JP6731110B2 - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸素飽和度などの生体機能情報を使用する内視鏡システム及びその作動方法に関する。

医療分野においては、光源装置、内視鏡、及びプロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いて診断することが一般的になっている。特に、単に観察対象を撮像するだけでなく、観察対象に照射する照明光の波長を工夫したり、観察対象を撮像して得た画像信号に分光推定処理等の信号処理を施したりすることによって、血管または腺管構造等の特定の組織または構造を強調した観察画像を得る内視鏡システムが普及している。

また、近年においては、観察対象を撮像して得られる画像信号に基づいて、生体機能情報を計測し、この生体機能情報を診断時に利用することが行われている。例えば、ガンなどの病変部は低酸素状態となることが知られているため、生体機能情報の中でも酸素飽和度を計測して診断に用いることによって、病変部の検出が容易になる（特許文献１、２参照）。しかしながら、観察対象においてビリルビンやステルコビリン等の黄色色素を含む残液が存在する場合には、それら残液が生体機能情報の計測精度に影響を及ぼすことが知られている。これに対して、特許文献１では、黄色色素が観察対象に付着している状況下においても、酸素飽和度を正確に算出できるようにしている。

特開２０１５−１７７９６１号公報 特開２０１１−１９４０２８号公報

上記のように、観察対象において黄色色素などの残液がある場合には、ユーザーが送水して残液を除去するようにしている。しかしながら、酸素飽和度などの生体機能情報の計測精度を十分に得るために、どの程度まで残液の除去を行えばよいかが分からないと、残液の除去に必要以上の時間をかけてしまうことが起り得る。この場合には、内視鏡の検査時間の増加につながり、患者に負担をかけてしまうことになる。

本発明は、残液に関する情報を取得して、残液の除去を効率的に行う内視鏡システム及びその作動方法を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡システムは、光源と、光源から出射された照明光が照射された観察対象を撮像する内視鏡と、システム制御及び画像処理を行うプロセッサ装置と、を備える内視鏡システムであって、観察対象を撮像して得られる複数の波長帯域の画像信号を取得する画像信号取得部と、複数の波長帯域の画像信号に基づいて、観察対象の光散乱特性もしくは光吸収特性に関する情報であって、特定の生体情報に依存しないベースライン情報を算出するベースライン情報算出部と、ベースライン情報を評価する基準である基準ベースライン情報を予め記憶する基準ベースライン情報記憶部と、ベースライン情報を基準ベースライン情報に合わせるためのベースライン補正値を算出するベースライン補正値算出部と、ベースライン補正値から観察対象に含まれる残液に関する残液情報を算出する残液情報算出部と、を備え、残液情報算出部は、残液情報として、残液の残液量を算出する残液量算出部を含み、特定の生体情報は、観察対象に含まれるヘモグロビン色素の濃度に応じて変化する。

残液情報の分布を示す第１残液画像を生成する第１残液画像生成部を備えることが好ましい。残液情報を数値又はインジケータによって示す第２残液画像を生成する第２残液画像生成部を備えることが好ましい。特定の生体情報を算出する生体情報算出部と、残液情報を特定の生体情報の算出精度に変換する生体情報算出精度変換部とを備えることが好ましい。残液情報に応じて、残液の除去を促す残液除去ガイダンス画像を生成する残液除去ガイダンス画像生成部を備えることが好ましい。残液情報に応じて、残液を除去するための残液除去部に対して、残液の除去を指示する残液除去指示部を備えることが好ましい。残液除去指示部は、残液情報に応じて、残液除去条件を設定することが好ましい。

残液量算出部は、ベースライン補正値が大きいほど、残液量を大きくして算出することが好ましい。残液を除去するための残液除去部を備え、残液情報算出部は、残液を除去する前の残液除去前残液量と残液を除去した後の残液除去後残液量を算出し、残液除去前残液量と残液除去後残液量から、残液情報として、残液の除去率及び／又は残液の残存率の少なくとも一方を算出する残液除去率残存率算出部を含むことが好ましい。残液除去部は、送水、送気、又は吸引の少なくともいずれかにより残液を除去することが好ましい。

複数の波長帯域の画像信号は、特定の生体情報の変化に応じて吸光量が変化する第１波長帯域に対応する第１画像信号と、第１波長帯域と異なる波長帯域であって、特定の生体情報の変化以外の要因に応じて吸光量が変化する第２波長帯域に対応する第２画像信号と、第１波長帯域及び第２波長帯域よりも長波長であり、且つ血液量に応じて吸光量が変化する第３波長帯域に対応する第３画像信号と、第３波長帯域よりも長波長の第４波長帯域に対応する第４画像信号を含むことが好ましい。第１画像信号、第２画像信号、第３画像信号、第４画像信号は、観察対象をマルチフレームによって撮像して得られることが好ましい。

