像を示すものであるが、両者に同様の符号を付している。   As shown in FIG. 9, the pseudo spectral image generation unit 63 performs a grayscale conversion process using the tone curve TCa corresponding to this area on each area of the spectral image PB1, thereby converting the grayscale converted image PB2 for each area. ′ Is generated. The grayscale converted image PB2 ′ has no positional deviation with respect to the spectral image PB1, and has a density histogram similar to that of the spectral image PB2 (high contrast). Note that the grayscale conversion image PB2 ′ shown in FIG. 17 shows an image of one area of a pseudo-spectral image PB2 ′ to be described later, and both are given the same reference numerals.

疑似分光画像生成部63は、分光画像PB1のエリア毎に順次トーンカーブTCaを用いた濃淡変換処理を行い、最終的に分光画像PB1の全てのエリアの濃淡変換画像PB2′を生成する。この後、疑似分光画像生成部63は、各エリアの濃淡変換画像PB2′を1つに連結することによって疑似分光画像PB2′を生成する。このようにして生成された疑似分光画像PB2′は、分光画像PB1に対して位置ズレがなく、かつ、各エリアの濃度ヒストグラムが分光画像PB2と同様となる。   The pseudo spectral image generation unit 63 sequentially performs density conversion processing using the tone curve TCa for each area of the spectral image PB1, and finally generates a density conversion image PB2 ′ for all areas of the spectral image PB1. Thereafter, the pseudo spectral image generation unit 63 generates the pseudo spectral image PB2 ′ by connecting the grayscale conversion images PB2 ′ of each area into one. The pseudo spectral image PB2 'generated in this way has no positional deviation with respect to the spectral image PB1, and the density histogram of each area is the same as that of the spectral image PB2.

また、疑似分光画像生成部63は、分光画像PB1の各エリアに対してこのエリアに対応するトーンカーブTCbを用いた濃淡変換処理を施すことによって、図10に示すように、エリア毎の濃淡変換画像PB3′を生成する。この濃淡変換画像PB3′は、分光画像PB1に対して位置ズレがなく、かつ、分光画像PB3と同様の濃度ヒストグラムを有する(輝度が全体的に低い)ものとなる。なお、図10に示す濃淡変換画像PB3′は、後述する疑似分光画像PB3′の1つのエリアの画像を示すものであるが、両者に同様の符号を付している。   Further, the pseudo spectral image generation unit 63 performs density conversion processing for each area of the spectral image PB1 using the tone curve TCb corresponding to this area, as shown in FIG. An image PB3 ′ is generated. The grayscale converted image PB3 ′ has no positional deviation with respect to the spectral image PB1, and has a density histogram similar to that of the spectral image PB3 (the luminance is generally low). Note that the grayscale converted image PB3 ′ shown in FIG. 10 shows an image of one area of a pseudo-spectral image PB3 ′ to be described later, and both are given the same reference numerals.

疑似分光画像生成部63は、分光画像PB1のエリア毎に順次トーンカーブTCbを用いた濃淡変換処理を行い、最終的に分光画像PB1の全てのエリアの濃淡変換画像PB3′を生成する。この後、疑似分光画像生成部63は、各エリアの濃淡変換画像PB3′を1つに連結することによって疑似分光画像PB3′を生成する。このようにして生成された疑似分光画像PB3′は、分光画像PB1に対して位置ズレがなく、かつ、各エリアの濃度ヒストグラムが分光画像PB2と同様となる。   The pseudo spectral image generation unit 63 sequentially performs density conversion processing using the tone curve TCb for each area of the spectral image PB1, and finally generates a density conversion image PB3 ′ of all areas of the spectral image PB1. Thereafter, the pseudo spectral image generation unit 63 generates the pseudo spectral image PB3 ′ by connecting the grayscale conversion images PB3 ′ of each area into one. The pseudo spectral image PB3 ′ generated in this way has no positional deviation with respect to the spectral image PB1, and the density histogram of each area is the same as that of the spectral image PB2.

なお、本例では、トーンカーブ生成部により、曲線状のトーンカーブが生成される例で説明をしたが、折れ線状のト−ンカーブが生成されるように構成してもよい。また、入力値が最小である場合は出力値も最小となり、かつ、入力値が最大である場合は出力値も最大となるトーンカーブすなわち、一端と他端の位置が固定されており、この一端と他端を結ぶ部分の形状のみが変化するトーンカーブが生成される例で説明をしたが、一端と他端の位置も変化するトーンカーブが生成されるように構成してもよい。さらに、予め複数種類のトーンカーブを記憶させておき、濃度ヒストグラムの比較結果に基づいて、いずれのトーンカーブを用いるかを決定するように構成してもよい。   In this example, the tone curve generation unit generates a curved tone curve. However, a polygonal tone curve may be generated. In addition, the tone curve that minimizes the output value when the input value is the minimum and the maximum output value when the input value is the maximum, that is, the positions of one end and the other end are fixed. Although an example in which a tone curve in which only the shape of the portion connecting the other end and the other end is generated has been described, a tone curve in which the positions of the one end and the other end also change may be generated. Further, a plurality of types of tone curves may be stored in advance, and which tone curve is to be used may be determined based on the comparison result of the density histogram.

輝度比算出部64は、酸素飽和度及び血管深さの算出に用いられる第1及び第2輝度比を算出する。第1輝度比は、分光画像PB1の輝度値S1と疑似分光画像PB3′の輝度値S2′間の比(S1/S2′)で表され、第2輝度比は、疑似分光画像PB2′の輝度値S2′と疑似分光画像PB3′の輝度値S3′間の比(S2′/S3′)で表される。第1及び第2輝度比は、各画像間の全ての画素について算出される。ここで、疑似分光画像PB2′、PB3′は、分光画像PB1を濃度変換処理することにより生成されたものであるため、これら画像間には位置ズレが無いため、第1及び第2輝度比は適切な値となっている。このような適切な第1及び第2輝度比を用いることで、酸素飽和度及び血管深さを精度良く求めることができる。   The luminance ratio calculation unit 64 calculates first and second luminance ratios used for calculating oxygen saturation and blood vessel depth. The first luminance ratio is represented by a ratio (S1 / S2 ′) between the luminance value S1 of the spectral image PB1 and the luminance value S2 ′ of the pseudo spectral image PB3 ′, and the second luminance ratio is the luminance of the pseudo spectral image PB2 ′. It is represented by a ratio (S2 ′ / S3 ′) between the value S2 ′ and the luminance value S3 ′ of the pseudo spectral image PB3 ′. The first and second luminance ratios are calculated for all pixels between each image. Here, since the pseudo spectral images PB2 ′ and PB3 ′ are generated by subjecting the spectral image PB1 to density conversion processing, there is no positional deviation between these images, so the first and second luminance ratios are It is an appropriate value. By using such an appropriate first and second luminance ratio, the oxygen saturation and the blood vessel depth can be obtained with high accuracy.

なお、以下の説明においては、第1輝度比については「S1/S2′」から「′」を除いた「S1/S2」とし、第2輝度比については「S2′/S3′」から「′」を除いた「S2/S3」とする。   In the following description, the first luminance ratio is “S1 / S2” obtained by removing “′” from “S1 / S2 ′”, and the second luminance ratio is “S2 ′ / S3 ′” to “′”. And “S2 / S3”.

相関関係記憶部65は、第1及び第2輝度比S1/S3、S2/S3と、血管中の酸素飽和度及び血管深さとの相関関係を記憶している(図12参照)。この相関関係は、図11に示す生体組織の光反射特性と、これまでの診断等で蓄積された多数の画像解析により得られたものである。   The correlation storage unit 65 stores the correlation between the first and second luminance ratios S1 / S3, S2 / S3, the oxygen saturation level in the blood vessel, and the blood vessel depth (see FIG. 12). This correlation is obtained by analyzing the light reflection characteristics of the living tissue shown in FIG. 11 and a large number of image analysis accumulated in the diagnosis so far.

図11において、酸素と結合していない還元ヘモグロビン70と、酸素と結合した酸化ヘモグロビン71は、異なる吸光特性を持っており、同じ吸光係数μaを示す等吸収点(図11における各ヘモグロビン70、71の交点)を除いて、吸光係数μaに差が生じる。例えば、狭帯域光N1(445nm)、N2(473nm)では、吸光係数μaに差があるため、酸素飽和度が変化すると、分光画像PB1、PB2の輝度値S1、S2は変化する。一方、狭帯域光N3(405nm)では、吸光係数μaに差がないので、酸素飽和度が変化しても、分光画像PB3の輝度値は変化しない。   In FIG. 11, reduced hemoglobin 70 that is not bonded to oxygen and oxidized hemoglobin 71 that is bonded to oxygen have different light absorption characteristics and have the same absorption coefficient μa (each hemoglobin 70, 71 in FIG. 11). Except for the intersection of (2), a difference occurs in the extinction coefficient μa. For example, in the narrowband light N1 (445 nm) and N2 (473 nm), there is a difference in the extinction coefficient μa. Therefore, when the oxygen saturation changes, the luminance values S1 and S2 of the spectral images PB1 and PB2 change. On the other hand, in the narrowband light N3 (405 nm), there is no difference in the extinction coefficient μa, so the luminance value of the spectral image PB3 does not change even if the oxygen saturation changes.

このような生体組織の光反射特性、及び、これまでの診断等で蓄積された多数の画像解析により、具体的には、図12に示す相関関係が得られる。そして、この相関関係が相関関係記憶部65に記憶されている。   Specifically, the correlation shown in FIG. 12 is obtained by the light reflection characteristics of the living tissue and the many image analyzes accumulated in the diagnosis so far. This correlation is stored in the correlation storage unit 65.

