JP5911496B2 - 内視鏡システム及びそのプロセッサ装置並びに内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸素飽和度などの生体機能情報を画像化する内視鏡システム及びそのプロセッサ装置並びに画像作成方法に関する。

近年の医療では、光源装置、内視鏡装置、プロセッサ装置を備えた内視鏡システムが広く用いられている。この内視鏡システムを用いた内視鏡診断では、照明光として広帯域光の白色光を用いる通常光観察の他、特許文献１のように、波長を狭帯域化した狭帯域光を用いた特殊光観察も行われるようになってきている。

この特許文献１では、血管の吸光特性や生体組織の散乱特性を利用して、検体の撮像により得られる画像信号から血中ヘモグロビンの酸素飽和度に関する情報を取り出し、疑似カラー画像化して酸素飽和度画像を作成している。この酸素飽和度画像を診断に用いることで、酸素飽和度が特異的に低くなる癌の発見を容易にすることができるため、診断能が向上する。

特許２６４８４９４号公報

特許文献１では、酸素飽和度画像を作成するために、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第１の波長成分と、還元ヘモグロビンの吸光係数が酸化ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第２の波長成分の２波長分の画像情報を取得している。これら第１の波長成分と第２の波長成分とは、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係が異なっているため、酸素飽和度が変化することで、２波長の画像情報間における画素値の差が大きく変化するようになる。この画素値の差の変化は、酸素飽和度画像上で色の違いとして表示され、この色の違いによって血管の酸素状態を把握することができる。

また、特許文献１では、第１の波長成分を含む第１の画像情報と第２の波長成分を含む第２の画像情報の画素値を比較するために、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が等しい等吸収波長域の成分を有する第３の画像情報を取得している。したがって、特許文献１では、１フレームの酸素飽和度画像を作成するために、３フレーム分の画像情報を取得している。そのため、フレームレートが低くなり、検体に動きが生じた場合には、動画の追従性が低下するおそれがある。

本発明は、フレームレートを低下させることなく、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を正確に表示することができる内視鏡システム及びそのプロセッサ装置並びに画像作成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、検体に照明光を照射する照明部と、照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、検体の凹凸情報を含む第２の画像信号とを取得する画像信号取得部と、第１の画像信号を検体の凹凸情報を含む第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、規格化信号と酸素飽和度との相関関係を予め記憶した第１メモリと、第１メモリに記憶した相関関係から、規格化信号に基づいて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、特定深さに位置する血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部と、酸素飽和度画像を表示する表示器と、備えることを特徴とする。

画像信号取得部は、白色光で照明された検体を撮像することにより、白色光の反射光に対応する第３の画像信号を取得し、酸素飽和度画像作成部は、第３の画像信号に基づいて、酸素飽和度が一定値を下回る血管のみを疑似カラーで表した酸素飽和度画像を作成することが好ましい。

第３の画像信号に基づいて、特定深さの血管を強調した血管強調画像を作成する血管強調画像作成部を備え、酸素飽和度画像作成部は、血管強調画像に酸素飽和度の情報を反映させることによって、酸素飽和度画像を作成することが好ましい。血管強調画像作成部は、第３の画像信号に基づいて通常光画像を作成する通常光画像作成部と、通常光画像から特定深さの血管を抽出した血管抽出画像を作成する血管抽出部と、血管抽出画像を通常光画像に合成して血管強調画像を作成する強調画像作成部とを有することが好ましい。血管抽出部は、通常光画像における青色信号と緑色信号の比に基づいて、通常光画像から特定深さの血管を抽出することが好ましい。

酸素飽和度画像作成部は、血管及びそれ以外の部分を疑似カラーで表すとともに、酸素飽和度に応じて血管の色が変化する酸素飽和度画像を作成することが好ましい。第１の画像信号と第２の画像信号との信号比が予め定めた規定値となるように、照明部または画像信号取得部を制御する制御部を備えることが好ましい。照明部は、第１の波長範囲を含む第１照明光を発する第１の半導体光源と、第２の波長範囲を含む第２照明光を発する第２の半導体光源とを有することが好ましい。照明部は、第１の波長範囲を含む第１照明光を発する第１の半導体光源と、白色光を波長分離することにより、第２の波長範囲を含む第２照明光を作成する波長分離部とを有することが好ましい。

特定深さが表層である場合は、第１の波長範囲は４６０〜４８０nmであり、特定深さが中深層である場合は、第１の波長範囲は６４０〜６６０nmであることが好ましい。

本発明の別の内視鏡システムは、検体に照明光を照射する照明部と、照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、検体の凹凸情報を含む第２の画像信号と、白色光の反射光に対応する第３の画像信号と、を取得する画像信号取得部と、第１の画像信号を検体の凹凸情報を含む第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、規格化信号と、第３の画像信号の信号値を変化させるためのゲインとの相関関係を予め記憶した第２メモリと、第２メモリに記憶した相関関係から、規格化信号に基づいてゲインを算出するゲイン算出部と、ゲインによって第３の画像信号の信号値を変化させることによって、酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部と、
を備えることを特徴とする。
本発明のプロセッサ装置は、照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、検体の凹凸情報を含む第２の画像信号とを取得する画像信号取得部とを備える電子内視鏡から、第１及び第２の画像信号を受信する受信部と、第１の画像信号を検体の凹凸情報を含む第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、規格化信号と酸素飽和度との相関関係を予め記憶した第１メモリと、第１メモリに記憶した相関関係から、規格化信号に基づいて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、特定深さに位置する血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部とを備えることを特徴とする。
本発明の別のプロセッサ装置は、照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、検体の凹凸情報を含む第２の画像信号と、白色光の反射光に対応する第３の画像信号と、を取得する画像信号取得部とを備える電子内視鏡から、第１及び第２の画像信号を受信する受信部と、第１の画像信号を検体の凹凸情報を含む第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、規格化信号と、第３の画像信号の信号値を変化させるためのゲインとの相関関係を予め記憶した第２メモリと、第２メモリに記憶した相関関係から、規格化信号に基づいてゲインを算出するゲイン算出部と、ゲインによって第３の画像信号の信号値を変化させることによって、酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部と、を備えることを特徴とする。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、照明部が照明光を発する発光ステップと、画像信号取得部が、検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、検体の凹凸情報を含む第２の画像信号とを取得する画像信号取得ステップと、規格化信号作成部が、第１の画像信号を検体の凹凸情報を含む第２の画像信号で規格化した規格化信号を作成する規格化信号作成ステップと、酸素飽和度算出部が、第１メモリに予め記憶した前記規格化信号と前記酸素飽和度との相関関係から、規格化信号に基づいて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出ステップと、酸素飽和度画像作成部が、特定深さに位置する血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成ステップと、を有することを特徴とする。
本発明の別の内視鏡システムの作動方法は、照明部が照明光を発する発光ステップと、画像信号取得部が、検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、検体の凹凸情報を含む第２の画像信号と、白色光の反射光に対応する第３の画像信号と、を取得する画像信号取得ステップと、規格化信号作成部が、第１の画像信号を検体の凹凸情報を含む第２の画像信号で規格化した規格化信号を作成する規格化信号作成ステップと、ゲイン算出部が、第２メモリに予め記憶した前記規格化信号と前記第３の画像信号の信号値を変化させるためのゲインとの相関関係から、規格化信号に基づいてゲインを算出するゲイン算出ステップと、酸素飽和度画像作成部が、ゲインによって第３の画像信号の信号値を変化させることによって、特定深さに位置する血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号、及びこの第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応する第２の画像信号の合計２波長分の画像信号に基づき、第１の波長範囲の光が検体内で透過可能な深さに位置する血管の酸素飽和度を算出し、これを画像化している。したがって、特許文献１の場合と比較して、１波長分少なくすることができるため、フレームレートを低下させることなく、酸素飽和度の算出及び画像化を行うことができる。また、第１の画像信号を第２の画像信号で規格化することにより、正確に酸素飽和度を算出することができる。

