JP6203092B2 - 生体観察システム - Google Patents

Description

本発明は、生体観察システムに関し、特に、白色光を生体粘膜等の被写体に照射して観察画像を生成することが可能な生体観察システムに関するものである。

医療分野においては、例えば、白色光を生体粘膜等の被写体に照射して観察画像を生成するためのモードと、所定の波長帯域の狭帯域光を被写体に照射して観察画像を生成するためのモードと、を切り替え可能な生体観察システムが従来知られている。

具体的には、例えば、特許文献１には、白色光を体腔内の被写体に照射して広帯域光画像を生成する通常光画像モードと、所定の波長帯域の狭帯域光を体腔内の被写体に照射して血管深さ画像及び酸素飽和度画像を生成する特殊光画像モードと、を切り替え可能な電子生体観察システムが開示されている。

しかし、特許文献１には、特殊光画像モードで用いられる狭帯域光を被写体に照射して広帯域光画像を生成するための具体的な手法について特に開示等されていない。その結果、特許文献１に開示された構成によれば、観察に適さない色調を具備する広帯域光画像が生成されてしまう場合がある、という課題が生じている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、狭帯域光が被写体に照射された際に、観察に適した色調の白色光画像を生成可能な生体観察システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様の生体観察システムは、所定の波長帯域内において、血中ヘモグロビンの吸収特性に応じた相互に異なる複数の波長帯域を有する狭帯域光と、前記所定の波長帯域とは異なる波長帯域における広帯域光と、を照射可能な光源部と、前記光源部からの光が照射された被写体からの光を受光するとともに、前記所定の波長帯域に感度を有する画素と、前記広帯域光の波長帯域に感度を有する画素とを有し、各々の画素に対応する前記被写体の撮像信号を生成する撮像部と、前記狭帯域光を前記光源部から前記複数の波長帯域毎に順次発生させる第１のモード、または、前記狭帯域光及び前記広帯域光を前記光源部から同時に発生させる第２のモードのいずれかに切り替えるための制御を行う制御部と、前記制御部の制御に基づき、前記第２のモード時に、前記狭帯域光及び前記広帯域光と、前記所定の波長帯域内かつ前記狭帯域光における最大の強度となる波長帯域以外の光と、を前記被写体に照射させるように前記光源部を駆動する光源駆動部と、前記第１のモード時に生成される前記被写体の複数の撮像信号を用いて狭帯域光画像を生成し、前記第２のモード時に生成される前記被写体の撮像信号を用いて広帯域光画像を生成する画像生成部と、前記複数の波長帯域のうち最も短波長側の光が入射され、前記最も短波長側の光よりも長波長かつ広帯域の波長特性の光を発生する波長変換部材と、前記波長変換部材の発光スペクトルの情報が格納されている記憶部と、を有し、前記光源駆動部は、前記第２のモード時に、前記最も短波長側である光の光路上に前記波長変換部材を配置させ、前記第１のモード時に、前記最も短波長側である光の光路外に前記波長変換部材を配置させ、前記制御部は、前記第２のモード時に、前記記憶部に格納された前記波長変換部材の発光スペクトルに基づいて調光目標値を設定し、当該設定した調光目標値に基づき、前記最も短波長側の光以外の他の波長帯域の光の光量を調整する。

本発明における生体観察システムによれば、狭帯域光が被写体に照射された際に、観察に適した色調を具備する白色光画像を生成することができる。

実施例に係る生体観察システムの要部の構成を示す図。 原色カラーフィルタの分光感度の一例を示す図。 狭帯域光モードにおいて光源装置から発せられる光の波長の一例を説明するための図。 実施例に係る生体観察システムにおける画像信号処理部の構成の一例を示す図。 スペクトルＦＷ１の一例を説明するための図。 スペクトルＦＷ２の一例を説明するための図。 スペクトルＦＷ１に応じた調光処理の一例を説明するための図。 スペクトルＦＷ２に応じた調光処理の一例を説明するための図。 酸素飽和度値の取得に係る処理に用いられるルックアップテーブルの一例を示す図。 図９のルックアップテーブルを用いて酸素飽和度を取得する際に行われる処理を説明するための図。 低酸素領域の存在を報知する際の表示態様の一例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。

図１から図１１は、本発明の実施例に係るものである。図１は、実施例に係る生体観察システムの要部の構成を示す図である。

生体観察システム１０１は、図１に示すように、生体である被検体内に挿入可能な細長形状の挿入部を具備するとともに、当該被検体内の生体組織等の被写体を撮像して撮像信号を出力する内視鏡１と、内視鏡１の内部に挿通配置されたライトガイド６を介して当該被写体の観察に用いられる照明光を供給する光源装置２と、内視鏡１から出力される撮像信号に応じた観察画像等を生成して出力するプロセッサ３と、プロセッサ３から出力される観察画像等を表示する表示装置４と、ユーザの入力操作に応じた指示等をプロセッサ３に対して行うことが可能なスイッチ及び／またはボタン等を備えた入力装置５と、を有して構成されている。

内視鏡１は、ライトガイド６により伝送された光を被写体へ照射する照明光学系１１と、照明光学系１１から照射された光に応じて当該被写体から発せられる反射光（戻り光）を撮像して得られた撮像信号を出力する撮像部１２と、を挿入部の先端部に設けて構成されている。また、内視鏡１は、ユーザの操作に応じた種々の指示をプロセッサ３に対して行うことが可能なスコープスイッチ１３と、内視鏡１毎に固有の撮像光情報（後述）が格納されたメモリ１４と、を有して構成されている。

撮像部１２は、光源装置２から発せられる照明光により照明された被写体からの反射光（戻り光）を撮像して撮像信号を出力するように構成されている。具体的には、撮像部１２は、被写体から発せられる反射光（戻り光）を結像する対物光学系１２ａと、原色カラーフィルタ１２１を備えた撮像面が対物光学系１２ａの結像位置に合わせて配置された撮像素子１２ｂと、を有して構成されている。

