JP6210923B2

JP6210923B2 - 生体観察システム

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Publication number: JP6210923B2
Application number: JP2014078870A
Authority: JP
Inventors: 五十嵐　誠; 誠五十嵐
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2017-10-11
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Description

本発明は、生体観察システムに関し、特に、生体組織の観察に用いられる生体観察システムに関するものである。

医療分野の内視鏡観察においては、例えば、所定の波長帯域を具備するように狭帯域化された光である狭帯域光を生体粘膜等の被写体に照射して得られた狭帯域光観察画像に基づき、当該被写体に含まれる病変の種類及び悪性度等を特定するような診断手法が従来知られている。そして、例えば、特許文献１には、前述のような診断手法に適用可能な構成を具備する内視鏡システムが開示されている。

具体的には、特許文献１には、内視鏡システムにおいて、４１０±１０ｎｍの波長帯域に設定された狭帯域光Ｎ１と、４４０±１０ｎｍの波長帯域に設定された狭帯域光Ｎ２と、４７０±１０ｎｍの波長帯域に設定された狭帯域光Ｎ３と、５４０±１０ｎｍの波長帯域に設定された狭帯域光Ｎ４と、を順次被写体に照射し、当該被写体に照射された狭帯域光Ｎ１及びＮ４の戻り光に基づいて血管強調画像を生成し、当該被写体に照射された狭帯域光Ｎ２〜Ｎ４の戻り光に基づいて酸素飽和度画像を生成し、当該生成した血管強調画像及び酸素飽和度画像をモニタに並列表示させるための構成が開示されている。

ここで、特許文献１に開示された構成によれば、例えば、特殊観察モードにおいて、白色光を生体粘膜等の被写体に照射して得られる白色光観察画像とは大幅に異なる色調を具備する血管強調画像及び酸素飽和度画像が常にモニタに並列表示される。そのため、特許文献１に開示された構成によれば、特殊観察モードにおいてモニタに表示される画像を確認しながら病変の診断を行う際に、術者に過度な負担を強いてしまう、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、病変の診断の際の術者の負担を軽減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、被写体を照明するための照明光として、青色光である第１の光と、前記第１の光よりも長波長側の青色光である第２の光と、前記第１の光及び前記第２の光よりも短波長側の青色光である第３の光と、赤色光である第４の光と、緑色光である第５の光と、を発生する照明光発生部と、前記被写体からの光を受光し、前記被写体の撮像信号を生成する撮像部と、前記撮像信号に基づき、前記被写体の観察画像を生成して表示装置へ出力する観察画像生成部と、前記被写体の酸素飽和度情報を取得するための処理として、前記第１の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第１の画像と、前記第２の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第２の画像と、前記第３の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第３の画像と、に基づき、前記第１の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第１の除算値と、前記第２の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第２の除算値と、の組み合わせに対応する酸素飽和度値を、前記被写体を撮像して得られた画像内の各画素毎に取得する処理を行う酸素飽和度情報取得部と、前記酸素飽和度情報に基づき、前記被写体を撮像して得られた画像内に、酸素飽和度の大きさが所定の閾値未満の領域である低酸素領域が存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られた際に、前記観察画像生成部から前記表示装置への前記観察画像の出力に併せて低酸素状態である旨を報知し、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られない際に、前記低酸素状態である旨を報知せず前記観察画像を前記表示装置に出力する報知処理部と、を有し、前記第１の光及び前記第２の光は、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ような波長帯域を具備し、前記第３の光は、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前記第１の光及び前記第２の光に比べて低くなるような波長帯域を具備し、前記報知処理部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第４の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第４の画像に前記第１の除算値または前記第２の除算値を乗じる処理を行い、前記観察画像生成部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第１の除算値または前記第２の除算値が乗じられた前記第４の画像の輝度値を前記表示装置の赤色チャンネルに割り当て、前記第５の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第５の画像の輝度値を前記表示装置の緑色チャンネルに割り当て、前記第１の画像、前記第２の画像及び前記第３の画像を加算して得られる輝度値を前記表示装置の青色チャンネルに割り当てることにより前記観察画像を生成する。
本発明の一態様の生体観察システムは、被写体を照明するための照明光として、青色光である第１の光と、前記第１の光よりも長波長側の青色光である第２の光と、前記第１の光及び前記第２の光よりも短波長側の青色光である第３の光と、緑色光である第４の光と、を発生する照明光発生部と、前記被写体からの光を受光し、前記被写体の撮像信号を生成する撮像部と、前記撮像信号に基づき、前記被写体の観察画像を生成して表示装置へ出力する観察画像生成部と、前記被写体の酸素飽和度情報を取得するための処理として、前記第１の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第１の画像と、前記第２の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第２の画像と、前記第３の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第３の画像と、に基づき、前記第１の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第１の除算値と、前記第２の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第２の除算値と、の組み合わせに対応する酸素飽和度値を、前記被写体を撮像して得られた画像内の各画素毎に取得する処理を行う酸素飽和度情報取得部と、前記酸素飽和度情報に基づき、前記被写体を撮像して得られた画像内に、酸素飽和度の大きさが所定の閾値未満の領域である低酸素領域が存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られた際に、前記観察画像生成部から前記表示装置への前記観察画像の出力に併せて低酸素状態である旨を報知し、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られない際に、前記低酸素状態である旨を報知せず前記観察画像を前記表示装置に出力する報知処理部と、を有し、前記第１の光及び前記第２の光は、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ような波長帯域を具備し、前記第３の光は、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前記第１の光及び前記第２の光に比べて低くなるような波長帯域を具備し、前記報知処理部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第４の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第４の画像に前記第１の除算値または前記第２の除算値を乗じる処理を行い、前記観察画像生成部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第１の除算値または前記第２の除算値が乗じられた前記第４の画像の輝度値を前記表示装置の赤色チャンネルに割り当て、前記第１の画像及び前記第３の画像を加算して得られる輝度値を前記表示装置の緑色チャンネルに割り当て、前記第１の画像及び前記第３の画像を加算して得られる輝度値を前記表示装置の青色チャンネルに割り当てることにより前記観察画像を生成する。