図12において、輝度座標系96は、XYの2軸を持つXY座標系であり、X軸に第1輝度比S1/S3が割り当てられ、Y軸に第2輝度比S2/S3が割り当てられている。血管情報座標系97は、輝度座標系96上に設けられたUVの2軸を持つUV座標系であり、U軸は血管深さDに、V軸は酸素飽和度StO2に割り当てられている。U軸は血管深さが輝度座標系96に対して正の相関関係があることから、正の傾きを有している。このU軸に関して、右斜め上にいくほど血管が浅い位置にあることを、左斜め下に行くほど血管が深い位置にあることを示している。一方、V軸は、酸素飽和度StO2が輝度座標系に対して負の相関関係を有することから、負の傾きを有している。このV軸に関して、左斜め上に行くほど酸素飽和度StO2が低いことを、右斜め下に行くほど、酸素飽和度StO2が高いことを示している。また、血管情報座標系97においては、U軸とV軸とは交点Pで直交している。   In FIG. 12, a luminance coordinate system 96 is an XY coordinate system having two axes of XY, and the first luminance ratio S1 / S3 is assigned to the X axis, and the second luminance ratio S2 / S3 is assigned to the Y axis. Yes. The blood vessel information coordinate system 97 is a UV coordinate system having two UV axes provided on the luminance coordinate system 96. The U axis is assigned to the blood vessel depth D and the V axis is assigned to the oxygen saturation StO2. The U axis has a positive slope because the blood vessel depth has a positive correlation with the luminance coordinate system 96. With respect to this U-axis, it indicates that the blood vessel is in a shallower position as it goes to the upper right, and that the blood vessel is in a deeper position as it goes to the lower left. On the other hand, the V-axis has a negative slope since the oxygen saturation StO2 has a negative correlation with the luminance coordinate system. With respect to the V axis, the oxygen saturation StO2 is lower as it goes diagonally to the left, and the oxygen saturation StO2 is higher as it goes diagonally to the right. In the blood vessel information coordinate system 97, the U axis and the V axis are orthogonal to each other at an intersection point P.

血管深さ−酸素飽和度算出部66には、輝度比算出部64により算出された画素毎の第1輝度比S1/S3及び第2輝度比S2/S3が入力される。血管深さ−酸素飽和度算出部66は、第1及び第2輝度比S1/S3,S2/S3が入力されると、相関関係記憶部65に記憶された相関関係を参照して、入力された第1及び第2輝度比S1/S3,S2/S3に対応する酸素飽和度StO2と血管深さDを特定する。   The blood vessel depth-oxygen saturation calculating unit 66 receives the first luminance ratio S1 / S3 and the second luminance ratio S2 / S3 for each pixel calculated by the luminance ratio calculating unit 64. When the first and second luminance ratios S1 / S3 and S2 / S3 are input, the blood vessel depth-oxygen saturation calculation unit 66 is input with reference to the correlation stored in the correlation storage unit 65. The oxygen saturation StO2 and the blood vessel depth D corresponding to the first and second luminance ratios S1 / S3, S2 / S3 are specified.

血管深さ−酸素飽和度算出部66に入力された第1輝度比S1/S3及び第2の輝度比S2/S3を、それぞれ第1輝度比をS1/S3、第2輝度比をS2/S3とすると、血管深さ−酸素飽和度算出部66は、次のようにして、酸素飽和度StO2と血管深さDを特定する。 The first luminance ratio S1 / S3 and the second luminance ratio S2 / S3 input to the blood vessel depth-oxygen saturation calculation unit 66 are respectively set as the first luminance ratio S1 * / S3 * and the second luminance ratio S2. Assuming * / S3 * , the blood vessel depth-oxygen saturation calculating unit 66 specifies the oxygen saturation StO2 and the blood vessel depth D as follows.

血管深さ−酸素飽和度算出部66は、図13Aに示すように、輝度座標系96において、第1及び第2輝度比S1/S3,S2/S3に対応する座標(X,Y)を特定する。座標(X,Y)が特定されたら、図13Bに示すように、血管情報座標系97において、特定した座標(X,Y)を、酸素飽和度の座標軸であるV軸と、血管深さの座標軸であるU軸にそれぞれ射影して、座標(U,V)を特定する。これにより、1つの画素について、血管深さ情報U及び酸素飽和度情報Vが求まる。血管深さ−酸素飽和度算出部66は、こうした処理を1画面分の全画素について繰り返して、全画素に対する血管深さ情報U及び酸素飽和度情報Vを求める。 As shown in FIG. 13A, the blood vessel depth-oxygen saturation calculating unit 66 uses coordinates (X *) corresponding to the first and second luminance ratios S1 * / S3 * , S2 * / S3 * in the luminance coordinate system 96 . , Y * ). Coordinates (X *, Y *) When is identified, as shown in FIG. 13B, in the blood vessel information coordinate system 97, the identified coordinates (X *, Y *) and a V-axis is a coordinate axis of the oxygen saturation, The coordinates (U * , V * ) are specified by projecting on the U axis which is the coordinate axis of the blood vessel depth. Thereby, blood vessel depth information U * and oxygen saturation information V * are obtained for one pixel. The blood vessel depth-oxygen saturation calculation unit 66 repeats such processing for all pixels for one screen to obtain blood vessel depth information U * and oxygen saturation information V * for all pixels.

図7において、血管深さ画像生成部67には、RGBゲインテーブル67aが記憶されている。図14に示すように、RGBゲインテーブル67aでは、血管深さが横軸、白色画像Wの中の青色の分光画像PB1、緑色の分光画像PG1、赤色の分光画像PR1に対するゲイン値gr、gg、gbが縦軸に割り当てられている。ここで、白色画像Wは、白色光Wを照射して撮像されたもの、すなわち、機能情報観察モードの1フレーム目の撮像により取得されるものである。   In FIG. 7, the blood vessel depth image generation unit 67 stores an RGB gain table 67a. As shown in FIG. 14, in the RGB gain table 67a, the blood vessel depth is abscissa, and the gain values gr, gg, and the blue spectral image PB1, the green spectral image PG1, and the red spectral image PR1 in the white image W are displayed. gb is assigned to the vertical axis. Here, the white image W is captured by irradiating the white light W, that is, acquired by capturing the first frame in the function information observation mode.

血管深さ画像生成部67は、血管深さ−酸素飽和度算出部66で求めた血管深さとRGBゲインテーブル67aとを用い、血管深さの情報を白色画像Wに反映させる。具体的には、RGBゲインテーブル67aにおいて、血管深さ−酸素飽和度算出部66で求めた血管深さに対応するゲイン値を、白色画像Wの画素毎に特定する。そして、各画素毎に、ゲイン値を白色画像Wの画素値に掛け合わせることにより血管深さ画像を得る。   The blood vessel depth image generation unit 67 reflects the blood vessel depth information on the white image W using the blood vessel depth obtained by the blood vessel depth-oxygen saturation calculation unit 66 and the RGB gain table 67a. Specifically, in the RGB gain table 67a, a gain value corresponding to the blood vessel depth obtained by the blood vessel depth-oxygen saturation calculating unit 66 is specified for each pixel of the white image W. Then, a blood vessel depth image is obtained by multiplying the gain value by the pixel value of the white image W for each pixel.

図14に示すように、RGBゲインテーブル67aは、血管深さが深くなるほど、ゲイン値grが徐々に大きくなり、ゲイン値gg,gbが徐々に小さくなる。このため、図15に示すように、生成される血管深さ画像73は、表層血管75から中層血管76、深層血管77へ向かうほど白色画像Wの色合いと比較して赤が強くなる。   As shown in FIG. 14, in the RGB gain table 67a, the gain value gr gradually increases and the gain values gg and gb gradually decrease as the blood vessel depth increases. For this reason, as shown in FIG. 15, in the generated blood vessel depth image 73, red becomes stronger as compared with the hue of the white image W from the surface blood vessel 75 toward the middle blood vessel 76 and the deep blood vessel 77.

また、図7において、酸素飽和度画像生成部68には、RGBゲインテーブル68aが記憶されている。図16に示すように、RGBゲインテーブル68aでは、酸素飽和度が横軸、白色画像Wの中の青色の分光画像PB1、緑色の分光画像PG1、赤色の分光画像PR1に対するゲイン値gr、gg、gbが縦軸に割り当てられている。   In FIG. 7, the oxygen saturation image generation unit 68 stores an RGB gain table 68a. As shown in FIG. 16, in the RGB gain table 68a, the oxygen saturation is on the horizontal axis, the gain values gr, gg, and the blue spectral image PB1, the green spectral image PG1, and the red spectral image PR1 in the white image W. gb is assigned to the vertical axis.

酸素飽和度画像生成部68は、血管深さ−酸素飽和度算出部66で求めた酸素飽和度とRGBゲインテーブル68aとを用い、血管深さの情報を白色画像Wに反映させる。具体的には、RGBゲインテーブル68aにおいて、血管深さ−酸素飽和度算出部66で求めた酸素飽和度に対応するゲイン値を、白色画像Wの画素毎に特定する。そして、各画素毎に、ゲイン値を白色画像Wの画素値に掛け合わせることにより酸素飽和度画像を得る。   The oxygen saturation image generation unit 68 reflects the blood vessel depth information on the white image W using the oxygen saturation obtained by the blood vessel depth-oxygen saturation calculation unit 66 and the RGB gain table 68a. Specifically, in the RGB gain table 68a, a gain value corresponding to the oxygen saturation obtained by the blood vessel depth-oxygen saturation calculating unit 66 is specified for each pixel of the white image W. Then, for each pixel, an oxygen saturation image is obtained by multiplying the gain value by the pixel value of the white image W.