撮像素子１２ｂは、例えば、ＣＣＤ等を具備し、プロセッサ３から出力される撮像素子駆動信号に応じて駆動するとともに、撮像面に結像された被写体からの反射光（戻り光）を撮像して得られた撮像信号を出力するように構成されている。

原色カラーフィルタ１２１は、赤色域、緑色域及び青色域の各波長帯域において、図２に例示するような分光感度を具備している。図２は、原色カラーフィルタの分光感度の一例を示す図である。

スコープスイッチ１３には、例えば、ユーザの操作に応じ、生体観察システム１０１の観察モードを白色光観察モードまたは狭帯域光観察モードのいずれかに設定する（切り替える）ための指示をプロセッサ３に対して行うことが可能な観察モード切替スイッチ（不図示）が設けられている。

メモリ１４には、撮像部１２の撮像に好適な赤色光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＲＳと、撮像部１２の撮像に好適な緑色光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＧＳと、撮像部１２の撮像に好適な青色光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＢＳと、を具備する撮像光情報が格納されている。

具体的には、前述のスペクトルＲＳは、例えば、白色の被写体である基準被写体ＣＷに広帯域の赤色光を照射した際に基準被写体ＣＷから発せられる戻り光のスペクトルを、内視鏡１の撮像素子１２ｂの分光感度と、内視鏡１の各光学部材（ライトガイド６、照明光学系１１及び対物光学系１２ａ）の光学特性と、に基づいて調整した調整後のスペクトルとして示される。

また、前述のスペクトルＧＳは、例えば、基準被写体ＣＷに広帯域の緑色光を照射した際に基準被写体ＣＷから発せられる戻り光のスペクトルを、内視鏡１の撮像素子１２ｂの分光感度と、内視鏡１の各光学部材（ライトガイド６、照明光学系１１及び対物光学系１２ａ）の光学特性と、に基づいて調整した調整後のスペクトルとして示される。

また、前述のスペクトルＢＳは、例えば、基準被写体ＣＷに広帯域の青色光を照射した際に基準被写体ＣＷから発せられる戻り光のスペクトルを、内視鏡１の撮像素子１２ｂの分光感度と、内視鏡１の各光学部材（ライトガイド６、照明光学系１１及び対物光学系１２ａ）の光学特性と、に基づいて調整した調整後のスペクトルとして示される。

光源装置２は、光源駆動部２１と、発光ユニット２２と、メモリ２３と、を有して構成されている。

光源駆動部２１は、例えば、駆動回路等を具備して構成されている。また、光源駆動部２１は、プロセッサ３から出力される照明制御信号に基づき、発光ユニット２２の各光源の発光状態と、後述の蛍光素子２２ｆの配置状態と、を制御するための光源駆動信号を生成し、当該生成した光源駆動信号を発光ユニット２２へ出力するように構成されている。

具体的には、光源駆動部２１は、プロセッサ３から出力される照明制御信号に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが白色光観察モードに設定された際に、後述の狭帯域光源２２ａの光路上に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、後述の調光後の光量値に基づいて発光ユニット２２の各光源を同時に発光させるための光源駆動信号を生成し、当該生成した光源駆動信号を発光ユニット２２へ出力するように構成されている。

また、光源駆動部２１は、プロセッサ３から出力される照明制御信号に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定された際に、後述の狭帯域光源２２ａの光路外に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、発光ユニット２２の各光源を所定の順番で発光させるための光源駆動信号を生成し、当該生成した光源駆動信号を発光ユニット２２へ出力するように構成されている。

発光ユニット２２は、狭帯域光源２２ａ、２２ｂ及び２２ｃと、緑色光源２２ｄと、赤色光源２２ｅと、蛍光素子２２ｆと、を有して構成されている。

狭帯域光源２２ａは、例えば、青色ＬＥＤ（発光ダイオード）または青色ＬＤ（レーザーダイオード）等を具備し、狭帯域な青色光であるＮＢ１光を発生するように構成されている。図３は、狭帯域光モードにおいて光源装置から発せられる光の波長の一例を説明するための図である。

ＮＢ１光は、例えば、図３に示すように、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化量に対する吸収係数の変化量が後述のＮＢ２光及びＮＢ３光に比べて低くなるようなピーク波長及び波長帯域を具備している。

ＮＢ１光のピーク波長λＰ１は、酸化ヘモグロビンの吸収係数から還元ヘモグロビンの吸収係数を減じて得られる差分値ΔＡ１が後述の差分値ΔＡ２及びΔＡ３に比べて小さくなるような波長として設定されている。なお、本実施例においては、好適には、ピーク波長λＰ１が４００ｎｍ付近の波長となるように設定される。

ＮＢ１光の波長帯域は、例えば、図３に示すように、青色域において、ＮＢ２光及びＮＢ３光の波長帯域よりも短波長側に設定されている。また、ＮＢ１光の波長帯域は、例えば、図３に示すように、青色域において、ＮＢ２光及びＮＢ３光の波長帯域とそれぞれ重複しないような波長帯域として設定されている。なお、本実施例においては、好適には、ＮＢ１光の波長帯域が４１５ｎｍの波長を含むような波長帯域として設定される。

狭帯域光源２２ｂは、例えば、青色ＬＥＤまたは青色ＬＤ等を具備し、狭帯域な青色光であるＮＢ２光を発生するように構成されている。

ＮＢ２光は、例えば、図３に示すように、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化量に対する吸収係数の変化量がＮＢ１光に比べて高くなるようなピーク波長及び波長帯域を具備している。

ＮＢ２光のピーク波長λＰ２は、還元ヘモグロビンの吸収係数から酸化ヘモグロビンの吸収係数を減じて得られる差分値ΔＡ２が前述の差分値ΔＡ１に比べて大きくなるような波長として設定されている。なお、本実施例においては、好適には、ピーク波長λＰ２が４４０ｎｍ付近の波長となるように設定される。