内視鏡システムを示す外観図である。 第１実施形態の内視鏡システムの概略図である。 励起光により励起発光する白色光Ｗの発光スペクトルを示すグラフである。 青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮの発光スペクトルを示すグラフである。 ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターの分光透過率を示すグラフである。 第１実施形態の通常観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 第１実施形態の表層観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 第１実施形態の中深層観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 特殊光画像作成部の機能ブロック図である。 輝度比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を示すグラフである。 Ｂ／Ｇ画像の一部の輝度分布を表すグラフである。 表層血管抽出画像の一部の輝度分布を表すグラフである。 中深層血管抽出画像の一部の輝度分布を表すグラフである。 規格化信号の作成方法を説明するための図である。 酸素飽和度テーブルを示す図である。 酸素飽和度とゲインとを関連付けたゲインテーブルを示すグラフである。 規格化信号とゲインとを関連付けたゲインテーブルを示すグラフである。 表層血管強調画像上に酸素飽和度の情報が反映された酸素飽和度画像を示す画像図である。 中深層血管強調画像上に酸素飽和度の情報が反映された酸素飽和度画像を示す画像図である。 表層観察モードの手順を表したフローチャートである。 第２実施形態の内視鏡システムの概略図である。 第２実施形態の回転フィルタを示す平面図である。 第２実施形態の通常観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 第２実施形態の表層観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 第２実施形態の中深層観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 第３実施形態の内視鏡システムの概略図である。 ＲＧＢ回転フィルタを示す平面図である。 Ｂフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタの分光透過率と、広帯域光ＢＢ、青色狭帯域光ＢＮ、及び赤色狭帯域光ＲＮの発光強度を示すグラフである。 シャッタ板を示す平面図である。 第３実施形態の通常観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 第３実施形態の表層観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。 第３実施形態の中深層観察モードにおけるＣＣＤの撮像制御を示す説明図である。

図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、検体内を撮像する電子内視鏡１１と、電子内視鏡からの信号に基づいて画像を作成するとともに、各種画像処理を行うプロセッサ装置１２と、検体を照明する光を発生する光源装置１３と、内視鏡画像を表示するモニタ１４とを備えている。

内視鏡システム１０には、白色光によって照明された検体を撮像することで得られる通常光画像をモニタ１４に表示する通常観察モードと、表層血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタ１４に表示する表層観察モードと、中深層血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタ１４に表示する中深層観察モードとが設けられている。これらモードは、モード切替ＳＷ１５によって切り替えられる。

電子内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７とプロセッサ装置１２及び光源装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内撮影用の光学系等を内蔵した先端部１６ａが設けられている。先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。

ユニバーサルコード１８にはコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、プロセッサ装置１２および光源装置１３に着脱自在に接続される。

図２に示すように、白色光Ｗを発光する白色光光源ユニット３０と、青色狭帯域光ＢＮを発する青色狭帯域光源３１と、赤色狭帯域光ＲＮを発する赤色狭帯域光源３２と、これら光源３０，３１，３２のＯＮ・ＯＦＦを切り替える光源切替部３３と、白色光Ｗ、青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮの光量をモニタリングするモニタリング部３４と、白色光光源ユニット３０、青色狭帯域光源３１、及び赤色狭帯域光源３２の駆動を制御して光量をコントロールする光量制御部３５とを備えている。

白色光光源ユニット３０は、励起光を発する励起光光源３０ａと、励起光によって蛍光を発する蛍光体３０ｂとを有する。励起光光源３０ａはレーザーダイオードなどの半導体光源で構成される。蛍光体３０ｂは、励起光の一部を吸収して緑色〜赤色に励起発光する複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光物質）を含んで構成される。蛍光体３０ｂから発せられる緑色〜赤色の励起発光光（蛍光）は、蛍光体３０ｂにより吸収されず透過した励起光と合波することで、白色光Ｗが生成される。生成された白色光Ｗは、集光レンズ３７を通して、白色光用光ファイバ３８に入射する。

青色狭帯域光源３１はレーザーダイオードなどの半導体光源で構成され、青色帯域で特定の帯域に制限された青色狭帯域光ＢＮを発する。この青色狭帯域光ＢＮは、青色狭帯域光用光ファイバ４０に入射する。赤色狭帯域光源３２は青色狭帯域光源３１と同様、レーザダイオードなどの半導体光源で構成され、赤色帯域で特定の帯域に制限された赤色狭帯域光ＲＮを発する。この赤色狭帯域光ＲＮは、赤色狭帯域光用光ファイバ４１に入射する。

光量制御部３５は、励起光光源３０ａ、青色狭帯域光源３１、赤色狭帯域光源３２に接続されており、励起光、青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮの光量を一定の範囲で調整する。この光量制御部３５で励起光を調整することによって、白色光Ｗの光量が調整される。

カプラー４２は、電子内視鏡内のライトガイド４３と、白色光用光ファイバ３８、青色狭帯域光用光ファイバ４０、及び赤色狭帯域光用光ファイバ４１とを光学的に連結する。これにより、白色光Ｗ、青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮは、ライドガイド４３への入射が可能となる。

光源切替部３３はプロセッサ装置内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９からの指示に基づいて、励起光光源３０ａ、青色狭帯域光源３１、及び赤色狭帯域光源３２をＯＮ（点灯）又はＯＦＦ（消灯）に切り替える。第１実施形態では、通常観察モードに設定されている場合には、励起光光源３０ａが常時ＯＮにされる一方で、青色狭帯域光源３１及び赤色狭帯域光源３２は常時ＯＦＦにされる。したがって、検体には白色光Ｗのみが照射される。

また、表層観察モードに設定されている場合には、励起光光源３０ａと青色狭帯域光源３１とが交互にＯＮにされ、白色光Ｗと青色狭帯域光ＢＮとが交互に観察領域に照射される。また、中深層観察モードに設定されている場合には、励起光光源３０ａと赤色狭帯域光源３２とが交互にＯＮにされ、白色光Ｗと赤色狭帯域光ＲＮとが交互に観察領域に照射される。

モニタリング部３４は、白色光用光ファイバ３８、青色狭帯域光用光ファイバ４０、及び赤色狭帯域光用光ファイバ４１に取り付けられた光量検出器３８ａ，４０ａ，４１ａの検出信号に基づいて、白色光Ｗ、青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮの光量をモニタリングする。このモニタリング部３４では、モニタリング中の白色光Ｗ、青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮの光量が、予め定められた標準状態時の光量とどの程度ずれているかをモニタリングする。検出された光量のずれ量は、光量制御部３５に送られる。

光量制御部３５は、モニタリング部３４が検出した標準状態時の光量のずれ量に基づいて、励起光光源３０ａ、青色狭帯域光源３１、赤色狭帯域光源３２の駆動を制御する。この駆動制御によって、白色光Ｗ、青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮの光量が標準状態時の光量に調整される。