図16に示すように、RGBゲインインテーブル68aは、酸素飽和度が100%〜60%の間はゲイン値gr,gg,gbはすべて1に設定されている。一方、酸素飽和度が60%を下回ると、ゲイン値grは酸素飽和度の低下に伴って徐々に小さくなり、ゲイン値gg,gbは酸素飽和度の低下に伴って徐々に大きくなる。このため、図17に示すように、生成される血管深さ画像74は、酸素飽和度が100%〜60%の領域80は、白色画像Wと同じ色合いで再現され、酸素飽和度が60%を下回る領域81は、白色画像Wよりもシアンの色合いが強くなる。さらに、領域81内においても、酸素飽和度が低下するほどシアンの色合いが強くなる。なお、正常な状態での酸素飽和度は、動脈では100%、静脈では70%程度である   As shown in FIG. 16, in the RGB gain-in table 68a, the gain values gr, gg, and gb are all set to 1 when the oxygen saturation is 100% to 60%. On the other hand, when the oxygen saturation is less than 60%, the gain value gr gradually decreases as the oxygen saturation decreases, and the gain values gg and gb increase gradually as the oxygen saturation decreases. For this reason, as shown in FIG. 17, in the generated blood vessel depth image 74, the region 80 where the oxygen saturation is 100% to 60% is reproduced with the same hue as the white image W, and the oxygen saturation is 60%. The area 81 below the region 81 has a cyan hue stronger than that of the white image W. Furthermore, in the region 81, the cyan hue becomes stronger as the oxygen saturation level is lowered. The oxygen saturation in a normal state is about 100% for arteries and about 70% for veins.

本実施形態では、血管深さや酸素飽和度に応じて白色画像Wの画素値を変化させるが、画素値自体ではなく、色相、明度、彩度などの白色画像Wの色特性値を酸素飽和度に応じて変化させてもよい。その際、血管深さや酸素飽和度に応じて色相、明度、彩度を変化させる場合には、RGBゲインテーブルに代えて、血管深さや酸素飽和度と、白色画像Wの画素値を色相、明度、彩度に変換するための変換値とを関連付けた色相マトリックス、明度マトリクス、彩度マトリックスを用いる。   In the present embodiment, the pixel value of the white image W is changed according to the blood vessel depth and the oxygen saturation, but the color characteristic values of the white image W such as the hue, brightness, and saturation are not the pixel values themselves but the oxygen saturation. You may change according to. At that time, when the hue, lightness, and saturation are changed according to the blood vessel depth and oxygen saturation, the blood vessel depth, oxygen saturation, and pixel value of the white image W are replaced with the hue, lightness instead of the RGB gain table. A hue matrix, a lightness matrix, and a saturation matrix that are associated with conversion values for conversion to saturation are used.

また、本実施形態では、酸素飽和度が60%を下回ったときにゲイン値を変化させるようにしたが、これに限らず、60%よりももっと低い値に設定し、著しく低酸素な領域のみ強調するようにしてもよい。また、これとは反対に60%よりも少し高めの値に設定し、少しでも低酸素の疑いのある領域を強調するようにしてもよい。   In the present embodiment, the gain value is changed when the oxygen saturation is less than 60%. However, the present invention is not limited to this, and the gain value is set to a value lower than 60%. It may be emphasized. On the contrary, it may be set to a value slightly higher than 60% to emphasize a region suspected of being hypoxic as much as possible.

さらに、本実施形態では、ゲイン値を画像信号に掛け合わせることで色調を変化させたが、log変換した画像信号にゲイン値に相当のオフセット値を加算するようにしてもよい。   Furthermore, in this embodiment, the color tone is changed by multiplying the gain value by the image signal. However, an offset value corresponding to the gain value may be added to the log-converted image signal.

表示制御回路60は、上述のように生成された血管深さ画像や酸素飽和度を順次取得し、これら順次取得した画像を血管深さ動画、酸素飽和度動画としてモニタ14に表示する。これら血管深さ動画及び酸素飽和度動画は、濃淡変換処理によって位置ズレが補正された画像に基づいて生成されたものであるため、ちらつくことがなく、また、動画中の血管深さや酸素飽和度に関する情報も正確に表示されている。   The display control circuit 60 sequentially acquires the blood vessel depth image and the oxygen saturation generated as described above, and displays these sequentially acquired images on the monitor 14 as a blood vessel depth moving image and an oxygen saturation moving image. Since these blood vessel depth movies and oxygen saturation movies are generated based on images whose positional deviation has been corrected by the density conversion process, they do not flicker, and the blood vessel depth and oxygen saturation in the movies are not flickered. The information about is also displayed accurately.

なお、上記動画の表示態様としては様々なパターンが考えられる。例えば、図17Aに示すように、血管深さ動画と酸素飽和度動画をモニタ14に並列表示してもよい。また、図17Bに示すように、血管深さ動画及び酸素飽和度動画のうちのいずれか一方のみをモニタ14に表示し、コンソール15の操作によって、モニタ14に表示する動画を適宜切り替えるようにしてもよい。   Various patterns can be considered as the display mode of the moving image. For example, as shown in FIG. 17A, a blood vessel depth movie and an oxygen saturation movie may be displayed on the monitor 14 in parallel. Further, as shown in FIG. 17B, only one of the blood vessel depth movie and the oxygen saturation movie is displayed on the monitor 14, and the movie displayed on the monitor 14 is appropriately switched by the operation of the console 15. Also good.

次に、図19に示すフローチャートをもとに、血管深さ画像や酸素飽和度画像が表示されるまでの手順について説明する。なお、後述する各ステップで行われる処理の詳細についてはすでに説明しているので、以下では、血管深さ画像や酸素飽和度画像が表示されるまでの流れについて説明し、各ステップでの処理については説明を簡略化している。   Next, a procedure until a blood vessel depth image and an oxygen saturation image are displayed will be described based on the flowchart shown in FIG. Since details of the processing performed in each step described later have already been described, the flow until the blood vessel depth image and the oxygen saturation image are displayed will be described below, and the processing in each step will be described. Has simplified the description.

図19に示すように、白色光Wを照射して撮像することによって1フレーム目の撮像を行い、白色画像Wと、白色画像Wの青色の分光画像PB1を生成する。次に狭帯域光N2を照射して2フレーム目の撮像を行い、この撮像により得られた画像の青色の分光画像PB2を生成する。続けて、狭帯域光N3を照射して3フレーム目の撮像を行い、この撮像により得られた画像の青色の分光画像PB3を生成する。   As shown in FIG. 19, imaging of the first frame is performed by irradiating and imaging white light W, and a white image W and a blue spectral image PB <b> 1 of the white image W are generated. Next, the second frame is imaged by irradiating the narrowband light N2, and a blue spectral image PB2 of the image obtained by this imaging is generated. Subsequently, the narrow-band light N3 is irradiated and the third frame is imaged, and a blue spectral image PB3 of the image obtained by this imaging is generated.

分光画像PB1〜PB3の生成後、これらの濃度ヒストグラムを解析する。濃度ヒストグラムは各分光画像PB1〜PB3のエリア毎に解析され、最終的には全ての分光画像の全てのエリアについて濃度ヒストグラムが解析される。   After the generation of the spectral images PB1 to PB3, these density histograms are analyzed. The density histogram is analyzed for each area of the spectral images PB1 to PB3, and finally the density histogram is analyzed for all areas of all the spectral images.

分光画像PB1〜PB3の濃度ヒストグラムの解析後、分光画像PB1、PB2の濃度ヒストグラムを比較し、この比較結果に基づいて、分光画像PB1の濃度ヒストグラムを分光画像PB2の濃度ヒストグラムと同様のものにするためのトーンカーブTCaを生成する。トーンカーブTCaは、分光画像PB1の各エリアの濃度ヒストグラムを分光画像PB2の対応するエリアの濃度ヒストグラムと同様のものとするために、エリアの数だけ生成される。   After analyzing the density histograms of the spectral images PB1 to PB3, the density histograms of the spectral images PB1 and PB2 are compared, and based on this comparison result, the density histogram of the spectral image PB1 is the same as the density histogram of the spectral image PB2. A tone curve TCa is generated. The tone curve TCa is generated by the number of areas so that the density histogram of each area of the spectral image PB1 is the same as the density histogram of the corresponding area of the spectral image PB2.

続けて、分光画像PB1、PB3の濃度ヒストグラムを比較し、この比較結果に基づいて、分光画像PB1の濃度ヒストグラムを分光画像PB3の濃度ヒストグラムと同様のものにするためのトーンカーブTCbを生成する。トーンカーブTCbもトーンカーブTCaと同様にエリアの数だけ生成される。   Subsequently, the density histograms of the spectral images PB1 and PB3 are compared, and a tone curve TCb for making the density histogram of the spectral image PB1 the same as the density histogram of the spectral image PB3 is generated based on the comparison result. Similarly to the tone curve TCa, the tone curves TCb are generated by the number of areas.

トーンカーブTCa、TCbが生成されると、分光画像PB1をトーンカーブTCaで濃淡変換した疑似分光画像PB2′、及び、分光画像PB1をトーンカーブTCbで濃淡変換した疑似分光画像PB3′を生成する。このように生成された疑似分光画像PB2′は、分光画像PB1と位置ズレがなく、分光画像PB2と同様の濃度ヒストグラムを有するものである。同様に、疑似分光画像PB3′は、分光画像PB1と位置ズレがなく、分光画像PB3と同様の濃度ヒストグラムを有するものである。   When the tone curves TCa and TCb are generated, a pseudo spectral image PB2 ′ obtained by converting the spectral image PB1 using a tone curve TCa and a pseudo spectral image PB3 ′ obtained by converting the spectral image PB1 using a tone curve TCb. The pseudo spectral image PB2 ′ generated in this way has no positional deviation from the spectral image PB1, and has a density histogram similar to that of the spectral image PB2. Similarly, the pseudo spectral image PB3 ′ has no positional deviation from the spectral image PB1, and has a density histogram similar to that of the spectral image PB3.