ＮＢ２光の波長帯域は、例えば、図３に示すように、青色域において、ＮＢ１光の波長帯域よりも長波長側かつＮＢ３光の波長帯域よりも短波長側に設定されている。また、ＮＢ２光の波長帯域は、例えば、図３に示すように、青色域において、ＮＢ１光及びＮＢ３光の波長帯域とそれぞれ重複しないような波長帯域として設定されている。

すなわち、ＮＢ２光の波長帯域は、可視域（青色域）内において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸収係数が変化するような波長帯域として設定されている。

狭帯域光源２２ｃは、例えば、青色ＬＥＤまたは青色ＬＤ等を具備し、狭帯域な青色光であるＮＢ３光を発生するように構成されている。

ＮＢ３光は、例えば、図３に示すように、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化量に対する吸収係数の変化量がＮＢ１光に比べて高くなるようなピーク波長及び波長帯域を具備している。

ＮＢ３光のピーク波長λＰ３は、酸化ヘモグロビンの吸収係数から還元ヘモグロビンの吸収係数を減じて得られる差分値ΔＡ３が前述の差分値ΔＡ１に比べて大きくなる波長として設定されている。なお、本実施例においては、好適には、ピーク波長λＰ３が４７０ｎｍ付近の波長となるように設定される。

ＮＢ３光の波長帯域は、例えば、図３に示すように、青色域において、ＮＢ２光及びＮＢ３光の波長帯域よりも長波長側に設定されている。また、ＮＢ３光の波長帯域は、例えば、図３に示すように、青色域において、ＮＢ１光及びＮＢ２光の波長帯域とそれぞれ重複しないような波長帯域として設定されている。

すなわち、ＮＢ３光の波長帯域は、可視域（青色域）内において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に応じて吸収係数が変化するような波長帯域として設定されている。

緑色光源２２ｄは、例えば、緑色ＬＥＤ等を具備して構成されている。また、緑色光源２２ｄは、図３に例示するような、ＮＢ１光、ＮＢ２光及びＮＢ３光よりも広い波長帯域を具備する広帯域な緑色光であるＧ光を発生するように構成されている。なお、Ｇ光の波長帯域は、ＮＢ３光の波長帯域と重複しないように設定されているものとする。また、本実施例においては、好適には、Ｇ光の波長帯域が５４０ｎｍの波長を含むような波長帯域として設定される。

赤色光源２２ｅは、例えば、赤色ＬＥＤ等を具備して構成されている。また、赤色光源２２ｅは、図３に例示するような、ＮＢ１光、ＮＢ２光及びＮＢ３光よりも広い波長帯域を具備する広帯域な赤色光であるＲ光を発生するように構成されている。

蛍光素子２２ｆは、所定の波長が入射された場合に、入射波長とは異なる波長の光を出射する波長変換部材として機能する。具体的には、蛍光素子２２ｆは、例えば、ＮＢ１光を励起光として照射した際に、青色域においてＮＢ１光、ＮＢ２光及びＮＢ３光の最大強度となる波長帯域以外の波長帯域を少なくとも含むように設定された、スペクトルＦＷを具備する広帯域な蛍光であるＦＬ光を発する蛍光物質を用いて形成されている。また、蛍光素子２２ｆは、光源駆動部２１から出力される光源駆動信号に基づき、狭帯域光源２２ａから発せられるＮＢ１光の光路上または光路外に配置されるように構成されている。

すなわち、本実施例の広帯域光発生部は、狭帯域光源２２ａ及び蛍光素子２２ｆを具備して構成されている。

なお、本実施例の発光ユニット２２は、前述の蛍光素子２２ｆの代わりに、例えば、ＮＢ１光の照射に応じてＦＬ光を発するフォトニック結晶により形成された光学素子を具備して構成されていてもよい。

メモリ２３には、ＮＢ１光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＮＷ１と、ＮＢ２光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＮＷ２と、ＮＢ３光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＮＷ３と、Ｇ光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＧＷと、Ｒ光の波長帯域及び光量値の間の相関関係を示すスペクトルＲＷと、を具備する光源光情報が格納されている。また、メモリ２３には、蛍光素子２２ｆの励起波長を示す励起波長情報と、当該励起波長を含む励起光であるＮＢ１光を所定の光量値ＰＬで照射した際に蛍光素子２２ｆから発せられるＦＬ光のスペクトルＦＷと、を具備する蛍光情報が格納されている。

プロセッサ３は、前処理部３１と、画像信号処理部３２と、表示画像生成部３３と、制御部３４と、を有して構成されている。

前処理部３１は、例えば、ノイズ低減回路及びＡ／Ｄ変換回路等を具備し、内視鏡１から出力される撮像信号に対してノイズ除去及びＡ／Ｄ変換等の処理を施すことによりデジタルな画像信号を生成し、当該生成した画像信号を画像信号処理部３２へ出力するように構成されている。

画像信号処理部３２は、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づいて動作するように構成されている。また、画像信号処理部３２は、例えば、図４に示すように、色成分分離部３２Ａと、メモリ３２Ｂと、酸素飽和度情報取得部３２Ｃと、判定部３２Ｄと、を有して構成されている。図４は、実施例に係る生体観察システムにおける画像信号処理部の構成の一例を示す図である。

色成分分離部３２Ａは、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが白色光観察モードに設定された際に、前処理部３１から出力される画像信号を、白色光の反射光（戻り光）を撮像して得られるＲ（赤色）成分、Ｇ（緑色）成分及びＢ（青色）成分の色成分毎に分離して表示画像生成部３３へ出力するように構成されている。