電子内視鏡１１は、ライトガイド４３、ＣＣＤ４４、アナログ処理回路４５（ＡＦＥ：Analog Front End）、撮像制御部４６を備えている。ライトガイド４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内のカプラー３６に挿入されており、出射端が先端部１６ａに設けられた照射レンズ４８に向けられている。ライトガイド４３内で導光された光は、照射レンズ４８及び先端部１６ａの端面に取り付けられた照明窓４９を通して、検体内に照射される。検体内で反射した反射光は、先端部１６ａの端面に取り付けられた観察窓５０を通して、集光レンズ５１に入射する。ＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、Ｂ色のカラーフィルタが設けられたＢ画素、Ｇ色のカラーフィルタが設けられたＧ画素、Ｒ色のカラーフィルタが設けられたＲ画素が撮像面４４ａに設けられている。

ＡＦＥ４５は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）、及びアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）（いずれも図示省略）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ４４からの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ４４の駆動により生じたノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣで増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ装置１２に入力する。

撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９から指示がなされたときにＣＣＤ４４に対して駆動信号を送る。ＣＣＤ４４は、撮像制御部４６からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで撮像信号をＡＦＥ４５に出力する。

プロセッサ装置１２は、通常光画像を作成する通常光画像作成部５５と、フレームメモリ５６と、表層血管または中深層血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する特殊光画像作成部５７と、表示制御回路５８を備えており、コントローラー５９が各部を制御している。

図３Ａに示すように、白色光Ｗは、中心波長４４５nm、波長範囲４４０〜４６０nmを有する励起光と、青緑から赤色の波長範囲、例えば４６０〜７００nmの広帯域に及ぶ蛍光とが混色しているため、青色から赤色に及ぶ広帯域な波長範囲を有している。したがって、白色光Ｗは、検体の可視光像を写し出した通常光画像の作成に用いられる。

図３Ｂに示すように、青色狭帯域光ＢＮは、中心波長を４７３nmとし、４６０〜４８０nmに帯域制限されている。この青色狭帯域光ＢＮは、表層血管にまで深達度を有する波長帯域の光であり、また、図４に示すように、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２と還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数が異なる波長帯域の光である。したがって、青色狭帯域光ＢＮは表層血管の酸素飽和度を測定するために用いられる。なお、４７０〜７００ｎｍの波長範囲の光は、粘膜組織内での散乱係数が小さく、かつ波長依存性が小さいという性質がある。そのため、その波長範囲の光を照明光として用いることによって、血管の深さの影響を低減しつつ、血液量および酸素飽和度の情報を含む血液情報を得ることができる。

また、図３Ｂに示すように、赤色狭帯域光ＲＮは、中心波長を６５０nmとし、６４００〜６６０nmに帯域制限されている。この赤色狭帯域光ＲＮは、中深層血管にまで深達度を有する波長帯域の光であり、また、図４に示すように、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２と還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数が異なる波長帯域の光である。したがって、赤色狭帯域光ＲＮは中深層血管の酸素飽和度を測定するために用いられる。

図５に示すように、ＣＣＤ４４のＢ画素に設けられたＢ色のカラーフィルタは、曲線５２に示す分光透過率を有しており、白色光Ｗ及び青色狭帯域光ＢＮを透過させる。また、Ｇ画素に設けられたＧ色のカラーフィルタは、曲線５３に示す分光透過率を有しており、白色光Ｗ及び青色狭帯域光ＢＮを透過させる。また、Ｒ画素に設けられたＲ色のカラーフィルターは、曲線５４に示す分光透過率を有しており、白色光Ｗ及び赤色狭帯域光ＲＮを透過させる。

撮像制御部４６は、各モード毎に異なった撮像制御を行う。通常観察モードに設定されている場合には、図６Ａに示すように、１フレーム期間内で、白色光Ｗの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷として読み出すステップとが行なわれる。この１フレーム分の撮像制御は、通常光画像モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。なお、この通常光観察モードでは、信号電荷の読み出しステップ毎に、ＣＣＤ４４のＢ画素から出力される青色信号Ｂｃと、Ｇ画素から出力される緑色信号Ｇｃと、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒｃとが得られる。

表層観察モードに設定されている場合には、図６Ｂに示すように、１フレーム期間内で、白色光Ｗの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷として読み出すステップとが行なわれる。この後に、１フレーム期間内で、青色狭帯域光ＢＮの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を読み出すステップとが行われる。この２フレーム分の撮像制御は、表層観察モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。

この表層観察モードでは、最初の１フレーム目に、ＣＣＤ４４のＢ画素から出力される青色信号Ｂｓ１と、Ｇ画素から出力される緑色信号Ｇｓ１と、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒｓ１とが得られ、次の２フレーム目に、Ｂ画素から出力される青色信号Ｂｓ２と、Ｇ画素から出力される緑色信号Ｇｓ２と、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒｓ２とが得られる。なお、２フレーム目の信号Ｂｓ２は、青色狭帯域光ＢＮの像光を撮像して得られたものであるため、表層血管の酸素飽和度に関する情報が含まれている。また、１フレーム目の信号Ｇｓ１は、参照用信号として、２フレーム目の信号Ｂｓ２の規格化に用いられる。

中深層観察モードに設定されている場合には、図６Ｃに示すように、１フレーム期間内で、白色光Ｗの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷として読み出すステップとが行なわれる。この後に、１フレーム期間内で、赤色狭帯域光ＲＮの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を読み出すステップとが行われる。この２フレーム分の撮像制御は、中深層観察モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。

この中深層観察モードでは、最初の１フレーム目に、ＣＣＤ４４のＢ画素から出力される青色信号Ｂｄ１と、Ｇ画素から出力される緑色信号Ｇｄ１と、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒｄ１とが得られ、次の２フレーム目に、Ｂ画素から出力される青色信号Ｂｄ２と、Ｇ画素から出力される緑色信号Ｇｄ２と、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒｄ２とが得られる。なお、２フレーム目の信号Ｒｄ２は、赤色狭帯域光ＲＮの像光を撮像して得られたものであるため、中深層血管の酸素飽和度に関する情報が含まれている。また、１フレーム目の信号Ｇｄ２には、白色光をＣＣＤ４４のＧ画素のカラーフィルタで波長分離した参照光の情報が含まれている。この信号Ｇｓ２は、参照用信号として、２フレーム目の信号Ｒｄ２の規格化に用いられる。

図７に示すように、特殊光画像作成部５７では、Ｂ／Ｇ画像作成部６１、血管抽出部６２、及び血管強調画像作成部６３によって、通常光画像上で表層血管または中深層血管が強調表示された血管強調画像を作成するとともに、規格化信号作成部６５、酸素飽和度テーブル６６、酸素飽和度算出部６７、ゲイン算出部６８、及び酸素飽和度画像作成部６９によって、血管強調画像上に酸素飽和度の情報が反映された酸素飽和度画像を作成する。

Ｂ／Ｇ画像作成部６１は、白色光の像光の撮像により得られる信号のうち青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇから、Ｂ／Ｇ画像を作成する。Ｂ／Ｇ画像の各画素には、青色信号Ｂの信号値を緑色信号Ｇの信号値で除した輝度比Ｂ／Ｇの情報が含まれている。表層観察モードの場合であれば、Ｂｓ１とＧｓ１とからＢ／Ｇ画像が作成され、中深層観察モードの場合であれば、Ｂｄ１とＧｄ１とからＢ／Ｇ画像が作成される。