疑似分光画像PB2′、PB3′が生成されると、分光画像PB1と疑似分光画像PB2′、PB3′から、第1輝度比S1/S3、及び、第2輝度比S2/S3が算出される。第1輝度比S1/S3、及び、第2輝度比S2/S3が算出されると、これらと血管深さ及び酸素飽和度との相関関係から、血管深さ及び酸素飽和度が算出される。そして、白色画像Wに血管深さや酸素飽和度を示す情報が付加された血管深さ画像及び酸素飽和度画像が生成される。生成された画像はモニタ14上で酸素飽和度動画、血管深さ動画として表示される。   When the pseudo spectral images PB2 ′ and PB3 ′ are generated, the first luminance ratio S1 / S3 and the second luminance ratio S2 / S3 are calculated from the spectral image PB1 and the pseudo spectral images PB2 ′ and PB3 ′. When the first luminance ratio S1 / S3 and the second luminance ratio S2 / S3 are calculated, the blood vessel depth and the oxygen saturation are calculated from the correlation between these, the blood vessel depth, and the oxygen saturation. Then, a blood vessel depth image and an oxygen saturation image in which information indicating the blood vessel depth and the oxygen saturation is added to the white image W are generated. The generated image is displayed on the monitor 14 as an oxygen saturation moving image and a blood vessel depth moving image.

このように、本発明では、血管の深さや酸素飽和度を算出する際に、分光画像PB1と位置ズレのない疑似分光画像PB2′、疑似分光画像PB3′を用いているので、従来と比較して位置合わせを行う手間を省くことができる。また、血管深さや酸素飽和度の算出及び表示に関わる画像の全てに位置ズレがないので、血管深さや酸素飽和度の情報が画像間の位置ズレにより本来表示されるべき位置からずれた位置に表示されることもない。このため、血管深さや酸素飽和度の情報を表示した際のアーチファクトや画面のちらつきを防止できる。   As described above, in the present invention, when calculating the blood vessel depth and the oxygen saturation, the spectral image PB1 and the pseudo spectral image PB2 'and pseudo spectral image PB3' having no positional deviation are used. This saves time and effort for alignment. In addition, since there is no positional deviation in all the images related to the calculation and display of the blood vessel depth and oxygen saturation, the information on the blood vessel depth and oxygen saturation is shifted from the position where it should originally be displayed due to the positional deviation between the images. It is not displayed. For this reason, it is possible to prevent artifacts and screen flicker when displaying information on the blood vessel depth and the oxygen saturation.

なお、血管深さ情報と酸素飽和度情報は、画像に代えて又は加えて、文字情報として表示してもよい。また、酸素飽和度を画像化しているが、酸素飽和度画像には、上記例で示した形態に代えて、又はそれに加えて、「血液量(酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和)×酸素飽和度(%)」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスを画像化したものも含まれる。   The blood vessel depth information and the oxygen saturation information may be displayed as character information instead of or in addition to the image. In addition, oxygen saturation is imaged, but the oxygen saturation image may be expressed as “blood volume (sum of oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin) × oxygen saturation in place of or in addition to the form shown in the above example. (%) "Which includes an image of an oxygenated hemoglobin index obtained from"% ".

また、本実施形態では、参照信号として輝度値S3(すなわち、狭帯域光N3を照射して撮像された画像の輝度値)を用いて酸素飽和度や血管深さを算出する例で説明をしたが、輝度値S3は参照信号であるので、輝度値S3に代えて、狭帯域光N3とは波長域の異なる光を照射して撮像された画像の輝度値を参照信号として用い、酸素飽和度(及び血管深さ)を算出してもよい。   Further, in the present embodiment, an example has been described in which the oxygen saturation and the blood vessel depth are calculated using the luminance value S3 (that is, the luminance value of the image captured by irradiating the narrowband light N3) as the reference signal. However, since the luminance value S3 is a reference signal, instead of the luminance value S3, the luminance value of an image captured by irradiating light having a wavelength range different from that of the narrowband light N3 is used as a reference signal, and the oxygen saturation level (And blood vessel depth) may be calculated.

狭帯域光N3とは波長域の異なる光としては、例えば、狭帯域光N1(すなわち、波長域が440±10nmの光)が考えられる。このとき、参照信号として用いられる輝度値は(輝度値S3の代わりに用いられる輝度値は)、狭帯域光N1を照射して撮像された画像の輝度値(すなわち、輝度値S1)である。   As light having a wavelength range different from that of the narrowband light N3, for example, narrowband light N1 (that is, light having a wavelength range of 440 ± 10 nm) can be considered. At this time, the luminance value used as the reference signal (the luminance value used instead of the luminance value S3) is the luminance value of the image captured by irradiating the narrowband light N1 (that is, the luminance value S1).

このように、輝度値S3に代えて輝度値S1を用いる場合は、狭帯域光N1を発光するレーザ光源LD3や、レーザ光源LD3からの狭帯域光N1を導光する光ファイバ34などの導光手段を廃止できる。また、輝度値S1は、白色光Wを照射して撮像された白色画像Wの分光画像PB1の輝度値である。よって、機能情報観察モードの1フレーム目の撮像で輝度値S1を取得できる。このため、機能情報観察モードの3フレーム目の撮像を行わずに酸素飽和度(及び、血管深さ)を算出できる。なお、酸素飽和度(及び血管深さ)を算出する際には、第1、第2輝度比と酸素飽和度(及び血管深さ)の相関関係が前述した図12とは異なるので、図12とは別の相関関係を用いる。   As described above, when the luminance value S1 is used instead of the luminance value S3, the light source such as the laser light source LD3 that emits the narrowband light N1 and the optical fiber 34 that guides the narrowband light N1 from the laser light source LD3 is used. The means can be abolished. The luminance value S1 is a luminance value of the spectral image PB1 of the white image W captured by irradiating the white light W. Therefore, the luminance value S1 can be acquired by imaging the first frame in the function information observation mode. For this reason, the oxygen saturation (and blood vessel depth) can be calculated without performing the imaging of the third frame in the function information observation mode. When calculating the oxygen saturation (and blood vessel depth), the correlation between the first and second luminance ratios and the oxygen saturation (and blood vessel depth) is different from that shown in FIG. A different correlation is used.

もちろん、輝度値S3に代えて輝度値S1を用いる場合において、狭帯域光N1を照射して3フレーム目の撮像を行い、3フレーム目に撮像された画像から輝度値S1を取得してもよい。ただし、この場合、1フレーム目に撮像された画像と、3フレーム目に撮像された画像との間には位置ズレが存在する。このため、酸素飽和度(及び、血管深さ)を算出する際には、1フレーム目に撮像された画像を濃淡変換して、3フレーム目に撮像された画像と同様の濃度ヒストグラムを有する疑似画像を生成し、この疑似画像の輝度値を輝度値S1として用いる。   Of course, in the case of using the brightness value S1 instead of the brightness value S3, the narrow-band light N1 may be emitted to capture the third frame, and the brightness value S1 may be acquired from the image captured in the third frame. . However, in this case, there is a positional deviation between the image captured in the first frame and the image captured in the third frame. For this reason, when calculating the oxygen saturation (and blood vessel depth), the image captured in the first frame is subjected to grayscale conversion, and a pseudo histogram having a density histogram similar to that of the image captured in the third frame is used. An image is generated, and the luminance value of the pseudo image is used as the luminance value S1.

なお、輝度値S3に代えて輝度値S1を用い、かつ、狭帯域光N1を照射して3フレーム目の撮像を行う場合、レーザ光源LD1から発光される狭帯域光N1の光路に蛍光体37を挿入または退避させる光路切り替え機構を設け、1フレーム目の撮像の際には狭帯域光N1の光路に蛍光体37を挿入し、3フレーム目の撮像の際には狭帯域光N1の光路から蛍光体37を退避させてもよい。もちろん、レーザ光源LD1を2つ設け、一方のレーザ光源LD1を蛍光体37を介して狭帯域光N1を照射する1フレーム目の撮像専用とし、他方のレーザ光源LD1を蛍光体37を介さずに狭帯域光N1を照射する3フレーム目の撮像専用としてもよい。   When the luminance value S1 is used instead of the luminance value S3 and the third frame is imaged by irradiating the narrowband light N1, the phosphor 37 is provided in the optical path of the narrowband light N1 emitted from the laser light source LD1. An optical path switching mechanism that inserts or retracts is provided, and the phosphor 37 is inserted into the optical path of the narrowband light N1 when the first frame is imaged, and from the optical path of the narrowband light N1 when the third frame is captured. The phosphor 37 may be retracted. Of course, two laser light sources LD1 are provided, and one of the laser light sources LD1 is dedicated to the imaging of the first frame that irradiates the narrowband light N1 through the phosphor 37, and the other laser light source LD1 is not through the phosphor 37. It is good also for exclusive use of the 3rd frame imaging which irradiates narrow band light N1.