色成分分離部３２Ａは、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定された際に、前処理部３１から出力される画像信号を、ＮＢ１光の反射光（戻り光）を撮像して得られるＮＢ１成分、ＮＢ２光の反射光（戻り光）を撮像して得られるＮＢ２成分、ＮＢ３光の反射光（戻り光）を撮像して得られるＮＢ３成分、Ｇ光の反射光（戻り光）を撮像して得られるＧ成分、及び、Ｒ光の反射光（戻り光）を撮像して得られるＲ成分の色成分毎に分離するための色分離処理を行うように構成されている。また、色成分分離部３２Ａは、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定された際に、前述の色分離処理により得られた各色成分を１フレーム分ずつ酸素飽和度情報取得部３２Ｃ及び表示画像生成部３３へそれぞれ出力するように構成されている。

メモリ３２Ｂには、酸素飽和度情報取得部３２Ｃの処理に用いられるルックアップテーブル（後述）が格納されている。

酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、色成分分離部３２Ａから１フレーム分ずつ出力される各色成分と、メモリ３２Ｂに格納されたルックアップテーブルと、に基づき、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎に酸素飽和度値を取得するための処理（後述）を行うように構成されている。また、酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、前述の処理により取得した酸素飽和度値に基づき、光源装置２から発せられる照明光により照明された被写体の酸素飽和度の大きさを示す酸素飽和度情報を取得し、当該取得した酸素飽和度情報を判定部３２Ｄへ出力するための処理を行うように構成されている。また、酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定された際に、酸素飽和度情報の取得及び判定部３２Ｄへの出力に係る処理を各フレーム毎に行うように構成されている。

判定部３２Ｄは、酸素飽和度情報取得部３２Ｃから出力される酸素飽和度情報に基づき、酸素飽和度の大きさが所定の閾値ＴＨ未満の領域である低酸素領域が画像内に存在するか否かを判定するための判定処理を行うように構成されている。また、判定部３２Ｄは、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定された際に、前述の判定処理を各フレーム毎に行うとともに、前述の判定処理により得られた判定結果を表示画像生成部３３へ出力するように構成されている。

表示画像生成部３３は、観察画像生成部としての機能を具備し、制御部３４から出力されるシステム制御信号と、画像信号処理部３２から出力される各色成分（色成分分離部３２Ａから出力される各色成分に対応する画像）と、に基づいて観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置４へ出力するように構成されている。

表示画像生成部３３は、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが白色光観察モードに設定された際に、画像信号処理部３２から出力されるＲ成分の輝度値を表示装置４の赤色に対応するＲチャンネルに割り当て、画像信号処理部３２から出力されるＧ成分の輝度値を表示装置４の緑色に対応するＧチャンネルに割り当て、画像信号処理部３２から出力されるＢ成分の輝度値を表示装置４の青色に対応するＢチャンネルに割り当てることにより白色光観察画像を生成するように構成されている。

表示画像生成部３３は、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定された際に、画像信号処理部３２から出力されるＧ成分の輝度値をＲチャンネルに割り当て、画像信号処理部３２から出力されるＮＢ１成分及びＮＢ２成分を加算して得られる輝度値をＧチャンネルに割り当て、画像信号処理部３２から出力されるＮＢ１成分及びＮＢ２成分を加算して得られる輝度値をＢチャンネルに割り当てることにより狭帯域光観察画像を生成するように構成されている。

表示画像生成部３３は、制御部３４から出力されるシステム制御信号と、判定部３２Ｄから出力される判定結果と、に基づき、例えば、狭帯域光観察モードにおいて画像内に低酸素領域が存在しないことを検出した場合には、前述のように生成した狭帯域光観察画像をそのまま表示装置４へ出力するように構成されている。

表示画像生成部３３は、制御部３４から出力されるシステム制御信号と、判定部３２Ｄから出力される判定結果と、に基づき、例えば、狭帯域光観察モードにおいて画像内に低酸素領域が存在することを検出した場合には、当該画像内における低酸素領域の存在を報知するための所定の記号または所定の文字列を含む視覚情報を生成し、当該生成した視覚情報を狭帯域光観察画像と併せて表示装置４へ出力するための処理を行うように構成されている。

制御部３４は、撮像素子１２ｂを駆動するための撮像素子駆動信号を生成して出力するように構成されている。

制御部３４は、スコープスイッチ１３の操作に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが白色光観察モードに設定されたことを検出した際に、メモリ１４から読み込んだ撮像光情報と、メモリ２３から読み込んだ光源光情報及び蛍光情報と、に基づいて調光処理（後述）を行うように構成されている。また、制御部３４は、生体観察システム１０１の観察モードが白色光観察モードに設定されたことを検出した際に、狭帯域光源２２ａの光路上に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、前述の調光処理により得られた調光後の光量値を用いて発光ユニット２２の各光源から同時に光を発生させるための照明制御信号を生成して光源駆動部２１へ出力するように構成されている。

制御部３４は、スコープスイッチ１３の操作に基づき、例えば、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定されたことを検出した際に、狭帯域光源２２ａの光路外に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、ＮＢ１光、ＮＢ２光、ＮＢ３光、Ｇ光、及び、Ｒ光を所定の順番で発生させるための照明制御信号を生成して光源駆動部２１へ出力するように構成されている。

制御部３４は、例えば、ＣＰＵまたは制御回路等を具備し、スコープスイッチ１３の観察モード切替スイッチにおいて設定された観察モードに対応する動作を行わせるためのシステム制御信号を生成して画像信号処理部３２及び表示画像生成部３３へ出力するように構成されている。

続いて、本実施例に係る生体観察システム１０１の作用について説明する。なお、以降においては、簡単のため、色成分分離部３２Ａの色分離処理により、前述の各色成分に対応するＮＢ１画像、ＮＢ２画像、ＮＢ３画像、Ｂ画像、Ｇ画像、及び、Ｒ画像が得られるものとして説明を進める。

ユーザは、生体観察システム１０１の各部の電源を投入した後、生体観察システム１０１の観察モードを白色光観察モードに設定するための操作をスコープスイッチ１３において行う。