Ｂ／Ｇ画像における各画素の輝度比Ｂ／Ｇは血管深さと関連性を有しており、図８に示すように、血管深さが大きくなるほど輝度比Ｂ／Ｇも大きくなる比例関係となっている。したがって、「表層血管の輝度＜粘膜の輝度＜中深層血管の輝度」の大小関係が成り立っている。なお、図９のＢ／Ｇ画像が示すように、照明ムラ等の要因により、Ｂ／Ｇ画像の輝度は中心部分が一番高く、中心から周辺に向かうほど低くなる分布となる場合があることから、上記大小関係（表層血管の輝度＜粘膜の輝度＜中深層血管の輝度）は局所的には成り立つものの、大局的には成り立たないことがある。

血管抽出部６２は、Ｂ／Ｇ画像から特定の層に位置する血管を抽出する。血管抽出は、周波数フィルタリング処理により行われる。表層観察モードに設定されている場合には、表層血管に多い周波数帯成分である高周波成分をＢ／Ｇ画像から抽出する。これにより、図１０に示すように、表層血管の輝度が負で、粘膜部分の輝度がほぼ「０」となる表層血管抽出画像が得られる。表層血管抽出画像では、表層血管のみがシャープに抽出されている。

一方、中深層観察モードに設定されている場合には、中深層血管に多い周波数帯成分である中周波成分をＢ／Ｇ画像から抽出する。これにより、図１１に示すように、中深層血管の輝度が正で、粘膜部分の輝度がほぼ「０」となる中深層血管抽出画像が得られる。中深層血管抽出画像では、中深層血管のみがシャープに抽出されている。

以上のような周波数フィルタリング処理を行うことで、粘膜の成分はほぼ「０」に近い値となるため、血管部分のみを抽出することができる。また、上記大小関係（表層血管の輝度＜粘膜の輝度＜中深層血管の輝度）も大局的に成り立つようになる。

血管強調画像作成部６３は、表層血管抽出画像と通常光画像とから表層血管が強調された表層血管強調画像を作成し、中深層血管抽出画像と通常光画像とから中深層血管強調画像を作成する。表層観察モードに設定されている場合は、表層血管抽出画像と通常光画像とを合成することにより、表層血管強調画像が得られる。一方、中深層観察モードに設定されている場合は、中深層血管抽出画像をそのまま通常光画像に合成することにより、中深層血管強調画像が得られる。なお、表層血管抽出画像において血管部分の画素値は「負」であるため、画素値を絶対値化して「正」にすることが好ましい。

規格化信号作成部６５は、酸素飽和度に関する情報を含んだ酸素飽和度用信号を参照用の信号で除算した規格化信号を作成する。この規格化信号作成部６５では、表層観察モードに設定されている場合、酸素飽和度用信号であるＢｓ２を参照用信号であるＧｓ１で除算することにより、表層用の規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１を得る。一方、中深層観察モードに設定されている場合には、酸素飽和度用信号であるＢｄ２を参照用信号であるＧｄ１で除算することにより、中深層用の規格化信号Ｂｄ２／Ｇｄ１を得る。

以下、規格化信号作成部６５で規格化をする理由について、表層観察モードの場合を例に挙げて説明する。例えば、図１２（Ａ）に示すような、全体的に均一な光量分布を有する青色狭帯域光ＢＮを、凹凸形状のある生体組織に照射した場合には、その反射光の光量分布は図１２（Ｂ）に示すように、不均一な分布となる。そのため、生体組織の中心領域と周辺領域に、それぞれ同程度の光吸収特性を有する部位が存在する場合であっても、その中心領域にある部位の輝度値Ｌｃと周辺領域にある部位の輝度値Ｌｒとは、それぞれ違いが出てしまう。即ち、青色狭帯域光ＢＮの反射像の撮像で得られる信号Ｂｓ２には、酸素状態が同じであるにも関わらず輝度値が異なる信頼度の低い酸素飽和度情報が含まれてしまうことになる。

そこで、図１２（Ｃ）に示すように、均一な光量分布を持つ白色光を青色狭帯域光ＢＮとは別に照射する。そして、図１２（Ｄ）に示すように、生体組織の凹凸で光量分布が不均一化した白色光の反射像を撮像する。この撮像により得られる信号Ｇｓ１には、生体組織の凹凸情報が含まれている。そして、信号Ｂｓ２を信号Ｇｓ１で除算することによって、図１２（Ｅ）に示すように、信号Ｂｓ２を規格化する。

これにより、酸素飽和度の情報が無い部分は輝度値が均一化するため、信号Ｂｓ２から凹凸情報を消すことができる。また、光吸収特性が同程度の部位は、それぞれ同じ輝度値で表されるようになる（中心領域の輝度値Ｌｃ＝周辺領域の輝度値Ｌｒ）。したがって、規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１には、信頼度の高い酸素飽和度情報が含まれるようになる。

なお、参照光として用いる光は、青色狭帯域光ＢＮなどの酸素飽和度用の光と波長が異なっていることが好ましい。例えば、緑色以外で青色狭帯域光ＢＮと波長が異なる狭帯域光の他、白色光などの広帯域光であってもよい。また、規格化するための信号としてＧｓ１を用いているが、これに限らず、Ｂｓ１やＲｓ１を用いてもよい。さらには、規格化するための信号として、Ｂｓ２と同じ２フレーム目に取得したＧｓ２、Ｒｓ２を用いてもよい。

酸素飽和度テーブル６６は、今までの診断や経験等から得られた規格化信号と酸素飽和度との相関関係を記憶している。この酸素飽和度テーブル６６では、図１３に示すように例えば、規格化信号の信号値がａ１〜ａ２の範囲内に入っている場合には、この範囲に対応する酸素飽和度はＳ１（％）となる。酸素飽和度算出部６７は、酸素飽和度テーブル６６から、規格化信号作成部６５で作成した規格化信号に対応する酸素飽和度を算出する。

なお、信号Ｂｓ２は、酸素飽和度の変化によって信号値が変化するため、信号Ｇｓ１のような参照信号で規格化しなくても、血管の明るさの変化によって、酸素飽和度をある程度は観察することができる。しかしながら、このように血管の明るさの変化で酸素飽和度を観察する場合には、ＡＥが作動して体腔内の全体的な明るさが変化すると、これに伴って血管の明るさも変化してしまう。そこで、本発明では、酸素飽和度を血管の明るさで把握するのではなく、酸素飽和度を客観的な数値情報として取得する。そのために、信号比Ｂｓ２／Ｇｓ１と酸素飽和度とを関連付けた相関関係を用いる。

ここで、信号Ｂｓ１ではなく、信号比Ｂｓ２／Ｇｓ１と酸素飽和度と関連付けるのは以下の理由による。信号Ｂｓ２は、酸素飽和度の変化で信号値が変化するだけでなく、観察距離の変化によっても信号値が変化する。例えば、低酸素状態では信号Ｂｓ２の信号値は比較的高くなるにも関わらず、電子内視鏡の先端部１６ａが被写体組織から遠く離れて遠景状態になったときには、信号Ｂｓ２の信号値は低下する。この場合、信号Ｂｓ２の信号値は酸素飽和度を正確に表していないことになる。

そこで、信号Ｂｓ２の他に、観察距離の変化などによる体腔内の明るさの変化を参照するための信号として、信号Ｇｓ１を取得する。これら信号Ｂｓ２、Ｇｓ１は、体腔内が暗くなったときには、いずれの信号値も低下し、反対に体腔内が明るくなったときには、いずれの信号値も増加する。したがって、信号Ｂｓ２を信号Ｇｓ１で除算して規格化した規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１は、体腔内の明るさが変化したとしても、信号値は変化しない。即ち、規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１の信号値は酸素飽和度を正確に表しているため、酸素飽和度と関連付けることができる。