[第2実施形態]
上記第1実施形態では、白色光W(445nm〜700nm)、中心波長が473nmの狭帯域光N2、中心波長が405nmの狭帯域光N3の3種類の光を照射して撮像し、撮像によって得られた画像から血管深さと酸素飽和度とを算出する内視鏡システムに本発明を適用する例で説明をしたが、第1白色光W1(440nm〜700nm)と、第2白色光(460nm〜700nm)との2種類の光を照射して撮像し、撮像によって得られた画像から血液量と酸素飽和度を算出する内視鏡システムに本発明を適用することも可能である。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, imaging is performed by irradiating three types of light: white light W (445 nm to 700 nm), narrowband light N2 having a center wavelength of 473 nm, and narrowband light N3 having a center wavelength of 405 nm. The example in which the present invention is applied to the endoscope system that calculates the blood vessel depth and the oxygen saturation from the obtained image has been described. However, the first white light W1 (440 nm to 700 nm) and the second white light (460 nm to It is also possible to apply the present invention to an endoscope system that images by irradiating two types of light (700 nm) and calculates the blood volume and oxygen saturation from the image obtained by the imaging.

以下、血液量と酸素飽和度を算出する内視鏡システムに本発明を適用する例について、図20〜図22をもとに説明する。なお、図20以降の図面を用いた説明では、上述した実施形態と同様の部材については同様の符号を付して説明を省略している。また、照明光の発光、撮像タイミング、酸素飽和度の算出方法以外については、第1実施形態と略同様であるので、説明を省略する。   Hereinafter, an example in which the present invention is applied to an endoscope system for calculating blood volume and oxygen saturation will be described with reference to FIGS. In addition, in the description using drawings after FIG. 20, the same code | symbol is attached | subjected about the member similar to embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted. In addition, since the illumination light emission, imaging timing, and oxygen saturation calculation method are substantially the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

図20に示すように、内視鏡システム100では、前述した第1実施形態から中心波長405nmの狭帯域光N3を発光する光源及びその関連部分(ドライバや導光手段など)を廃止している。また、蛍光体37はレーザ光源LD1と光ファイバ34との間ではなく、コンバイナ36と集光レンズ38との間に設けられている。そのため、中心波長445nmの狭帯域光N1だけでなく、中心波長473nmの狭帯域光N2が蛍光体37に入射する。したがって、狭帯域光N1が蛍光体37に入射したときには、狭帯域光N1とこの狭帯域光N1により蛍光体37で励起発光する蛍光とを含む第1白色光W1が観察部位に照射される。一方、狭帯域光N2が蛍光体37に入射したときには、狭帯域光N2とこの狭帯域光N2により蛍光体37で励起発光する蛍光を含む第2白色光W2が観察部位に照射される。   As shown in FIG. 20, in the endoscope system 100, the light source that emits the narrow band light N3 having the center wavelength of 405 nm and the related parts (driver, light guide means, etc.) are abolished from the first embodiment. . Further, the phosphor 37 is provided not between the laser light source LD 1 and the optical fiber 34 but between the combiner 36 and the condenser lens 38. Therefore, not only the narrowband light N1 having the center wavelength of 445 nm but also the narrowband light N2 having the center wavelength of 473 nm is incident on the phosphor 37. Therefore, when the narrow-band light N1 enters the phosphor 37, the observation site is irradiated with the first white light W1 including the narrow-band light N1 and the fluorescence excited by the phosphor 37 by the narrow-band light N1. On the other hand, when the narrow-band light N2 is incident on the phosphor 37, the observation site is irradiated with the narrow-band light N2 and the second white light W2 including the fluorescence excited by the phosphor 37 by the narrow-band light N2.

第2実施形態では、通常観察モード時は、第1実施形態と同様、第1白色光W1のみを観察部位に照射して撮像する。一方、機能情報観察モード時は、第1白色光W1と第2白色光W2を交互に照射し、各照射毎に撮像を行う。したがって、第1白色光W1の照射フレームにおいては白色画像W1が得られ、第2白色光W2の照射フレームにおいては、白色画像W2が得られる。そして、機能画像処理部101において、白色画像W1と、白色画像W2の中の青色の分光画像PB2とに基づいて、血液量と酸素飽和度の算出と画像化を行う。血液量と酸素飽和度の算出については、後述する。   In the second embodiment, in the normal observation mode, as in the first embodiment, only the first white light W1 is irradiated to the observation site and imaged. On the other hand, in the function information observation mode, the first white light W1 and the second white light W2 are alternately irradiated, and imaging is performed for each irradiation. Therefore, a white image W1 is obtained in the irradiation frame of the first white light W1, and a white image W2 is obtained in the irradiation frame of the second white light W2. Then, the functional image processing unit 101 calculates and images the blood volume and oxygen saturation based on the white image W1 and the blue spectral image PB2 in the white image W2. The calculation of blood volume and oxygen saturation will be described later.

ここで、白色画像W1と分光画像PB2とは、撮像タイミングが異なるため、これら白色画像W1と分光画像PB2との間には、位置ズレが存在する。そこで、第1実施形態と同様に、濃淡変換処理によって、位置ズレを補正した疑似分光画像を生成する。この第2実施形態では、白色画像W1の中の青色の分光画像PB1の濃度ヒストグラムと、分光画像PB2の濃度ヒストグラムとに基づいて、第1実施形態と同様の方法でトーンカーブを生成する。そして、この生成したトーンカーブを用いて分光画像PB1に濃淡変換処理を施すことによって、画像間の位置ずれが補正された疑似分光画像PB2′を得る。この疑似分光画像PB2′と、白色画像W1とに基づいて生成される血液量画像及び酸素飽和度画像は、位置ズレが解消されているため、アーチファクトや画面のちらつきを軽減できる。   Here, since the image capturing timings of the white image W1 and the spectral image PB2 are different, there is a positional deviation between the white image W1 and the spectral image PB2. Therefore, similarly to the first embodiment, a pseudo spectral image in which the positional deviation is corrected is generated by the density conversion process. In the second embodiment, a tone curve is generated by the same method as in the first embodiment based on the density histogram of the blue spectral image PB1 in the white image W1 and the density histogram of the spectral image PB2. Then, by using this generated tone curve, the spectral image PB1 is subjected to density conversion processing to obtain a pseudo spectral image PB2 ′ in which the positional deviation between the images is corrected. In the blood volume image and the oxygen saturation image generated based on the pseudo-spectral image PB2 ′ and the white image W1, the positional deviation is eliminated, so that artifacts and screen flicker can be reduced.

なお、血液量と酸素飽和度の算出には、疑似分光画像PB2′と白色画像W1の中の緑色の分光画像PG1との信号比B2/G1、及び、白色画像W1の中の赤色の分光画像PR1と分光画像PG1との信号比R1/G1の2つの信号比が用いられる。信号比B2/G1と信号比R1/G1と血液量及び酸素飽和度とは、図21A、Bに示すような相関関係がある。図21Aに示すように、血液量は信号比R1/G1と相関関係があり、R1/G1が大きくなるほど血液量も大きくなっている。また、図21Bに示すように、酸素飽和度は信号比B2/G1、R1/G1と相関関係を有している。この図21Bでは、酸素飽和度は等高線で表され、信号比B2/G1が低くなるほど酸素飽和度は低くなっている。また、この図21Bの相関関係によれば、信号比B2/G1が同じでも信号比R1/G1が異なれば、酸素飽和度も違ってくる。   For the calculation of the blood volume and the oxygen saturation, the signal ratio B2 / G1 between the pseudo spectral image PB2 ′ and the green spectral image PG1 in the white image W1, and the red spectral image in the white image W1. Two signal ratios of signal ratio R1 / G1 between PR1 and spectral image PG1 are used. The signal ratio B2 / G1, the signal ratio R1 / G1, the blood volume, and the oxygen saturation have a correlation as shown in FIGS. As shown in FIG. 21A, the blood volume has a correlation with the signal ratio R1 / G1, and the blood volume increases as R1 / G1 increases. Further, as shown in FIG. 21B, the oxygen saturation has a correlation with the signal ratios B2 / G1 and R1 / G1. In FIG. 21B, the oxygen saturation is represented by contour lines, and the oxygen saturation decreases as the signal ratio B2 / G1 decreases. In addition, according to the correlation shown in FIG. 21B, even if the signal ratio B2 / G1 is the same, the oxygen saturation is different if the signal ratio R1 / G1 is different.

図21Bのような相関関係を用いることで、信号比B2/G1、B2/G1から、各画素における酸素飽和度を求める。具体的には、図22に示すように、信号比B2/G1、R1/G1に対応する対応点Pを特定する。そして、対応点Pが酸素飽和度=0%限界の下限ライン93と酸素飽和度=100%限界の上限ライン94との間にある場合に、その対応点Pが示すパーセント値を酸素飽和度とする。そして、図22の場合、対応点Pは60%の等高線上に位置するため、酸素飽和度は60%となる。 By using the correlation as shown in FIG. 21B, the oxygen saturation in each pixel is obtained from the signal ratios B2 / G1 and B2 / G1. Specifically, as shown in FIG. 22, the corresponding point P corresponding to the signal ratios B2 * / G1 * , R1 * / G1 * is specified. When the corresponding point P is between the oxygen saturation = 0% lower limit line 93 and the oxygen saturation = 100% upper limit line 94, the percentage value indicated by the corresponding point P is defined as the oxygen saturation level. To do. In the case of FIG. 22, since the corresponding point P is located on the contour line of 60%, the oxygen saturation is 60%.

一方、対応点が下限ライン93と上限ライン94との間から外れている場合、対応点が下限ライン93よりも上方に位置するときには酸素飽和度を0%とし、対応点が上限ライン94よりも下方に位置するときには酸素飽和度を100%とする。なお、対応点が下限ライン93と上限ライン94との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げてモニタ14に表示しないようにしてもよい。   On the other hand, when the corresponding point is out of the range between the lower limit line 93 and the upper limit line 94, the oxygen saturation is 0% when the corresponding point is located above the lower limit line 93, and the corresponding point is higher than the upper limit line 94. When located below, the oxygen saturation is set to 100%. If the corresponding point is out of the range between the lower limit line 93 and the upper limit line 94, the reliability of the oxygen saturation in the pixel may be lowered and not displayed on the monitor 14.