制御部３４は、プロセッサ３の電源投入に伴い、プロセッサ３に接続されている内視鏡１のメモリ１４から撮像光情報を読み込むとともに、プロセッサ３に接続されている光源装置２のメモリ２３から光源光情報及び蛍光情報を読み込む。

制御部３４は、メモリ２３から読み込んだ光源光情報及び蛍光情報に基づき、スペクトルＮＷ１を具備するＮＢ１光が所定の光量値ＰＬで照射された際に、スペクトルＦＷを具備するＦＬ光が蛍光素子２２ｆから発せられることを検出する。

調光対象設定部としての機能を備えた制御部３４は、メモリ２３から読み込んだ光源光情報及び蛍光情報に基づき、当該光源光情報に含まれる各スペクトルのうち、ＦＬ光の発生に関与せず、かつ、少なくとも一部がスペクトルＦＷに重複しているものを調光対象のスペクトルとして設定する。

具体的には、制御部３４は、スペクトルＮＷ１を具備するＮＢ１光が所定の光量値ＰＬで照射された際に、例えば、図５に示すような、青色域のスペクトルＦＷ１を具備するＦＬ光が蛍光素子２２ｆから発せられることを検出した場合には、メモリ２３から読み込んだ光源光情報に含まれるスペクトルＮＷ２及びＮＷ３を調光対象のスペクトルとして設定する。図５は、スペクトルＦＷ１の一例を説明するための図である。

また、制御部３４は、スペクトルＮＷ１を具備するＮＢ１光の照射に応じ、例えば、図６に示すような、青色域から緑色域に至るスペクトルＦＷ２を具備するＦＬ光が蛍光素子２２ｆから発せられることを検出した場合には、メモリ２３から読み込んだ光源光情報に含まれるスペクトルＮＷ２、ＮＷ３及びＧＷを調光対象のスペクトルとして設定する。図６は、スペクトルＦＷ２の一例を説明するための図である。

制御部３４は、メモリ１４から読み込んだ撮像光情報に基づき、当該撮像光情報に含まれる各スペクトルのうち、調光対象のスペクトルの色域に対応するものを調光目標のスペクトルとして設定する。

具体的には、制御部３４は、例えば、スペクトルＮＷ２及びＮＷ３を調光対象のスペクトルとして設定した場合には、メモリ１４から読み込んだ撮像光情報に含まれるスペクトルＢＳを調光目標のスペクトルとして設定する。

また、制御部３４は、例えば、スペクトルＮＷ２、ＮＷ３及びＧＷを調光対象のスペクトルとして設定した場合には、メモリ１４から読み込んだ撮像光情報に含まれるスペクトルＢＳ及びＧＳを調光目標のスペクトルとして設定する。

すなわち、調光目標値設定部としての機能を備えた制御部３４は、メモリ１４から読み込んだ撮像光情報に基づき、調光対象の光の波長帯域に対応する調光目標値を設定する。

調光部としての機能を備えた制御部３４は、調光対象の各スペクトルのピーク波長における調光目標のスペクトルの光量値からスペクトルＦＷの光量値を減じる演算を行うことにより、当該調光対象のスペクトルに対応する光の調光後の光量値を取得し、当該取得した調光後の光量値を含む照明制御信号を生成して光源駆動部２１へ出力する。

具体的には、制御部３４は、例えば、スペクトルＦＷ１を具備するＦＬ光が蛍光素子２２ｆから発せられることを検出した際に、スペクトルＮＷ２のピーク波長λＰ２におけるスペクトルＢＳの光量値からスペクトルＦＷ１の光量値を減じる演算を行うことにより、ＮＢ２光の調光後の光量値ＰＮ２を取得し、スペクトルＮＷ３のピーク波長λＰ３におけるスペクトルＢＳの光量値からスペクトルＦＷ１の光量値を減じる演算を行うことにより、ＮＢ３光の調光後の光量値ＰＮ３を取得する（図７参照）。その後、制御部３４は、前述のように取得した光量値ＰＮ２及びＰＮ３と、ＮＢ１光の光量値ＰＬと、を含む照明制御信号を生成して光源駆動部２１へ出力する。図７は、スペクトルＦＷ１に応じた調光処理の一例を説明するための図である。

光源駆動部２１は、制御部３４から出力される照明制御信号に基づき、狭帯域光源２２ａの光路上に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、光量値ＰＬのＮＢ１光と、光量値ＰＮ２のＮＢ２光と、光量値ＰＮ３のＮＢ３光と、スペクトルＧＳに応じた光量値のＧ光と、スペクトルＲＳに応じた光量値のＲ光と、を同時に発生させるための光源駆動信号を生成して発光ユニット２２へ出力する。

一方、制御部３４は、例えば、スペクトルＦＷ２を具備するＦＬ光が蛍光素子２２ｆから発せられることを検出した際に、スペクトルＮＷ２のピーク波長λＰ２において、スペクトルＢＳの光量値からスペクトルＦＷ２の光量値を減じる演算を行うことにより、ＮＢ２光の調光後の光量値ＰＮ２を取得し、スペクトルＮＷ３のピーク波長λＰ３において、スペクトルＢＳの光量値からスペクトルＦＷ２の光量値を減じる演算を行うことにより、ＮＢ３光の調光後の光量値ＰＮ３を取得し、スペクトルＧＷのピーク波長λＰＧにおいて、スペクトルＧＳの光量値からスペクトルＦＷ２の光量値を減じる演算を行うことにより、Ｇ光の調光後の光量値ＰＧを取得する（図８参照）。その後、制御部３４は、前述のように取得した光量値ＰＮ２、ＰＮ３及びＰＧと、ＮＢ１光の光量値ＰＬと、を含む照明制御信号を生成して光源駆動部２１へ出力する。図８は、スペクトルＦＷ２に応じた調光処理の一例を説明するための図である。