本発明における生体観察システムによれば、病変の診断の際の術者の負担を軽減することができる。

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特性の一例を示す図。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。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５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。酸素飽和度マスク画像の一例を示す図。酸素飽和度マスク画像の、図８とは異なる例を示す図。低酸素領域が存在する場合における白色光観察画像の表示態様の一例を示す図。低酸素領域が存在する場合における白色光観察画像の表示態様の、図１０とは異なる例を示す図。低酸素領域が存在する場合における狭帯域光観察画像の表示態様の一例を示す図。低酸素領域が存在する場合における狭帯域光観察画像の表示態様の、図１２とは異なる例を示す図。

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。

（第１の実施例）
図１から図７は、本発明の第１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特性の一例を示す図である。

すなわち、本実施例の撮像部１２は、Ｒ光（後述）により照明された被写体を赤色域に感度を有する画素群で撮像し、Ｇ光（後述）により照明された被写体を緑色域に感度を有する画素群で撮像し、ＮＢ１光（後述）により照明された被写体、ＮＢ２光（後述）により照明された被写体、及び、ＮＢ３光（後述）により照明された被写体を青色域に感度を有する画素群で撮像するように構成されている。

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。

光源装置２は、光源駆動部２１と、発光ユニット２２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、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、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赤色光であるＲ光を発生するように構成されている。

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、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、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、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づき、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、制御部３４から出力されるシステム制御信号に基づき、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ことを検出した場合には、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ＮＢ１成分、ＮＢ２成分及びＮＢ３成分を加算して得られる輝度値を表示装置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ことを検出した場合には、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、判定部３２Ｄから出力される判定結果に基づき、例えば、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、観察画像（白色光観察画像または狭帯域光観察画像）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、判定部３２Ｄから出力される判定結果に基づき、例えば、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観察画像（白色光観察画像または狭帯域光観察画像）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。

すなわち、本実施例の表示画像生成部３３は、報知処理部としての機能を具備し、画像内に低酸素領域が存在するとの判定結果が判定部３２Ｄにより得られた際に、当該低酸素領域の存在を報知するための処理を、表示装置４への観察画像（白色光観察画像または狭帯域光観察画像）の出力に併せて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、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、Ｇ画像、及び、Ｒ画像が得られるものとして説明を進める。