[第3実施形態]
上記第1実施形態では、所望の波長域の照明光を発光する複数の光源を設け、各光源からの照明光を順次照射して撮像する例で説明をしたが、これに代えて、1つの白色光源(キセノンランプなど)を設け、この白色光源から所望の波長域の照明光を、例えば回転フィルタなどで分離し、分離後の光を順次照射して撮像を行ってもよい。以下、このような光源及び回転フィルタを用いた内視鏡システムに本発明を適用する例について、図23〜図27をもとに説明する。
[Third Embodiment]
In the first embodiment, a plurality of light sources that emit illumination light in a desired wavelength range are provided, and an example in which imaging is performed by sequentially irradiating illumination light from each light source has been described. A white light source (such as a xenon lamp) may be provided, and illumination light in a desired wavelength region may be separated from the white light source by, for example, a rotary filter, and imaging may be performed by sequentially irradiating the separated light. Hereinafter, an example in which the present invention is applied to an endoscope system using such a light source and a rotary filter will be described with reference to FIGS.

第3実施形態では、図23に示す内視鏡システム200を用いる。この内視鏡システム200は、光源装置202が第1実施形態の光源装置13と異なっている他、カラーの撮像素子44に代えて、カラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像素子201が内視鏡11に設けられている点が第1実施形態と異なる点である。それ以外については、第1実施形態と略同様であるため、説明を省略する。   In the third embodiment, an endoscope system 200 shown in FIG. 23 is used. In the endoscope system 200, a light source device 202 is different from the light source device 13 of the first embodiment, and a monochrome image pickup device 201 that is not provided with a color filter is used instead of the color image pickup device 44. The point provided in the mirror 11 is different from the first embodiment. Since other than that is substantially the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

光源装置202は、白色光源ユニット203、回転フィルタ204、モータ205、シフト部206、及び、これら光源装置202の各部を駆動制御する光源制御部207を備えている。   The light source device 202 includes a white light source unit 203, a rotary filter 204, a motor 205, a shift unit 206, and a light source control unit 207 that drives and controls each unit of the light source device 202.

白色光源ユニット203は、光源203aと、絞り203bとからなる。光源203aは、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドなどからなり、光源制御部207により駆動されて波長域が400nm〜700nmの広帯域光BB(図25参照)を発光する。絞り203bは、光源制御部207により駆動されて広帯域光BBの光量を調整する。   The white light source unit 203 includes a light source 203a and a diaphragm 203b. The light source 203a includes a xenon lamp, a halogen lamp, a metal halide, and the like, and is driven by the light source control unit 207 to emit broadband light BB having a wavelength range of 400 nm to 700 nm (see FIG. 25). The diaphragm 203b is driven by the light source control unit 207 to adjust the light amount of the broadband light BB.

図24に示すように、回転フィルタ204は、回転軸210を中心に回転自在に設けられている。回転軸210には、モータ205が接続されている。モータ205は光源制御部207によって駆動され、回転フィルタ204を回転させる。回転フィルタ204は回転軸210に近い内側領域211と、回転軸210から遠い外側領域212とを備えている。シフト部206は、光源制御部207によって駆動され、通常観察モードでは内側領域211を広帯域光BBの光路上に挿入する内側位置へ回転フィルタ204を移動させ、機能画像観察モードでは外側領域212を広帯域光BBの光路上に挿入する外側位置へ回転フィルタ204を移動させる。   As shown in FIG. 24, the rotary filter 204 is provided so as to be rotatable about the rotary shaft 210. A motor 205 is connected to the rotating shaft 210. The motor 205 is driven by the light source control unit 207 and rotates the rotary filter 204. The rotary filter 204 includes an inner region 211 close to the rotation shaft 210 and an outer region 212 far from the rotation shaft 210. The shift unit 206 is driven by the light source control unit 207 and moves the rotary filter 204 to an inner position where the inner region 211 is inserted on the optical path of the broadband light BB in the normal observation mode, and the outer region 212 in the functional image observation mode. The rotary filter 204 is moved to an outer position to be inserted on the optical path of the light BB.

内側領域211には、Rフィルタ213、Gフィルタ214、Bフィルタ215の3つのフィルタが配置されている。また、外側領域212には、Rフィルタ216、Gフィルタ217、Bフィルタ218、N1フィルタ219、N2フィルタ220、N3フィルタ221の6つのフィルタが配置されている。図25に示すように、Rフィルタ213、216は、広帯域光BBのうち波長域が580nm〜760nmのR光を通過させる。Gフィルタ214、217は、広帯域光BBのうち波長域が450nm〜630nmのG光を通過させる。Bフィルタ215、218は、広帯域光BBのうち波長域が380nm〜500nmのB光を通過させる。また、N1〜N3フィルタ219〜221は、実施形態1で説明した狭帯域光N1〜N3をそれぞれ通過させる。   In the inner region 211, three filters of an R filter 213, a G filter 214, and a B filter 215 are arranged. In the outer region 212, six filters of an R filter 216, a G filter 217, a B filter 218, an N1 filter 219, an N2 filter 220, and an N3 filter 221 are arranged. As shown in FIG. 25, the R filters 213 and 216 pass R light having a wavelength range of 580 nm to 760 nm among the broadband light BB. The G filters 214 and 217 pass the G light having a wavelength range of 450 nm to 630 nm among the broadband light BB. The B filters 215 and 218 pass B light having a wavelength range of 380 nm to 500 nm among the broadband light BB. The N1 to N3 filters 219 to 221 pass the narrowband light N1 to N3 described in the first embodiment, respectively.

このように、内視鏡システム200では、通常観察モードでは、RGBの3色の光が順次照射され、機能画像観察モードでは、RGBの3色に加え、3種類の狭帯域光N1〜N3が順次照射される。そして、通常観察モードでは、図26に示すように、RGB各色の照射に合わせて3フレーム分の撮像を行い、取得されたRGB各色の画像を合成することによって白色画像Wを生成してモニタ14に表示する。   Thus, in the endoscope system 200, three colors of RGB light are sequentially emitted in the normal observation mode, and in the functional image observation mode, three types of narrowband light N1 to N3 are added in addition to the three colors of RGB. Irradiated sequentially. Then, in the normal observation mode, as shown in FIG. 26, imaging is performed for three frames in accordance with the irradiation of each RGB color, and a white image W is generated by synthesizing the acquired RGB image to generate the monitor 14. To display.

一方、機能画像観察モードでは、図27に示すように、6フレーム分の撮像を行い、取得された6つの画像から酸素飽和度画像及び血管深さ画像を生成する。具体的には、RGB各色の照射に合わせて撮像された3つの画像を合成することによって酸素飽和度画像及び血管深さ画像を生成する際のベースとなる白色画像Wを生成する。また、狭帯域光N1の照射に合わせて撮像された分光画像PB1の濃度ヒストグラムと、白色画像WのうちB色の照射により得られる青色画像Bcの濃度ヒストグラムとを比較することによって、トーンカーブT1を生成する。これと同様にして、狭帯域光N2の照射に合わせて撮像された分光画像PB2の濃度ヒストグラムと青色画像Bcの濃度ヒストグラムの比較演算によってトーンカーブT2を生成するとともに、狭帯域光N3の照射に合わせて撮像された分光画像PB3の濃度ヒストグラムと青色画像Bcの濃度ヒストグラムの比較演算によってトーンカーブT3を生成する。そして、トーンカーブT1〜T3を用いて青色画像Bcを濃淡変換処理することによって、疑似分光画像PB1′〜PB3′を生成する。なお、トーンカーブの生成方法は、第1実施形態と同様である。   On the other hand, in the functional image observation mode, as shown in FIG. 27, imaging for six frames is performed, and an oxygen saturation image and a blood vessel depth image are generated from the obtained six images. Specifically, a white image W serving as a base for generating an oxygen saturation image and a blood vessel depth image is generated by synthesizing three images picked up in accordance with the irradiation of RGB colors. Further, by comparing the density histogram of the spectral image PB1 imaged in accordance with the irradiation of the narrow band light N1 with the density histogram of the blue image Bc obtained by the B color irradiation of the white image W, the tone curve T1. Is generated. Similarly, a tone curve T2 is generated by comparing the density histogram of the spectral image PB2 captured in accordance with the irradiation of the narrowband light N2 and the density histogram of the blue image Bc, and the irradiation of the narrowband light N3 is performed. A tone curve T3 is generated by comparing the density histogram of the spectral image PB3 captured together with the density histogram of the blue image Bc. Then, pseudo-spectral images PB1 ′ to PB3 ′ are generated by performing tone conversion processing on the blue image Bc using the tone curves T1 to T3. The tone curve generation method is the same as that in the first embodiment.

この後、これら疑似分光画像PB1′〜PB3′の輝度値S1′〜S3′から、第1輝度比(本例の場合S1′/S3′)及び第2輝度比(本例の場合S2′/S3′)を算出し、これら第1、第2輝度比に基づいて、血管深さ及び酸素飽和度を算出する。そして、これらの情報を白色画像Wに反映させることによって血管深さ画像及び酸素飽和度を生成し、モニタ14に表示する。   Thereafter, from the luminance values S1 ′ to S3 ′ of the pseudo spectral images PB1 ′ to PB3 ′, the first luminance ratio (S1 ′ / S3 ′ in this example) and the second luminance ratio (S2 ′ / in this example). S3 ′) is calculated, and the blood vessel depth and the oxygen saturation are calculated based on the first and second luminance ratios. Then, by reflecting these information on the white image W, a blood vessel depth image and an oxygen saturation are generated and displayed on the monitor 14.