光源駆動部２１は、制御部３４から出力される照明制御信号に基づき、狭帯域光源２２ａの光路上に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、光量値ＰＬのＮＢ１光と、光量値ＰＮ２のＮＢ２光と、光量値ＰＮ３のＮＢ３光と、光量値ＰＧのＧ光と、スペクトルＲＳに応じた光量値のＲ光と、を同時に発生させるための光源駆動信号を生成して発光ユニット２２へ出力する。

そして、本実施例によれば、白色光観察モードにおいて、以上に述べたような調光処理を施された各光を具備する白色光が照明光として被写体に照射され、当該被写体からの反射光（戻り光）を撮像して得られた撮像信号が撮像素子１２ｂから出力され、当該撮像信号に基づいて生成された画像信号が前処理部３１から出力され、当該画像信号を分離して得られたＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像に基づく白色光観察画像が生成される。そのため、本実施例によれば、狭帯域光が被写体に照射された際に、観察に適した色調を具備する白色光画像を生成することができる。

なお、本実施例によれば、例えば、白色光観察モードにおいて、ＮＢ１光、ＮＢ２光及びＮＢ３光が光源装置２から同時に発せられるとともに、スペクトルＢＳに対するスペクトルＮＷ１、ＮＷ２及びＮＷ３の欠落部分を補完するような分光推定処理が表示画像生成部３３により行われるようにしてもよい。

一方、ユーザは、内視鏡１の挿入部の先端部を被検体内の所望の観察部位の近傍に配置した状態において、生体観察システム１０１の観察モードを狭帯域光観察モードに設定するための操作をスコープスイッチ１３において行う。

制御部３４は、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定されたことを検出した際に、狭帯域光源２２ａの光路外に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、第１のタイミングｔａでＮＢ１光及びＧ光を同時に発生させ、当該第１のタイミングｔａの後の第２のタイミングｔｂでＮＢ２光及びＲ光を同時に発生させ、当該第２のタイミングｔｂの後の第３のタイミングｔｃでＮＢ３光を発生させるような動作を順次繰り返し行わせるための照明制御信号を生成して光源駆動部２１へ出力する。

光源駆動部２１は、制御部３４から出力される照明制御信号に基づき、例えば、第１のタイミングｔａで狭帯域光源２２ａ及び緑色光源２２ｄのみを発光させ、第２のタイミングｔｂで狭帯域光源２２ｂ及び赤色光源２２ｅのみを発光させ、第３のタイミングｔｃで狭帯域光源２２ｃのみを発光させるような光源駆動信号を生成して発光ユニット２２へ出力する。そして、このような光源駆動部２１の動作に応じ、狭帯域光観察モードにおいて、ＮＢ１光及びＧ光と、ＮＢ２光及びＲ光と、ＮＢ３光と、が照明光学系１１を経て順次照射され、当該被写体からの反射光（戻り光）を撮像して得られた撮像信号が撮像素子１２ｂから出力され、撮像素子１２ｂからの撮像信号に基づいて生成された画像信号が前処理部３１から出力される。

色成分分離部３２Ａは、前処理部３１から出力される画像信号を、ＮＢ１画像、ＮＢ２画像、ＮＢ３画像、Ｇ画像、及び、Ｒ画像に分離するための色分離処理を行い、当該色分離処理により得られた各画像を１フレーム分ずつ酸素飽和度情報取得部３２Ｃ及び表示画像生成部３３へそれぞれ出力する。

酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、色成分分離部３２Ａから出力されるＮＢ１画像及びＮＢ２画像に基づき、ＮＢ２画像における注目画素Ｐｉの輝度値からＮＢ１画像における当該注目画素Ｐｉの輝度値を除することにより除算値ＤＡを算出する処理を行う。また、酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、色成分分離部３２Ａから出力されるＮＢ１画像及びＮＢ３画像に基づき、ＮＢ３画像における注目画素Ｐｉの輝度値からＮＢ１画像における当該注目画素Ｐｉの輝度値を除することにより除算値ＤＢを算出するための処理を行う。

ここで、メモリ３２Ｂに格納されているルックアップテーブルは、例えば、図９のような、除算値ＤＡをＸ座標値として規定したＸ軸と、除算値ＤＢをＹ座標値として規定したＹ軸と、を具備する直交座標系（以降、ＸＹ座標系と略記する）に対し、０％〜１００％の値として示される酸素飽和度値をＶ座標値として規定したＶ軸を加えたものとして表される。また、図９のＶ軸は、ＸＹ座標系において負の傾きを具備する線分として表される。そのため、図９に例示したルックアップテーブルによれば、例えば、除算値ＤＡが除算値ＤＢに比べて大きい場合には相対的に大きな酸素飽和度値が取得される一方で、除算値ＤＡが除算値ＤＢに比べて小さい場合には相対的に小さな酸素飽和度値が取得される。図９は、酸素飽和度値の取得に係る処理に用いられるルックアップテーブルの一例を示す図である。

酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、除算値ＤＡ及びＤＢと、図９のようなＸＹ座標系及びＶ軸を含むルックアップテーブルと、に基づき、除算値ＤＡ及びＤＢに対応する座標（Ｘｄ，Ｙｄ）をＸＹ座標系内において特定し、さらに、当該特定した座標（Ｘｄ，Ｙｄ）からＶ軸へ向かう垂線とＶ軸との交点のＶ座標値を注目画素Ｐｉの酸素飽和度値Ｖｄｉとして取得するような処理を行う（図１０参照）。図１０は、図９のルックアップテーブルを用いて酸素飽和度を取得する際に行われる処理を説明するための図である。

酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、以上に述べたような処理を、注目画素Ｐｉを変更しながら繰り返し行うことにより、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎に酸素飽和度値Ｖｄを取得する。