また、第１実施形態では、酸素飽和度の算出に使用する白色光Ｗと青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮについては、光源装置１３内で標準状態時の光量に調整されているため、それら光の像光をカラーのＣＣＤ４４で撮像して得られる信号Ｂｓ２、Ｇｓ１、Ｒｄ２、Ｇｄ１は、病変部等の異常部位が無い限り、標準状態時の信号値に調整されている。したがって、このように標準状態時の信号値に調整し、その信号値に基づいて規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１、Ｒｄ２／Ｇｄ１が作成されているため、特定の層に位置する血管の酸素飽和度を精度良く求めることができる。

ゲイン算出部６８は、酸素飽和度算出部６７で求めた酸素飽和度に応じて、血管強調画像の画素値を調整するためのゲインを算出する。このゲイン算出部６８には、酸素飽和度とゲインとの対応関係を記憶したゲインテーブル６８ａが設けられている。ゲインには、血管強調画像の赤色信号Ｒの画素値を調整するゲインｇｒ、緑色信号Ｇの画素値を調整するゲインｇｇ、青色信号Ｂの画素値を調整するゲインｇｂがある。ゲイン算出部６８では、ゲインテーブル６８ａの中から、酸素飽和度算出部６７で求めた酸素飽和度に対応するゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒを求める。

なお、ゲインテーブル６８ａは、図１４Ａに示すように、酸素飽和度が１００〜６０％の間はゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒは全て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ｇｒは酸素飽和度の低下に伴って徐々に小さくなるように設定される一方で、ゲインｇｇ、ｇｂは酸素飽和度の低下に伴って徐々に大きくなるように設定されている。

酸素飽和度画像作成部６９は、血管強調画像の信号Ｂ、Ｇ、Ｒの画素値に、ゲイン算出部６８で求めたゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒを掛け合わせることにより、信号Ｂ´、Ｇ´、Ｒ´を有する酸素飽和度画像を作成する（（Ｂ´、Ｇ´、Ｒ´）＝（ｇｂ×Ｂ、ｇｇ×Ｇ、ｇｒ×Ｒ））。なお、本実施形態では、酸素飽和度に応じて血管強調画像の画素値を調整することによって酸素飽和度を調整するが、画素値自体でなく、色相、明度、彩度などの血管強調画像の色特性値を酸素飽和度に応じて調整してもよい。この場合には、上記のようなゲインテーブル６８ａに代えて、酸素飽和度と、血管強調画像の画素値を色相、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、明度マトリックス、彩度マトリックスを用いる。また、血管強調画像に酸素飽和度を反映して酸素飽和度画像を作成する代わりに、酸素飽和度と関連付けた色差信号（例えば、高酸素状態のときに色差信号Ｃｒを色差信号Ｃｂよりも大きくし、低酸素状態のときに色差信号Ｃｂを色差信号Ｃｒよりも大きくする）と、体腔内の平均的明るさを表す信号（例えばＧｓ１）を割り当てた輝度信号に基づいて、酸素飽和度画像を作成してもよい。

また、ゲインテーブル６８ａでは、酸素飽和度とゲインとを関連付けているが、これに代えて、図１４Ｂに示すように、規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１とゲインとを関連付けてもよい。この図１４Ｂでは、規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１の信号値が小さいときには酸素飽和度が高いため、ゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒは「１」に設定されている。そして、この信号値が大きくなるほど酸素飽和度が低くなるため、これに合わせてゲインｇｂ、ｇｇを「１」よりも大きくし、反対にｇｒを「１」よりも小さくする。

表示制御回路５８は、酸素飽和度画像をモニタ１４に表示する。表層観察モードに設定されている場合には、図１５に示す酸素飽和度画像７０がモニタ１４に表示される。この酸素飽和度画像７０では、強調表示された複数の表層血管７１ａ〜７１ｃのうち、一部の表層血管７１ｂは、酸素飽和度が６０％を下回る低酸素状態のため、疑似カラーで表される。その一方で、その他の表層血管７１ａ，７１ｃは酸素飽和度が６０％を超えているため通常通り血管に適した色となっている。

これは、表層血管７１ｂについては、ゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒが「１」以外であるため画素値が変化する一方で、表層血管７１ａ，７１ｃについては、ゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒが「１」であるため画素値が変化しなかったためである。また、酸素飽和度画像は表層血管強調画像がベースとなっており、更にこの表層血管強調画像は通常光画像がベースになっているため、低酸素状態のときに擬似カラ―で表示される表層血管７１ｂ以外の表層血管７１ａ，７１ｃ、中深層血管７２、粘膜などは、通常通り生体に適した色味となっている。したがって、低酸素状態の血管のように、着目すべき部分は疑似カラーなどで確実に情報を表示する一方で、それ以外の部分については、通常通りの観察画像とすることによって、全体としての診断能を向上させることができる。

中深層観察モードに設定されている場合には、図１６に示す酸素飽和度画像７５がモニタ１４に表示される。この酸素飽和度画像７５では、強調表示された中深層血管７２は、酸素飽和度が６０％を下回る低酸素状態のため、疑似カラーで表される。その一方で、その他の血管や粘膜は通常通りの生体に適した色となっている。

以上のような表層用の酸素飽和度画像７０と中深層用の酸素飽和度画像７５を診断時に併用することによって、生体組織の表層から中深層に至る全ての領域で酸素飽和度を画像化することができる。また、表層用の酸素飽和度画像７０は２波長分の信号Ｂｓ２、Ｇｓ１を用いて作成され、中深層用の酸素飽和度画像７５も２波長分の信号Ｒｄ２、Ｇｄ１を用いて作成されているため、従来のように、酸素飽和度の画像化に３波長分もの信号を必要としない。また、それら２波長分の信号は２フレームで取得しているため、従来のように３波長分の信号を３フレームで取得した場合と比較して、フレームレートが低下することがない。

次に、表層観察モードにおける一連の流れを、図１７に示すフローチャートを用いて説明する（中深層観察モードの一連の流れも、表層観察モードと略同様であるので、説明を省略する）。なお、通常観察モードの元では、電子内視鏡１１の挿入部１６を体内、例えば消化管内に挿入する。アングルノブ２１の操作によって、所望の観察部位に先端部１６aをセットし、通常観察を行う。この通常観察では、白色光Ｗで照明された観察領域のカラーの通常光画像が表示装置１４に表示される。

この通常観察モード下において、観察部位が病変部と推測したときに、モード切替ＳＷ１５により表層観察モードに切り替える。これにより、検体に向けて白色光Ｗと青色狭帯域光ＢＮが交互に照射される。白色光Ｗが照明された検体をカラーのＣＣＤ４４で撮像して、ＣＣＤ４４から青色信号Ｂｓ１、緑色信号Ｇｓ１、赤色信号Ｒｓ１を出力するとともに、青色狭帯域光ＢＮが照明された検体をＣＣＤ４４で撮像して、ＣＣＤ４４から青色信号Ｂｓ２、緑色信号Ｇｓ２、赤色信号Ｒｓ２を出力する。

次に、青色信号Ｂｓ２、緑色信号Ｇｓ２、赤色信号Ｒｓ２に基づいて、通常光画像を作成する。また、青色信号Ｂｓ２及び緑色信号Ｇｓ２間の輝度比Ｂ／ＧからなるＢ／Ｇ画像を作成する。Ｂ／Ｇ画像が作成されると、Ｂ／Ｇ画像から表層血管が抽出される。これにより、表層血管抽出画像が得られる。Ｂ／Ｇ画像から血管が抽出されたら、輝度値を絶対値化した表層血管を通常光画像に合成することにより、表層血管強調画像が作成される。