なお、この第3実施形態では、3種類の光を照射して血管深さと酸素飽和度を算出する内視鏡システムにおいて白色光源と回転フィルタとを用いる例で説明をしたが、前述した第2実施形態のように、2種類の光を照射して血液量と酸素飽和度とを算出する内視鏡システムにおいて、白色光源と回転フィルタとを用いてもよい。   In the third embodiment, the example in which the white light source and the rotation filter are used in the endoscope system that calculates the blood vessel depth and the oxygen saturation by irradiating three types of light has been described. As in the embodiment, in an endoscope system that calculates the blood volume and the oxygen saturation level by irradiating two types of light, a white light source and a rotary filter may be used.

上記実施形態では、位置合わせを全く行わない例で説明をしたが、例えば、画像をスライドさせるだけなどの簡単な位置合わせを行い、この位置合わせ後の画像に基づいて疑似画像を生成してもよい。   In the above embodiment, an example in which no alignment is performed has been described. However, for example, simple alignment such as simply sliding an image is performed, and a pseudo image is generated based on the image after alignment. Good.

また、上記実施形態では、画像の全エリアについて疑似画像化する例で説明をしたが、画像の一部のエリアについてのみ疑似画像化してもよい。この場合、例えば、画像の中央部は位置合わせを行って疑似画像化せずに、画像の周辺部について疑似画像化するといったことが考えられる。   In the above-described embodiment, an example in which the entire image area is pseudo-imaged has been described. However, only a partial area of the image may be pseudo-imaged. In this case, for example, it is conceivable that the central portion of the image is not subjected to the alignment and pseudo-imaged, but the peripheral portion of the image is pseudo-imaged.

さらに、上記実施形態では、フレーム間の位置ズレが補正された疑似分光画像を生成するために、トーンカーブを用いた濃淡変換処理を行ったが、これに限らず、輝度変換などその他の階調変換処理であってもよい。   Furthermore, in the above embodiment, the tone conversion process using the tone curve is performed in order to generate a pseudo-spectral image in which the positional deviation between frames is corrected. It may be a conversion process.

また、上記実施形態では、白色画像Wのうち低酸素領域(酸素飽和度が0〜60%)のみ疑似カラー表示し、それ以外の高酸素領域(60〜100%)についてはそのままの色で表示した、すなわち、白色画像Wの一部のみを疑似カラー表示したが、これに代えて、低酸素領域から高酸素領域に至る全ての領域において、酸素飽和度を疑似カラーで表示してもよい。   In the above embodiment, only the low oxygen region (oxygen saturation is 0 to 60%) in the white image W is displayed in pseudo color, and the other high oxygen regions (60 to 100%) are displayed in the same color. That is, only a part of the white image W is displayed in pseudo color. Instead, oxygen saturation may be displayed in pseudo color in all regions from the low oxygen region to the high oxygen region.

さらに、上記実施形態では、半導体光源としてレーザダイオードからなるレーザ光源を例示したが、レーザダイオードの代わりにLEDを使用したLED光源でもよい。   Furthermore, in the said embodiment, although the laser light source which consists of a laser diode was illustrated as a semiconductor light source, the LED light source which uses LED instead of the laser diode may be used.

なお、上記実施形態では、光源装置とプロセッサ装置が別体で構成される例で説明したが、2つの装置を一体で構成してもよい。また、本発明は、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡と画像処理を行うプロセッサ装置からなるシステム、カプセル内視鏡と画像処理を行うプロセッサ装置からなるシステム等、他の形態の内視鏡システムにも適用することができる。   In the above embodiment, the example in which the light source device and the processor device are configured separately has been described, but the two devices may be configured integrally. The present invention also relates to a system comprising an ultrasonic endoscope in which an image sensor and an ultrasonic transducer are built in the tip and a processor device for performing image processing, a system comprising a capsule endoscope and a processor device for performing image processing, etc. The present invention can also be applied to other types of endoscope systems.

10、100、200 内視鏡システム
14 モニタ
31 半導体光源ユニット
32、207 光源制御部
44、201 撮像素子
57 DSP
58 画像処理部
62、101 機能画像処理部
63 疑似分光画像生成部
67 血管深さ画像生成部
68 酸素飽和度画像生成部
90 ヒストグラム解析部
91 トーンカーブ生成部
203 白色光源ユニット
204 回転フィルタ
LD1〜LD3 レーザ光源
PB1〜PB3 分光画像
PB1′、PB2′、PB3′ 疑似分光画像
TCa、TCb、T1〜T3 トーンカーブ
HG1〜HG3 濃度ヒストグラム
10, 100, 200 Endoscope system 14 Monitor 31 Semiconductor light source unit 32, 207 Light source controller 44, 201 Image sensor 57 DSP
58 Image processing unit 62, 101 Functional image processing unit 63 Pseudo spectral image generation unit 67 Blood vessel depth image generation unit 68 Oxygen saturation image generation unit 90 Histogram analysis unit 91 Tone curve generation unit 203 White light source unit 204 Rotation filters LD1 to LD3 Laser light sources PB1 to PB3 Spectral images PB1 ', PB2', PB3 'Pseudospectral images TCa, TCb, T1 to T3 Tone curves HG1 to HG3 Density histogram

Claims (16)