制御部３４は、プロセッサ３の電源投入に伴い、例えば、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、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５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５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５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５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５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６参照）。図６は、図５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、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、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、観察画像（白色光観察画像また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、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観察画像（白色光観察画像または狭帯域光観察画像）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７に示すように、観察画像（白色光観察画像または狭帯域光観察画像）と、当該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７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、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、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、白色光観察画像及び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。また、本実施例によれば、白色光観察モード時における病変の見逃しを極力防ぐことができる。そのため、本実施例によれば、病変の診断の際の術者の負担を軽減することができる。

（第２の実施例）
図８から図１３は、本発明の第２の実施例に係るものである。

なお、本実施例においては、表示画像生成部３３の処理が第１の実施例とは異なる一方で、表示画像生成部３３の処理以外については第１の実施例の構成等を援用することができる。そのため、本実施例においては、第１の実施例の構成等を援用可能な部分に関する詳細な説明を省略しつつ、表示画像生成部３３の処理に関する説明を主に行うものとする。

表示画像生成部３３は、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おいて、ＮＢ２画像の輝度値をＮＢ１画像の輝度値で除することにより、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎の除算値ＤＡの算出結果に相当する酸素飽和度マスク画像ＭＢ１を生成する。または、表示画像生成部３３は、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おいて、ＮＢ３画像の輝度値をＮＢ１画像の輝度値で除することにより、１フレーム分の画像に含まれる各画素毎の除算値ＤＢの算出結果に相当する酸素飽和度マスク画像ＭＢ２を生成する。図８は、酸素飽和度マスク画像の一例を示す図である。図９は、酸素飽和度マスク画像の、図８とは異なる例を示す図である。

酸素飽和度マスク画像ＭＢ１は、図８に示すように、相対的に小さな除算値ＤＡを具備する低酸素領域が暗い領域として示されるとともに、相対的に大きな除算値ＤＡを具備する非低酸素領域が明るい領域として示されるような画像として生成される。また、酸素飽和度マスク画像ＭＢ１の各除算値ＤＡは、１未満の値として算出される。

酸素飽和度マスク画像ＭＢ２は、図９に示すように、相対的に大きな除算値ＤＢを具備する低酸素領域が明るい領域として示されるとともに、相対的に小さな除算値ＤＢを具備する非低酸素領域が暗い領域として示されるような画像として生成される。また、酸素飽和度マスク画像ＭＢ２の各除算値ＤＢは、１以上の値として算出される。

表示画像生成部３３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、かつ、画像内に低酸素領域が存在することを検出した場合において、酸素飽和度マスク画像ＭＢ１またはＭＢ２を画像信号処理部３２から出力されるＲ画像に乗じて得られた輝度値を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Ｇ画像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ＮＢ１画像、ＮＢ２画像及びＮＢ３画像を加算して得られる輝度値を表示装置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。

前述の表示画像生成部３３の処理により、例えば、酸素飽和度マスク画像ＭＢ１がＲ画像に乗じられた場合には、図１０に示すような白色光観察画像が表示装置４に表示される。図１０は、低酸素領域が存在する場合における白色光観察画像の表示態様の一例を示す図である。

図１０の白色光観察画像における低酸素領域は、酸素飽和度の低さに応じて強度が増加するようなシアン色で表示される。また、図１０の白色光観察画像における非低酸素領域は、画像内に低酸素領域が存在しない場合と略同様の色調で表示される。

前述の表示画像生成部３３の処理により、例えば、酸素飽和度マスク画像ＭＢ２がＲ画像に乗じられた場合には、図１１に示すような白色光観察画像が表示装置４に表示される。図１１は、低酸素領域が存在する場合における白色光観察画像の表示態様の、図１０とは異なる例を示す図である。

図１１の白色光観察画像における低酸素領域は、酸素飽和度の低さに応じて強度が増加するような赤色で表示される。また、図１１の白色光観察画像における非低酸素領域は、画像内に低酸素領域が存在しない場合と略同様の色調で表示される。