次に、青色信号Ｂｓ２を緑色信号Ｇｓ１で除算することにより、規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１が作成される。この規格化信号Ｂｓ２／Ｇｓ１に対応する酸素飽和度を、酸素飽和度テーブル６６から求める。そして、この求めた酸素飽和度に対応するゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒを、ゲインテーブル６８ａから求める。求めたゲインｇｂ、ｇｇ、ｇｒを表層血管強調画像の各色の信号の画素値に掛け合わせることにより、表層用の酸素飽和度画像７０が作成される。作成された表層用の酸素飽和度画像７０は、モニタ１４に表示される。

本発明の第２実施形態では、回転フィルタ方式で照明を行う。この第２実施形態の内視鏡システム１００においては、図１８に示すように、４００〜７００ｎｍの波長範囲を有する広帯域光ＢＢを発する広帯域光源１０１と、広帯域光源１０１からの広帯域光ＢＢを波長分離することにより波長が異なる複数種類の光を順次透過させる回転フィルタ１０２と、この回転フィルタ１０２を一定速度で回転させるモータ１０３を備える光源装置１０５を使用する。また、回転フィルタ方式で検体の撮像を行うため、ＣＣＤ４４の撮像制御が第１実施形態と異なる。なお、それ以外については、第１実施形態と同様の構成を備えており、その説明を省略する。

回転フィルタ１０２は、図１９に示すように、広帯域光ＢＢをそのまま透過させる開口部１０２ａと、広帯域光ＢＢのうち中心波長４７３ｎｍの青色狭帯域光ＢＮ（波長域４６０〜４８０ｎｍ）を透過させるＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１０２ｂと、広帯域光ＢＢのうち中心波長６５０ｎｍの赤色狭帯域光ＲＮを透過させるＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１０２ｃとが、周方向に沿って設けられている。したがって、回転フィルタ１０２が回転することで、広帯域光ＢＢ、青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮが、検体に向けて順次照射される。

検体からの反射光の像光は、カラーのＣＣＤ４４により順次撮像される。ＣＣＤ４４の撮像制御は、通常観察モードに設定されている場合、図２０Ａに示すように、広帯域光ＢＢが照射されたときにのみ電荷蓄積ステップ及び信号読出ステップが行われ、青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮが照射されたときには電荷蓄積ステップ及び信号読出ステップは行われない。この場合、信号読出ステップで読み出される青色信号、緑色信号、赤色信号は、それぞれ第１実施形態のＢｃ、Ｇｃ、Ｒｃに対応する。

また、表層観察モードに設定されている場合、図２０Ｂに示すように、広帯域光ＢＢと青色狭帯域光ＢＮが照射されたときのみ電荷蓄積ステップ及び信号読出ステップが行われ、赤色狭帯域光ＲＮが照射されたときには電荷蓄積ステップ及び信号読出ステップは行われない。この場合、広帯域光ＢＢ照射時の信号読出ステップで読み出される青色信号、緑色信号、赤色信号はそれぞれ第１実施形態のＢｓ１、Ｇｓ１、Ｒｓ１に対応し、青色狭帯域光ＢＮ照射時の信号読出ステップで読み出される青色信号、緑色信号、赤色信号はそれぞれ第１実施形態のＢｓ２、Ｇｓ２、Ｒｓ２に対応する。

また、中深層観察モードに設定されている場合、図２０Ｃに示すように、広帯域光ＢＢと赤色狭帯域光ＲＮが照射されたときのみ電荷蓄積ステップ及び信号読出ステップが行われ、青色狭帯域光ＢＮが照射されたときには電荷蓄積ステップ及び信号読出ステップは行われない。この場合、広帯域光ＢＢ照射時の信号読出ステップで読み出される青色信号、緑色信号、赤色信号はそれぞれ第１実施形態のＢｄ１、Ｇｄ１、Ｒｄ１に対応し、赤色狭帯域光ＲＮ照射時の信号読出ステップで読み出される青色信号、緑色信号、赤色信号はそれぞれ第１実施形態のＢｄ２、Ｇｄ２、Ｒｄ２に対応する。

本発明の第３実施形態では、酸素飽和度の算出に使用する２波長の光のうち、一方の光については、第１実施形態と同様に、半導体光源の光を使用する一方、もう一方の光については、キセノンランプなどの白色光源の広帯域光ＢＢから波長分離した光を使用する。

図２１に示すように、第３実施形態の内視鏡システム２００では、光源装置２１３の構成が第１実施形態の光源装置１３と異なっている。また、電子内視鏡１１内のＣＣＤの構成及び撮像制御部４６の動作が第１実施形態と異なっている。それ以外については、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と異なる部分についてのみ以下で説明する。

光源装置２１３は、広帯域光ＢＢ（４００〜７００ｎｍ）を発する白色光源２３０と、この白色光源２３０からの広帯域光ＢＢをＢ、Ｇ、Ｒの３色の光に色分離し、それら各色の光を順次ライトガイド４３に供給するロータリフィルタ２３４と、青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮを発する半導体光源ユニット２３６と、ロータリフィルタ２３４とライトガイド４３の間の広帯域光ＢＢの光路Ｌ１上に青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮの光路Ｌ２を合流させる光合流部２３８と、所定のタイミングにおいて白色光源２３０とロータリフィルタ２３４との間の広帯域光ＢＢの光路を塞ぐシャッタ板２４０とを備えている。

光源装置２１３は、酸素飽和度の算出に用いる広帯域光ＢＢと青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮの光量を安定させるために、それぞれの光の光量をモニタリングするモニタリング部２５０と、モニタリング部２５０での光量モニタ結果に基づいて、それぞれの光量を制御する光量制御部２６０とを備えている。

白色光源２３０は、広帯域光ＢＢを放射する光源本体２３０ａと、広帯域光ＢＢの光量を調整する絞り２３０ｂとを備えている。光源本体２３０ａはキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどから構成される。絞り２３０ｂの開度は、光量制御部２６０によって調節される。

図２２に示すように、ロータリフィルタ２３４は、Ｂフィルタ部２３４ａ、Ｇフィルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ部２３４ｃが選択的に広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されるように回転自在に設けられている。ロータリフィルタ２３４は、円板形状をしており、円周方向に３分割されて中心角が１２０°の扇型の領域に、それぞれＢフィルタ部２３４ａ、Ｇフィルタ部２３４ｂ、Ｒフィルタ部２３４ｃが設けられている。

図２３に示すように、Ｂフィルタ部２３４ａは広帯域光ＢＢから青色帯域のＢ光を透過させ、Ｇフィルタ部２３４ｂは広帯域光ＢＢから緑色帯域のＧ光を透過させ、Ｒフィルタ部２３４ｃは広帯域光ＢＢから赤色帯域のＲ光を透過させる。したがって、ロータリフィルタ２３４の回転によって、ロータリフィルタ２３４からはＢ光、Ｇ光、Ｒ光が順次出射する。