そして、酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎の酸素飽和度値Ｖｄを酸素飽和度情報として判定部３２Ｄへ出力する。または、酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎の酸素飽和度値Ｖｄの平均値である平均酸素飽和度値ＡＶｄを算出し、当該算出した平均酸素飽和度値ＡＶｄを酸素飽和度情報として判定部３２Ｄへ出力する。あるいは、酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、１フレーム分の画像内に設定された所定の関心領域に含まれる各画素毎の酸素飽和度値Ｖｄの平均値である平均酸素飽和度値ＲＶｄを算出し、当該算出した平均酸素飽和度値ＲＶｄを酸素飽和度情報として判定部３２Ｄへ出力する。なお、本実施例においては、好適には、前記所定の関心領域が画像の中央部を含むような領域として設定される。

判定部３２Ｄは、狭帯域光観察モードにおいて、酸素飽和度情報取得部３２Ｃから出力される酸素飽和度情報に基づき、画像内に低酸素領域が存在するか否かを判定するための判定処理を行う。

具体的には、判定部３２Ｄは、酸素飽和度情報取得部３２Ｃから出力される酸素飽和度情報に基づき、例えば、当該酸素飽和度情報における各酸素飽和度値Ｖｄの中に閾値ＴＨ未満を満たすものが１つ以上含まれていることを検出した場合には、画像内に低酸素領域が存在するものと判定するとともに、当該酸素飽和度情報における各酸素飽和度値Ｖｄの中に閾値ＴＨ未満のものが存在しないことを検出した場合には、画像内に低酸素領域が存在しないものと判定する。

または、判定部３２Ｄは、酸素飽和度情報取得部３２Ｃから出力される酸素飽和度情報に基づき、例えば、当該酸素飽和度情報に含まれる平均酸素飽和度値ＡＶｄあるいは平均酸素飽和度値ＲＶｄの一方の値が閾値ＴＨ未満である場合には、画像内に低酸素領域が存在するものと判定するとともに、当該酸素飽和度情報に含まれる当該一方の値が閾値ＴＨ以上である場合には、画像内に低酸素領域が存在しないものと判定する。

そして、判定部３２Ｄは、以上に述べたような判定処理を行うことにより得られた判定結果を表示画像生成部３３へ出力する。

なお、本実施例においては、例えば、判定部３２Ｄの判定処理に用いられる閾値ＴＨを３０％に設定することにより、２０〜３０％程度の酸素飽和度を示す癌等の病変の有無を好適に検出することができる。

表示画像生成部３３は、狭帯域光観察モードにおいて、判定部３２Ｄから出力される判定結果に基づき、画像内に低酸素領域が存在しないことを検出した場合には、狭帯域光観察画像をそのまま表示装置４へ出力する。

また、表示画像生成部３３は、狭帯域光観察モードにおいて、判定部３２Ｄから出力される判定結果に基づき、画像内に低酸素領域が存在することを検出した場合には、当該画像内における低酸素領域の存在を報知するための所定の記号または所定の文字列を含む視覚情報を生成し、当該生成した視覚情報を狭帯域光観察画像と併せて表示装置４へ出力するための処理を行う。そして、このような表示画像生成部３３の処理によれば、例えば、図１１に示すように、狭帯域光観察画像と、当該狭帯域光観察画像の外部の所定の位置において点灯または点滅するアイコン７１と、が表示装置４の画面内に併せて表示される。図１１は、低酸素領域の存在を報知する際の表示態様の一例を示す図である。

なお、本実施例の表示画像生成部３３は、狭帯域光観察モードにおいて、画像内に低酸素領域が存在することを検出した際に、当該画像内の低酸素領域の存在を報知するための視覚情報を生成し、当該生成した視覚情報を狭帯域光観察画像と併せて表示装置４へ出力するための処理を行うものに限らず、例えば、当該画像内の低酸素領域の存在を報知するための音声情報を生成し、当該生成した音声情報をスピーカ等の音声出力装置へ出力しつつ、狭帯域光観察画像を表示装置４へ出力するための処理を行うようにしてもよい。

以上に述べたように、本実施例によれば、狭帯域光観察モードにおいて、狭帯域光観察画像における画像全域の色調を変更することなく、動脈血及び静脈血に比べて低い酸素飽和度を示す病変の存在の有無を術者に報知することができる。そのため、本実施例によれば、狭帯域光観察モードにおいて、病変の診断の際の術者の負担を軽減することができる。

一方、本実施例によれば、狭帯域観察モードにおいて、狭帯域光観察画像及びアイコン７１の代わりに、例えば、低酸素領域の存在を報知するための視覚情報として、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎の酸素飽和度値Ｖｄを視覚的に認識可能な酸素飽和度画像が表示装置４に表示されるようにしてもよい。このような場合における具体的な処理の一例について以下に説明する。

制御部３４は、生体観察システム１０１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定されたことを検出した際に、狭帯域光源２２ａの光路外に蛍光素子２２ｆを配置させるとともに、第１のタイミングｔａでＮＢ１光を発生させ、当該第１のタイミングｔａの後の第２のタイミングｔｂでＮＢ２光を発生させ、当該第２のタイミングｔｂの後の第３のタイミングｔｃでＮＢ３光を発生させるような動作を順次繰り返し行わせるための照明制御信号を生成して光源駆動部２１へ出力する。

光源駆動部２１は、制御部３４から出力される照明制御信号に基づき、例えば、第１のタイミングｔａで狭帯域光源２２ａのみを発光させ、第２のタイミングｔｂで狭帯域光源２２ｂのみを発光させ、第３のタイミングｔｃで狭帯域光源２２ｃのみを発光させるような光源駆動信号を生成して発光ユニット２２へ出力する。そして、このような光源駆動部２１の動作に応じ、狭帯域光観察モードにおいて、ＮＢ１光と、ＮＢ２光と、ＮＢ３光と、が照明光学系１１を経て順次照射され、当該被写体からの反射光（戻り光）を撮像して得られた撮像信号が撮像素子１２ｂから出力され、撮像素子１２ｂからの撮像信号に基づいて生成された画像信号が前処理部３１から出力される。

酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、前述のような処理を行うことにより、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎に酸素飽和度値Ｖｄを取得する。そして、酸素飽和度情報取得部３２Ｃは、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎の酸素飽和度値Ｖｄを酸素飽和度情報として判定部３２Ｄへ出力する。

判定部３２Ｄは、前述のような、画像内の低酸素領域の有無に係る判定処理を行わずに、酸素飽和度情報取得部３２Ｃから出力される酸素飽和度情報をそのまま表示画像生成部３３へ出力する。

表示画像生成部３３は、狭帯域光観察モードにおいて、判定部３２Ｄから出力される酸素飽和度情報に基づき、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎の酸素飽和度値Ｖｄを視覚的に認識可能な酸素飽和度画像を生成して表示装置４へ出力する。

具体的には、表示画像生成部３３は、例えば、前処理部３１のＡ／Ｄ変換処理における階調値の最大値に対して酸素飽和度値Ｖｄを乗じて得られる乗算値に応じた輝度値を具備する画像を、前述の酸素飽和度画像として生成する。そして、このような処理によれば、例えば、前処理部３１のＡ／Ｄ変換処理における階調値の最大値が２５５である場合には、酸素飽和度値Ｖｄ＝９８％の画素の輝度値が２５０となるような酸素飽和度画像が生成される。

本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

１ 内視鏡
２ 光源装置
３ プロセッサ
４ 表示装置
５ 入力装置
６ ライトガイド
１１ 照明光学系
１２ 撮像部
１３ スコープスイッチ
１４ メモリ
２１ 光源駆動部
２２ 発光ユニット
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 狭帯域光源
２２ｄ 緑色光源
２２ｅ 赤色光源
２２ｆ 蛍光素子
２３ メモリ
３１ 前処理部
３２ 画像信号処理部
３３ 表示画像生成部
３４ 制御部
１０１ 生体観察システム
１２１ 原色カラーフィルタ

日本国特開２０１２−６６０６５号公報

Claims (4)

1. 所定の波長帯域内において、血中ヘモグロビンの吸収特性に応じた相互に異なる複数の波長帯域を有する狭帯域光と、前記所定の波長帯域とは異なる波長帯域における広帯域光と、を照射可能な光源部と、
   前記光源部からの光が照射された被写体からの光を受光するとともに、前記所定の波長帯域に感度を有する画素と、前記広帯域光の波長帯域に感度を有する画素とを有し、各々の画素に対応する前記被写体の撮像信号を生成する撮像部と、
   前記狭帯域光を前記光源部から前記複数の波長帯域毎に順次発生させる第１のモード、または、前記狭帯域光及び前記広帯域光を前記光源部から同時に発生させる第２のモードのいずれかに切り替えるための制御を行う制御部と、
   前記制御部の制御に基づき、前記第２のモード時に、前記狭帯域光及び前記広帯域光と、前記所定の波長帯域内かつ前記狭帯域光における最大の強度となる波長帯域以外の光と、を前記被写体に照射させるように前記光源部を駆動する光源駆動部と、
   前記第１のモード時に生成される前記被写体の複数の撮像信号を用いて狭帯域光画像を生成し、前記第２のモード時に生成される前記被写体の撮像信号を用いて広帯域光画像を生成する画像生成部と、
   前記複数の波長帯域のうち最も短波長側の光が入射され、前記最も短波長側の光よりも長波長かつ広帯域の波長特性の光を発生する波長変換部材と、
   前記波長変換部材の発光スペクトルの情報が格納されている記憶部と、を有し、
   前記光源駆動部は、前記第２のモード時に、前記最も短波長側である光の光路上に前記波長変換部材を配置させ、前記第１のモード時に、前記最も短波長側である光の光路外に前記波長変換部材を配置させ、
   前記制御部は、前記第２のモード時に、前記記憶部に格納された前記波長変換部材の発光スペクトルに基づいて調光目標値を設定し、当該設定した調光目標値に基づき、前記最も短波長側の光以外の他の波長帯域の光の光量を調整する
   ことを特徴とする生体観察システム。
2. 前記画像生成部は、前記第１のモード時に、前記複数の撮像信号間における演算処理を行うことにより、前記被写体における低酸素領域の存在を報知するための視覚情報を生成し、前記第２のモード時に、前記複数の撮像信号と前記広帯域光に対応する撮像信号とを表示装置のそれぞれ異なる色チャンネルに割り当てることにより前記広帯域光画像を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体観察システム。
3. 前記画像生成部は、前記第２のモード時に、前記所定の波長帯域内における前記狭帯域光の波長帯域以外の波長帯域を補完するための演算処理を前記撮像信号に対して施す
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体観察システム。
4. 前記所定の波長帯域は、青色の波長帯域であり、
   前記所定の波長帯域とは異なる波長帯域には、緑色の波長帯域が含まれており、
   前記撮像部は、赤色の波長帯域に感度を有する画素をさらに有し、
   前記光源部は、前記被写体の酸素飽和度計測用の青色の波長帯域の光を前記狭帯域光として発する複数の半導体発光素子と、前記緑色の波長帯域にピークを有する光、及び、前記赤色の波長帯域にピークを有する光を前記広帯域光として発光する複数の半導体発光素子と、を有し、
   前記画像生成部は、前記第１のモード時に、前記所定の波長帯域に感度を有する画素において時系列的に生成された前記狭帯域光に対応する複数の撮像信号間で演算処理を行うことにより、前記被写体における低酸素領域の存在を報知するための視覚情報を生成し、前記第２のモード時に、前記青色の波長帯域に感度を有する画素と、前記緑色の波長帯域に感度を有する画素と、前記赤色の波長帯域に感度を有する画素と、において生成された撮像信号を表示装置のそれぞれ異なる色チャンネルに割り当てることにより前記広帯域光画像を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体観察システム。

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