一方、表示画像生成部３３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、かつ、画像内に低酸素領域が存在することを検出した場合において、酸素飽和度マスク画像ＭＢ１またはＭＢ２を画像信号処理部３２から出力されるＧ画像に乗じて得られた輝度値を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。

前述の表示画像生成部３３の処理により、例えば、酸素飽和度マスク画像ＭＢ１がＧ画像に乗じられた場合には、図１２に示すような狭帯域光観察画像が表示装置４に表示される。図１２は、低酸素領域が存在する場合における狭帯域光観察画像の表示態様の一例を示す図である。

図１２の狭帯域光観察画像における低酸素領域は、酸素飽和度の低さに応じて強度が増加するようなシアン色で表示される。また、図１２の狭帯域光観察画像における非低酸素領域は、画像内に低酸素領域が存在しない場合と略同様の色調で表示される。

前述の表示画像生成部３３の処理により、例えば、酸素飽和度マスク画像ＭＢ２がＧ画像に乗じられた場合には、図１３に示すような狭帯域光観察画像が表示装置４に表示される。図１３は、低酸素領域が存在する場合における狭帯域光観察画像の表示態様の、図１２とは異なる例を示す図である。

図１３の狭帯域光観察画像における低酸素領域は、酸素飽和度の低さに応じて強度が増加するような赤色で表示される。また、図１３の狭帯域光観察画像における非低酸素領域は、画像内に低酸素領域が存在しない場合と略同様の色調で表示される。

すなわち、本実施例の表示画像生成部３３は、報知処理部としての機能を具備し、画像内に低酸素領域が存在するとの判定結果が判定部３２Ｄにより得られた際に、当該低酸素領域の存在を報知するための処理を、観察画像（白色光観察画像または狭帯域光観察画像）の生成に併せて行うように構成されている。また、本実施例の表示画像生成部３３は、画像内に低酸素領域が存在するとの判定結果が判定部３２Ｄにより得られた際に、観察画像に含まれる低酸素領域の色調を、除算値ＤＡまたは除算値ＤＢに基づいて変更するための処理を行うように構成されている。

以上に述べたように、本実施例によれば、白色光観察画像及び狭帯域光観察画像において、動脈血及び静脈血に比べて低い酸素飽和度を示す病変が存在する位置を容易に特定可能な情報を術者に提示することができる。また、本実施例によれば、白色光観察モード時における病変の見逃しを極力防ぐことができる。さらに、本実施例によれば、狭帯域光モード時において、術者個人の読影の習熟度に極力依存することなく、病変の種類及び悪性度等を特定可能な狭帯域光観察画像を表示させることができる。そのため、本実施例によれば、病変の診断の際の術者の負担を軽減することができる。

なお、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
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
３１前処理部
３２画像信号処理部
３２Ａ色成分分離部
３２Ｂメモリ
３２Ｃ酸素飽和度情報取得部
３２Ｄ判定部
３３表示画像生成部
３４制御部
１０１生体観察システム