半導体光源ユニット２３６は、第１及び第２のレーザ光源２３６ａ、２３６ｂ、光ファイバ２３６ｃ、２３６ｄ、カプラー２３６ｅ、光源制御部２３６ｆを有する。図２３に示すように、第１のレーザ光源２３６ａは中心波長４７３ｎｍの青色狭帯域ＢＮを、第２のレーザ光源２３６ｂは中心波長６５０ｎｍの赤色狭帯域光ＲＮを発光する。第１のレーザ光源２３６ａと第２のレーザ光源２３６ｂは、光源制御部２３６ｆの制御に従って、点灯及び消灯を行う。通常観察モードの場合には、第１のレーザ光源２３６ａと第２のレーザ光源２３６ｂの両方が消灯される。表層観察モードの場合には、第１のレーザ光源２３６ａのみが点灯し、中深層観察モードの場合には、第２のレーザ光源２３６ｂのみが点灯する。

光ファイバ２３６ｃ、２３６ｄは、各レーザ光源２３６ａ、２３６ｂが発する狭帯域光を導光して、カプラー２３６ｅに入射させる。カプラー２３６ｅは、各光ファイバ２３６ｃ、２３６ｄから入射する青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮの光軸を一致させる。カプラー２３６ｅを出た青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮは、コリメータレンズ（図示省略）を通して、光合流部２３８に向けて出射する。

光合流部２３８はダイクロイックミラーであり、光路Ｌ１を通るロータリフィルタ２３４からの光はそのまま透過させる一方で、光路Ｌ２を通る半導体光源ユニット２３６からの青色狭帯域光ＢＮ、赤色狭帯域光ＲＮは反射させる。光合流部２３８で合成された光は、集光レンズ２４２を通して、ライトガイド４３に入射する。

図２４に示すように、シャッタ板２４０は、２４０°の中心角を有し、広帯域光ＢＢを遮光する遮光部２４０ａと、残りの１２０°の中心角を有し、広帯域光ＢＢを透過させる透過部２４０ｂとを備えている。シャッタ板２４０は回転自在に設けられており、遮光部２４０ａと透過部２４０ｂを交互に選択的に広帯域光ＢＢの光路に挿入させる。

シャッタ板２４０の回転動作は、通常観察モードの場合と、表層観察モード又は中深層観察モードの場合とで異なっている。通常観察モードにおいては、シャッタ板２４０は、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路Ｌ１から退避し、透過部２４０ｂが光路Ｌ１に挿入された状態で停止している。したがって、広帯域光ＢＢは、常時ロータリフイルタ２３４に入射する。これにより、広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されている、Ｂ、Ｇ、Ｒの各フイルタ部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃの種類に応じて、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の三色の光が順次作成される。

一方、表層観察モード又は中深層観察モードにおいては、シャッタ板２４０は、透過部２４０ｂとＧフイルタ部２３４ｂの回転位相が一致するように、ロータリフイルタ２３４と同じ速度で回転する。これにより、透過部２４０ｂが広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されて、遮光部２４０ａが光路Ｌ１から退避している間、広帯域光ＢＢはＧフイルタ部２３４ｂを透過してＧ色光が作成される。これに対して、遮光部２４０ａが広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されて、透過部２４０ｂが光路Ｌ１から退避している間、広帯域光ＢＢが遮光される。広帯域光ＢＢが遮光されている間に、第１又は第２のレーザ光源２３６ａ、２３６ｂが順次点灯して、青色狭帯域光ＢＮ又は赤色狭帯域光ＲＮが電子内視鏡１１に供給される。

モニタリング部２５０は、光源本体２３０ａに取り付けられた光量検出器２３０ｃ及び光ファイバ２３６ｃ、２３６ｄに取り付けられた光量検出器２３６ｇ、２３６ｈからの検出信号に基づいて、広帯域光ＢＢと青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮの光量をモニタリングする。このモニタリング部２５０では、モニタリング中の広帯域光ＢＢと青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮが予め定められた標準状態時の光量から、どの程度ずれているかをモニタリングする。このモニタリングで得られた光量のずれ量は、光量制御部２６０に送られる。なお、標準状態時の光量は、内視鏡使用前に予め定められている。

光量制御部２６０は、モニタリング部２５０が検出した標準状態時からの光量のずれ量に基づいて、絞り２３０ｂの開度及び第１及び第２のレーザ光源２３６ａ、２３６ｂの駆動を制御する。この駆動制御によって、広帯域光ＢＢ、青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮが標準状態時の光量に調整される。広帯域光ＢＢの光量調整により、ロータリフィルタ２３４で波長分離されるＢ光、Ｇ光、Ｒ光の光量も調整される。

電子内視鏡内のＣＣＤ２４４は、上記第１及び第２実施形態と異なり、撮像面にマイクロカラーフィルタが設けられていないモノクロ撮像素子である。また、このＣＣＤ２４４の撮像を制御する撮像制御部４６についても、上記第１及び第２実施形態と異なる動作を行う。

通常観察モードにおいては、図２５Ａに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色の像光を順次光電変換して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。この一連の動作は、通常観察モードに設定されている間、所定のサイクルで繰り返される。面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒは、それぞれ第１実施形態のＢｃ、Ｇｃ、Ｒｃに対応している。

また、表層観察モードにおいては、図２５Ｂに示すように、２フレーム分の青色狭帯域光ＢＮの像光と、１フレーム分のＧ色の光の像光を順次光電変換して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて２フレーム分の面順次撮像信号ＢＮと１フレーム分の面順次撮像信号Ｇを順次出力する。この一連の動作は表層観察モードに設定されている間、所定のサイクルで繰り返される。面順次撮像信号ＢＮ、Ｇは、それぞれ第１実施形態のＢｓ２、Ｇｓ１に対応している。なお、２フレーム分の面順次撮像信号ＢＮは、画質向上のため、合成処理することが好ましい。

また、中深層観察モードにおいては、図２５Ｃに示すように、２フレーム分の赤色狭帯域光ＲＮの像光と、１フレーム分のＧ色の光の像光を順次光電変換して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて２フレーム分の面順次撮像信号ＲＮと、１フレーム分の面順次撮像信号Ｇを順次出力する。この一連の動作は中深層観察モードに設定されている間、所定のサイクルで繰り返される。面順次撮像信号ＲＮ、Ｇは、それぞれ第１実施形態のＲｄ２、Ｇｄ１に対応している。なお、２フレーム分の面順次撮像信号ＲＮについても、画質向上のため、合成処理することが好ましい。

なお、第３実施形態では、酸素飽和度の算出に使用するＧ光と青色狭帯域光ＢＮ及び赤色狭帯域光ＲＮについては、光源装置２１３内で標準状態時の光量に調整されているため、それら光の像光を撮像して得られる面順次撮像信号Ｇ、ＢＮ、ＲＮは、病変部等の異常部位が無い限り、標準状態時の信号値に調整されている。したがって、このように標準状態時の信号値に調整し、その信号値に基づいて規格化信号ＢＮ／Ｇ、ＲＮ／Ｇを作成しているため、特定の層に位置する血管の酸素飽和度を精度良く求めることができる。

なお、上記実施形態においては、酸素飽和度が６０％を下回るような低酸素状態にのみ一部疑似カラー表示としたが、これに代えて、低〜高酸素状態に至るまで全ての酸素飽和度を疑似カラーで表示してもよい。

なお、上記第１実施形態においては、規格化信号が予め定めた標準状態時の信号値となるように、励起光光源３０ａ、青色狭帯域光源３１、赤色狭帯域光源３２の光量を制御し、また、上記第３実施形態においては、絞り２３０ｂの開度調整により白色光の光量を制御するとともに、第１又は第２のレーザ光源の光量を制御したが、これに代えて、各光量のモニタリング結果に基づいて、規格化信号そのものを標準状態時の信号値になるように調整してもよい。