互いに異なる波長成分を有する第1及び第2照明光を、順次、被検体内に照射する照明手段と、
前記第1照明光の反射像を撮像することによって第1画像を取得するとともに、前記第2照明光の反射像を撮像することによって第2画像を取得する画像取得手段と、
前記第1及び第2画像の特徴量を求める特徴量算出手段と、
前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、前記第1画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2画像と略同一の特徴量を有する疑似第2画像を生成する階調変換手段と、
前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示する動画表示手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
Illumination means for sequentially irradiating the subject with first and second illumination lights having different wavelength components;
An image acquisition means for acquiring a first image by capturing a reflected image of the first illumination light and acquiring a second image by capturing a reflected image of the second illumination light;
Feature quantity calculating means for obtaining the feature quantities of the first and second images;
By performing tone conversion on the first image based on the feature amounts of the first and second images, the pseudo image having no feature deviation from the first image and having approximately the same feature amount as the second image. Gradation converting means for generating a second image;
An endoscope system comprising: a moving image display means for displaying a moving image of an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the first image and the pseudo second image.
前記特徴量算出手段は、前記第1画像と前記第2画像の濃度ヒストグラムを解析するヒストグラム解析部を有し、
前記階調変換手段は、前記第2画像の濃度ヒストグラムと略一致するように、前記第1画像を濃淡変換処理することによって、前記疑似第2画像を生成する疑似画像生成部を有することを特徴とする請求項1記載の内視鏡システム。
The feature amount calculating means includes a histogram analysis unit that analyzes density histograms of the first image and the second image,
The gradation converting unit includes a pseudo image generation unit that generates the pseudo second image by performing a density conversion process on the first image so as to substantially match a density histogram of the second image. The endoscope system according to claim 1.
前記ヒストグラム解析部は、前記第1、第2画像の複数エリア毎に、前記濃度ヒストグラムの解析を行い、
前記疑似画像生成部は、前記第1画像及び前記第2画像の各エリア間で濃度ヒストグラムが略一致するように、前記第1画像の各エリアに対して前記濃変換処理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。
The histogram analysis unit analyzes the density histogram for each of a plurality of areas of the first and second images,
The pseudo-image generating unit is configured so that the concentration histograms among the areas of the first image and the second image substantially coincide, characterized in that the dark light conversion processing on respective areas of the first image The endoscope system according to claim 2.
前記濃変換処理では、前記第1画像と前記第2画像の濃度ヒストグラムの比較演算により生成されるトーンカーブが用いられることを特徴とする請求項2または3記載の内視鏡システム。 Wherein with concentrated light conversion process, the endoscope system according to claim 2 or 3, wherein said tone curve generated by the comparison operation of the density histogram of the first image and the second image is used. 前記照明手段は、前記第1照明光を発光する第1半導体光源と、前記第2照明光を発光する第2半導体光源とからな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。   The said illumination means consists of the 1st semiconductor light source which light-emits the said 1st illumination light, and the 2nd semiconductor light source which light-emits the said 2nd illumination light, The any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. Endoscope system. 前記照明手段は、前記第1照明光の波長域の光、及び、前記第2照明光の波長域の光を含む広帯域光を発光する光源と、前記光源からの広帯域光を波長分離することによって前記第1照明光、及び、前記第2照明光を生成する波長分離部とを備え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。   The illumination means wavelength-separates broadband light from the light source and a light source that emits broadband light including light in the wavelength range of the first illumination light and light in the wavelength range of the second illumination light. The endoscope system according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a wavelength separation unit that generates the first illumination light and the second illumination light. 前記照明手段は、前記第1照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第1青色狭帯域光を含む広帯域の広帯域光と、前記第2照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第2青色狭帯域光とを、順次、被検体内に照射し、
前記画像取得手段は、前記第1照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第1青色画像を含む複数色の画像を取得するとともに、前記第2照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第2青色画像を含む複数色の画像を取得し、
前記特徴量算出手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量を求め、
前記階調変換手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量に基づいて前記第1青色画像を階調変換することにより、前記第1青色画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2青色画像と略同一の特徴量を有する疑似第2青色画像を生成し、
前記動画表示手段は、前記第1青色画像、及び、前記疑似第2青色画像に基づいて、前記血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示す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。
The illumination means includes a broadband broadband light including a first blue narrowband light whose wavelength range is limited to a specific blue region as the first illumination light, and a wavelength region as a specific blue region as the second illumination light. Irradiate the limited second blue narrowband light sequentially into the subject,
The image acquisition means acquires a plurality of color images including the first blue image by capturing the reflected image of the first illumination light with a color image sensor, and also converts the reflected image of the second illumination light into a color image. By acquiring an image of a plurality of colors including the second blue image by capturing with an image sensor,
The feature amount calculating means obtains feature amounts of the first and second blue images,
The gradation converting means performs gradation conversion on the first blue image based on the feature amount of the first and second blue images, so that there is no positional deviation from the first blue image and the second blue image. Generating a pseudo second blue image having substantially the same feature quantity as the blue image;
The moving image display means displays a moving image of an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of the blood hemoglobin based on the first blue image and the pseudo second blue image. The endoscope system according to any one of Items 1 to 6.
前記第1照明光は、波長域が440±10nmに制限された前記第1青色狭帯域光と、前記第1青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含む白色光であり、
前記第2青色狭帯域光は、波長域が470±10nmに制限された光であることを特徴とする請求項7記載の内視鏡システム。
The first illumination light is white light including the first blue narrowband light whose wavelength range is limited to 440 ± 10 nm and fluorescence obtained by wavelength conversion of the first blue narrowband light with a wavelength conversion member,
The endoscope system according to claim 7, wherein the second blue narrow-band light is light whose wavelength range is limited to 470 ± 10 nm.
前記照明手段は、前記第1、第2照明光に加え、波長域が特定の青色領域に制限された第3青色狭帯域光を含む第3照明光を、順次、被検体内に照射し、
前記画像取得手段は、前記第1、第2青色画像に加え、前記第3照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第3青色画像を含む複数色の画像を取得し、
前記特徴量算出手段は、前記第1、第2青色画像に加え、前記第3青色画像の特徴量を求め、
前記階調変換手段は、前記疑似第2青色画像に加え、前記第1、第3青色画像の特徴量に基づいて前記第1青色画像を階調変換することにより、前記第1青色画像と位置ズレがなく、かつ、前記第3青色画像と略同一の特徴量を有する疑似第3青色画像を生成し、
前記動画表示手段は、前記第1青色画像、及び、前記疑似第2青色画像に加え、前記疑似第3青色画像に基づいて、前記血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示することを特徴とする請求項7または8記載の内視鏡システム。
The illumination means sequentially irradiates a subject with third illumination light including third blue narrowband light whose wavelength range is limited to a specific blue region in addition to the first and second illumination light,
The image acquisition means acquires a plurality of color images including a third blue image by capturing a reflected image of the third illumination light with a color image sensor in addition to the first and second blue images,
The feature amount calculating means obtains a feature amount of the third blue image in addition to the first and second blue images,
The gradation converting means performs gradation conversion on the first blue image based on the feature amount of the first and third blue images in addition to the pseudo second blue image, thereby positioning the first blue image and the position of the first blue image. Generating a pseudo third blue image having no deviation and having substantially the same feature quantity as the third blue image;
The moving image display means generates an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the pseudo third blue image in addition to the first blue image and the pseudo second blue image. The endoscope system according to claim 7 or 8, wherein a moving image is displayed.
前記第3青色狭帯域光は、波長域が440±10nmに制限された光であることを特徴とする請求項9記載の内視鏡システム。   The endoscope system according to claim 9, wherein the third blue narrowband light is light having a wavelength range limited to 440 ± 10 nm. 前記第3青色狭帯域光は、波長域が400±10nmに制限された光であることを特徴とする請求項9記載の内視鏡システム。   The endoscope system according to claim 9, wherein the third blue narrowband light is light having a wavelength range limited to 400 ± 10 nm. 前記照明手段は、前記第1照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第1青色狭帯域光を含む広帯域の広帯域光と、前記第2照明光として波長域が特定の青色領域に制限された第2青色狭帯域光を含む広帯域の広帯域光とを、順次、被検体内に照射し、
前記画像取得手段は、前記第1照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第1青色画像、第1緑色画像、及び第1赤色画像を取得するとともに、前記第2照明光の反射像をカラーの撮像素子で撮像することにより第2青色画像を含む複数色の画像を取得し、
前記特徴量算出手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量を求め、
前記階調変換手段は、前記第1、第2青色画像の特徴量に基づいて前記第1青色画像を階調変換することにより、前記第1青色画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2青色画像と略同一の特徴量を有する疑似第2青色画像を生成し、
前記動画表示手段は、前記第1緑色画像、前記第1赤色画像、及び前記疑似第2青色画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を動画表示することを特徴とする請求項ないしいずれか1項記載の内視鏡システム。
The illumination means includes a broadband broadband light including a first blue narrowband light whose wavelength range is limited to a specific blue region as the first illumination light, and a wavelength region as a specific blue region as the second illumination light. A wide-band broadband light including the limited second blue narrow-band light is sequentially irradiated into the subject,
The image acquisition means acquires a first blue image, a first green image, and a first red image by capturing a reflected image of the first illumination light with a color image sensor, and A plurality of color images including the second blue image are obtained by capturing the reflected image with a color image sensor,
The feature amount calculating means obtains feature amounts of the first and second blue images,
The gradation converting means performs gradation conversion on the first blue image based on the feature amount of the first and second blue images, so that there is no positional deviation from the first blue image and the second blue image. Generating a pseudo second blue image having substantially the same feature quantity as the blue image;
The moving image display means displays a moving image of an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the first green image, the first red image, and the pseudo second blue image. The endoscope system according to any one of claims 1 to 6 , wherein the endoscope system is characterized in that:
前記第1照明光は、波長域が440±10nmに制限された前記第1青色狭帯域光と、前記第1青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含む第1白色光であり、
前記第2照明光は、波長域が470±10nmに制限された前記第2青色狭帯域光と、前記第2青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換した蛍光を含む第2白色光であることを特徴とする請求項12記載の内視鏡システム。
The first illumination light is first white light including the first blue narrowband light whose wavelength range is limited to 440 ± 10 nm and fluorescence obtained by wavelength-converting the first blue narrowband light with a wavelength conversion member. ,
The second illumination light is second white light including the second blue narrowband light whose wavelength range is limited to 470 ± 10 nm and fluorescence obtained by wavelength-converting the second blue narrowband light with a wavelength conversion member. The endoscope system according to claim 12.
第1照明光が照射された被検体像を撮像して得られる第1画像と、前記第1照明光と異なる第2照明光が照射された被検体像を、前記第1画像と異なるフレームで撮像することによって得られる第2画像を含む複数の画像を処理する画像処理装置において、
前記第1及び第2画像の特徴量を求める特徴量算出手段と、
前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、フレーム間の位置ズレを補正した第2画像に相当する疑似第2画像を生成する階調変換手段と、
前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に動画表示するための表示制御手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
A first image obtained by imaging a subject image irradiated with the first illumination light, and a subject image irradiated with second illumination light different from the first illumination light, in a frame different from the first image. In an image processing apparatus that processes a plurality of images including a second image obtained by imaging,
Feature quantity calculating means for obtaining the feature quantities of the first and second images;
Gradation conversion means for generating a pseudo second image corresponding to a second image in which positional deviation between frames is corrected by performing gradation conversion on the first image based on the feature amounts of the first and second images. When,
An image comprising: a display control means for displaying an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the first image and the pseudo second image on a display means as a moving image. Processing equipment.
第1照明光が照射された被検体像を撮像して得られる第1画像と、前記第1照明光と異なる第2照明光が照射された被検体像を、前記第1画像と異なるフレームで撮像することによって得られる第2画像を含む複数の画像を処理する画像処理装置の作動方法において、
特徴量算出手段が、前記第1及び第2画像の特徴量を求めるステップと、
階調変換手段が、前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、前記第1画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2画像と略同一の特徴量を有する疑似第2画像を生成するステップと、
表示制御手段が、前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に動画表示するための表示制御を行うステップとを有することを特徴とする画像処理装置の作動方法。
A first image obtained by imaging a subject image irradiated with the first illumination light, and a subject image irradiated with second illumination light different from the first illumination light, in a frame different from the first image. In an operation method of an image processing apparatus for processing a plurality of images including a second image obtained by imaging,
A step of calculating a feature amount of the first and second images by a feature amount calculating unit ;
The gradation converting means performs gradation conversion on the first image based on the feature amounts of the first and second images, so that there is no positional deviation from the first image and is substantially the same as the second image. Generating a pseudo second image having a feature amount of:
Display control means for performing display control for displaying, on the display means, an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the first image and the pseudo second image. A method for operating an image processing apparatus, comprising :
第1照明光が照射された被検体像を撮像して得られる第1画像と、前記第1照明光と異なる第2照明光が照射された被検体像を、前記第1画像と異なるフレームで撮像することによって得られる第2画像を含む複数の画像を処理する画像処理プログラムにおいて、
コンピュータを、
前記第1及び第2画像の特徴量を求める特徴量算出手段、
前記第1及び第2画像の特徴量に基づいて前記第1画像を階調変換することにより、前記第1画像と位置ズレがなく、かつ、前記第2画像と略同一の特徴量を有する疑似第2画像を生成する階調変換手段、及び
前記第1画像と前記疑似第2画像に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示手段に動画表示するための表示制御手段として機能させるための画像処理プログラム。
A first image obtained by imaging a subject image irradiated with the first illumination light, and a subject image irradiated with second illumination light different from the first illumination light, in a frame different from the first image. In an image processing program for processing a plurality of images including a second image obtained by imaging,
Computer
Feature amount calculating means for determining the feature amounts of the first and second images;
By performing tone conversion on the first image based on the feature amounts of the first and second images, the pseudo image having no feature deviation from the first image and having approximately the same feature amount as the second image. A gradation converting means for generating a second image; and a display means for displaying an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on the first image and the pseudo second image on a display means. An image processing program for functioning as display control means.
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