日本国特開２０１３−１３６５６号公報

Claims

被写体を照明するための照明光として、青色光である第１の光と、前記第１の光よりも長波長側の青色光である第２の光と、前記第１の光及び前記第２の光よりも短波長側の青色光である第３の光と、赤色光である第４の光と、緑色光である第５の光と、を発生する照明光発生部と、
前記被写体からの光を受光し、前記被写体の撮像信号を生成する撮像部と、
前記撮像信号に基づき、前記被写体の観察画像を生成して表示装置へ出力する観察画像生成部と、
前記被写体の酸素飽和度情報を取得するための処理として、前記第１の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第１の画像と、前記第２の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第２の画像と、前記第３の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第３の画像と、に基づき、前記第１の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第１の除算値と、前記第２の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第２の除算値と、の組み合わせに対応する酸素飽和度値を、前記被写体を撮像して得られた画像内の各画素毎に取得する処理を行う酸素飽和度情報取得部と、
前記酸素飽和度情報に基づき、前記被写体を撮像して得られた画像内に、酸素飽和度の大きさが所定の閾値未満の領域である低酸素領域が存在するか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られた際に、前記観察画像生成部から前記表示装置への前記観察画像の出力に併せて低酸素状態である旨を報知し、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られない際に、前記低酸素状態である旨を報知せず前記観察画像を前記表示装置に出力する報知処理部と、を有し、
前記第１の光及び前記第２の光は、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ような波長帯域を具備し、
前記第３の光は、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前記第１の光及び前記第２の光に比べて低くなるような波長帯域を具備し、
前記報知処理部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第４の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第４の画像に前記第１の除算値または前記第２の除算値を乗じる処理を行い、
前記観察画像生成部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第１の除算値または前記第２の除算値が乗じられた前記第４の画像の輝度値を前記表示装置の赤色チャンネルに割り当て、前記第５の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第５の画像の輝度値を前記表示装置の緑色チャンネルに割り当て、前記第１の画像、前記第２の画像及び前記第３の画像を加算して得られる輝度値を前記表示装置の青色チャンネルに割り当てることにより前記観察画像を生成する
ことを特徴とする生体観察システム。
被写体を照明するための照明光として、青色光である第１の光と、前記第１の光よりも長波長側の青色光である第２の光と、前記第１の光及び前記第２の光よりも短波長側の青色光である第３の光と、緑色光である第４の光と、を発生する照明光発生部と、
前記被写体からの光を受光し、前記被写体の撮像信号を生成する撮像部と、
前記撮像信号に基づき、前記被写体の観察画像を生成して表示装置へ出力する観察画像生成部と、
前記被写体の酸素飽和度情報を取得するための処理として、前記第１の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第１の画像と、前記第２の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第２の画像と、前記第３の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第３の画像と、に基づき、前記第１の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第１の除算値と、前記第２の画像の輝度値から前記第３の画像の輝度値を除して得られる第２の除算値と、の組み合わせに対応する酸素飽和度値を、前記被写体を撮像して得られた画像内の各画素毎に取得する処理を行う酸素飽和度情報取得部と、
前記酸素飽和度情報に基づき、前記被写体を撮像して得られた画像内に、酸素飽和度の大きさが所定の閾値未満の領域である低酸素領域が存在するか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られた際に、前記観察画像生成部から前記表示装置への前記観察画像の出力に併せて低酸素状態である旨を報知し、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が得られない際に、前記低酸素状態である旨を報知せず前記観察画像を前記表示装置に出力する報知処理部と、を有し、
前記第１の光及び前記第２の光は、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ような波長帯域を具備し、
前記第３の光は、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前記第１の光及び前記第２の光に比べて低くなるような波長帯域を具備し、
前記報知処理部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第４の光により照明された前記被写体を撮像して得られた第４の画像に前記第１の除算値または前記第２の除算値を乗じる処理を行い、
前記観察画像生成部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記第１の除算値または前記第２の除算値が乗じられた前記第４の画像の輝度値を前記表示装置の赤色チャンネルに割り当て、前記第１の画像及び前記第３の画像を加算して得られる輝度値を前記表示装置の緑色チャンネルに割り当て、前記第１の画像及び前記第３の画像を加算して得られる輝度値を前記表示装置の青色チャンネルに割り当てることにより前記観察画像を生成する
ことを特徴とする生体観察システム。
前記判定部は、前記酸素飽和度情報取得部により算出された各酸素飽和度値の中に、前記所定の閾値未満のものが１つ以上含まれていることを検出した場合に、前記被写体を撮像して得られた画像内に前記低酸素領域が存在するものと判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の生体観察システム。
前記酸素飽和度情報取得部は、前記酸素飽和度情報を取得するための処理として、さらに、前記被写体を撮像して得られた画像内の各画素毎の酸素飽和度値の平均値を算出する処理、または、前記被写体を撮像して得られた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の平均値を算出する処理を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載の生体観察システム。
前記判定部は、前記酸素飽和度情報取得部により算出された前記平均値が前記所定の閾値未満であることを検出した場合に、前記被写体を撮像して得られた画像内に前記低酸素領域が存在するものと判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の生体観察システム。
前記報知処理部は、前記低酸素領域が存在するとの判定結果が前記判定部により得られた際に、前記低酸素領域の存在を報知するための処理として、前記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前記観察画像と併せて前記表示装置へ出力する処理を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載の生体観察システム。