なお、上記実施形態では、通常光画像上で特定深さの血管を強調した血管強調画像に対して酸素飽和度の情報を反映させたが、これに代えて、通常光画像そのものに酸素飽和度の情報を反映させてもよい。

なお、上記実施形態においては、酸素飽和度の画像化を行ったが、これに代えて又は加えて、「血液量（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和）×酸素飽和度（％）」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスの画像化や、「血液量×（１００−酸素飽和度）（％）」から求まる還元ヘモグロビンインデックスの画像化を行ってもよい。

１０，１００，２００ 内視鏡システム
１２ プロセッサ装置
１４ モニタ
３１ 青色狭帯域光源
３２ 赤色狭帯域光源
３５ 光量制御部
４４ ＣＣＤ
５５ 通常光画像作成部
６１ Ｂ／Ｇ画像作成部
６２ 血管抽出部
６３ 血管強調画像作成部
６５ 規格化信号作成部
６６ 酸素飽和度テーブル
６７ 酸素飽和度算出部
６９ 酸素飽和度画像作成部
７０，７５ 酸素飽和度画像

Claims (15)

1. 検体に照明光を照射する照明部と、
   前記照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、前記検体の凹凸情報を含む第２の画像信号とを取得する画像信号取得部と、
   前記第１の画像信号を前記検体の凹凸情報を含む前記第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、
   前記規格化信号と前記酸素飽和度との相関関係を予め記憶した第１メモリと、
   前記第１メモリに記憶した前記相関関係から、前記規格化信号に基づいて前記酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、
   特定深さに位置する血管の前記酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部と、
   前記酸素飽和度画像を表示する表示器と、
   を備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記画像信号取得部は、白色光で照明された検体を撮像することにより、前記白色光の反射光に対応する第３の画像信号を取得し、
   前記酸素飽和度画像作成部は、前記第３の画像信号に基づいて、前記酸素飽和度が一定値を下回る血管のみを疑似カラーで表した前記酸素飽和度画像を作成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記第３の画像信号に基づいて、前記特定深さの血管を強調した血管強調画像を作成する血管強調画像作成部を備え、
   前記酸素飽和度画像作成部は、前記血管強調画像に前記酸素飽和度の情報を反映させることによって、前記酸素飽和度画像を作成する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記血管強調画像作成部は、
   前記第３の画像信号に基づいて通常光画像を作成する通常光画像作成部と、
   前記通常光画像から前記特定深さの血管を抽出した血管抽出画像を作成する血管抽出部と、
   前記血管抽出画像を前記通常光画像に合成して前記血管強調画像を作成する強調画像作成部と、
   を有することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
5. 前記血管抽出部は、前記通常光画像における青色信号と緑色信号の比に基づいて、前記通常光画像から前記特定深さの血管を抽出することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡システム。
6. 前記酸素飽和度画像作成部は、血管及びそれ以外の部分を疑似カラーで表すとともに、前記酸素飽和度に応じて前記血管の色が変化する前記酸素飽和度画像を作成することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
7. 前記第１の画像信号と前記第２の画像信号との信号比が予め定めた規定値となるように、前記照明部または前記画像信号取得部を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
8. 前記照明部は、
   前記第１の波長範囲を含む第１照明光を発する第１の半導体光源と、
   前記第２の波長範囲を含む第２照明光を発する第２の半導体光源と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
9. 前記照明部は、
   前記第１の波長範囲を含む第１照明光を発する第１の半導体光源と、
   白色光を波長分離することにより、前記第２の波長範囲を含む第２照明光を作成する波長分離部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
10. 前記特定深さが表層である場合は、前記第１の波長範囲は４６０〜４８０nmであり、前記特定深さが中深層である場合は、前記第１の波長範囲は６４０〜６６０nmであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
11. 検体に照明光を照射する照明部と、
    前記照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、前記検体の凹凸情報を含む第２の画像信号と、白色光の反射光に対応する第３の画像信号と、を取得する画像信号取得部と、
    前記第１の画像信号を前記検体の凹凸情報を含む前記第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、
    前記規格化信号と、前記第３の画像信号の信号値を変化させるためのゲインとの相関関係を予め記憶した第２メモリと、
    前記第２メモリに記憶した前記相関関係から、前記規格化信号に基づいて前記ゲインを算出するゲイン算出部と、
    前記ゲインによって前記第３の画像信号の信号値を変化させることによって、酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部と、
    を備えることを特徴とする内視鏡システム。
12. 照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、前記検体の凹凸情報を含む第２の画像信号とを取得する画像信号取得部とを備える電子内視鏡から、前記第１及び第２の画像信号を受信する受信部と、
    前記第１の画像信号を前記検体の凹凸情報を含む前記第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、
    前記規格化信号と前記酸素飽和度との相関関係を予め記憶した第１メモリと、
    前記第１メモリに記憶した前記相関関係から、前記規格化信号に基づいて前記酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、
    特定深さに位置する血管の前記酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部と、
    を備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
13. 照明光で照明された検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、前記検体の凹凸情報を含む第２の画像信号と、白色光の反射光に対応する第３の画像信号と、を取得する画像信号取得部とを備える電子内視鏡から、前記第１及び第２の画像信号を受信する受信部と、
    前記第１の画像信号を前記検体の凹凸情報を含む前記第２の画像信号で規格化して規格化信号を作成する規格化信号作成部と、
    前記規格化信号と、前記第３の画像信号の信号値を変化させるためのゲインとの相関関係を予め記憶した第２メモリと、
    前記第２メモリに記憶した前記相関関係から、前記規格化信号に基づいて前記ゲインを算出するゲイン算出部と、
    前記ゲインによって前記第３の画像信号の信号値を変化させることによって、酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成部と、
    を備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
14. 照明部が照明光を発する発光ステップと、
    画像信号取得部が、検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、前記検体の凹凸情報を含む第２の画像信号とを取得する画像信号取得ステップと、
    規格化信号作成部が、前記第１の画像信号を前記検体の凹凸情報を含む前記第２の画像信号で規格化した規格化信号を作成する規格化信号作成ステップと、
    酸素飽和度算出部が、第１メモリに予め記憶した前記規格化信号と前記酸素飽和度との相関関係から、前記規格化信号に基づいて前記酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出ステップと、
    酸素飽和度画像作成部が、特定深さに位置する血管の前記酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成ステップと、
    を有することを特徴とする内視鏡システムの作動方法。
15. 照明部が照明光を発する発光ステップと、
    画像信号取得部が、検体の反射像を撮像して、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１の波長範囲を含む第１の反射光に対応する第１の画像信号と、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を含む第２の反射光に対応し、前記検体の凹凸情報を含む第２の画像信号と、白色光の反射光に対応する第３の画像信号と、を取得する画像信号取得ステップと、
    規格化信号作成部が、前記第１の画像信号を前記検体の凹凸情報を含む前記第２の画像信号で規格化した規格化信号を作成する規格化信号作成ステップと、
    ゲイン算出部が、第２メモリに予め記憶した前記規格化信号と前記第３の画像信号の信号値を変化させるためのゲインとの相関関係から、前記規格化信号に基づいて前記ゲインを算出するゲイン算出ステップと、
    酸素飽和度画像作成部が、前記ゲインによって前記第３の画像信号の信号値を変化させることによって、特定深さに位置する血管の酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を作成する酸素飽和度画像作成ステップと、
    を有することを特徴とする内視鏡システムの作動方法。

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