特定の生体情報とは、観察対象に含まれるヘモグロビン色素の濃度に応じて変化することが好ましい。特定の生体情報とは、酸素飽和度、血管密度、血管深さ、血管太さ、血液濃度のいずれかであることが好ましい。ベースライン情報は、観察対象に含まれるヘモグロビン以外の色素の濃度に応じて変化する情報であることが好ましい。ヘモグロビン以外の色素は、生体内に含まれ、又は内視鏡観察時に使用される色素であることが好ましい。ヘモグロビン以外の色素とは、黄色色素、青紫系統の色素、褐色系色素、又は白色色素の少なくともいずれかを含むことが好ましい。黄色色素はビリルビン又はステルコビリンであり、青紫系統の色素はインジゴカルミン又はクリスタルバイオレットであり、褐色系色素はルゴールであり、白色色素は酢酸であることが好ましい。基準ベースライン情報は、ヘモグロビン以外の色素の影響が無い場合に取得したベースライン情報であることが好ましい。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、光源と、光源から出射された照明光が照射された観察対象を撮像する内視鏡と、システム制御及び画像処理を行うプロセッサ装置と、を備える内視鏡システムの作動方法であって、画像信号取得部は、観察対象を撮像して得られる複数の波長帯域の画像信号を取得するステップと、ベースライン情報算出部は、複数の波長帯域の画像信号に基づいて、観察対象の光散乱特性もしくは光吸収特性に関する情報であって、特定の生体情報に依存しないベースライン情報を算出するステップと、ベースライン補正値算出部が、ベースライン情報を評価する基準である基準ベースライン情報に、ベースライン情報を合わせるためのベースライン補正値を算出するステップと、残液情報算出部は、ベースライン補正値から観察対象に含まれる残液に関する残液情報を算出するステップとを有し、残液情報算出部に含まれる残液量算出部は、残液情報として、残液の残液量を算出し、特定の生体情報は、観察対象に含まれるヘモグロビン色素の濃度に応じて変化する。

本発明によれば、残液に関する情報を取得して、残液の除去を効率的に行う。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡の先端部における先端面を示す平面図である。 第１実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 撮像センサの分光感度を示すグラフである。 通常モードにおける照明光の発光及び観察対象の撮像を示す説明図である。 酸素飽和度モードにおける照明光の発光及び観察対象の撮像を示す説明図である。 キャリブレーションモードにおける照明光の発光及び観察対象の撮像を示す説明図である。 酸素飽和度画像生成部の機能を示すブロック図である。 縦軸がLog（Ｂ１／Ｇ２）、横軸がLog（Ｒ２／Ｇ２）である第１特徴空間における酸素飽和度の等値線の位置を示すグラフである。 酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 酸素飽和度の算出方法を示す説明図である。 キャリブレーション用処理部の機能を示すブロック図である。 黄色色素の吸光係数を示すグラフである。 縦軸が第２演算値、横軸がLog（Ｒｓ／Ｇｒ）である第２特徴空間における基準線と実測線の位置を示すグラフである。 ベースライン補正値と残液量との関係を示すグラフである。 観察対象における残液領域Ｒａを示す画像図である。 残液除去前残液量と残液除去後残液量を示す棒グラフである。 第１残液画像を示す画像図である。 第２残液画像を示す画像図である。 酸素飽和度の算出精度を示す画像図である。 残液除去ガイダンス画像を示す画像図である。 自動除去中である旨のメッセージが表示された画像図である。 残液除去率残存率算出モードの一連の流れを示す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機能を示すブロック図である。 回転フィルタの平面図である。 第３実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 広帯域光のスペクトルを示すグラフである。 青緑色レーザ光のスペクトルを示すグラフである。

［第１実施形態］
図１において、内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、モニタ１８と、コンソール１９とを有する。内視鏡１２は、光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。内視鏡１２は、観察対象の体内に挿入可能な挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられた湾曲部１２ｃ及び先端部１２ｄとを有している。湾曲部１２ｃは、操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより湾曲動作する。先端部１２ｄは、湾曲部１２ｃの湾曲動作によって所望の方向に向けられる。

また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、観察モードの切り替え操作に用いるモード切替ＳＷ（モード切替スイッチ）１２ｆと、観察対象の静止画の取得指示に用いられる静止画取得指示部１２ｇと、先端部１２ｄからエアまたは水を噴出するための送気送水ボタン１２ｈと、観察対象上の残液などを吸引するための吸引ボタン１２ｉが設けられている。

なお、内視鏡システム１０は、通常モード、酸素飽和度モード、キャリブレーションモードの３つの観察モードを有している。通常モードは、照明光に白色光を用いて観察対象を撮像して得た自然な色合いの画像（以下、通常画像という）をモニタ１８に表示する。酸素飽和度モードは、観察対象を撮像して得られる画像信号と酸素飽和度との相関関係を用いて、観察対象の酸素飽和度を測定するとともに、測定した酸素飽和度を擬似カラーなどで画像化した画像（以下、酸素飽和度画像という）をモニタ１８に表示する。

キャリブレーションモードは、観察対象に含まれる残液の残液量を算出して、算出した残液の残液量から残液の除去率残存率などを求める残液除去率残存率モードと、酸素飽和度の算出に用いる相関関係を補正する相関関係補正モードとを備えており、これら２つのモードもモード切替ＳＷ（モード切替スイッチ）１２ｆによって切り替えられる。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続される。モニタ１８は、観察対象の画像や、観察対象の画像に付帯する情報などを出力表示する。コンソール１９は、機能設定などの入力操作を受け付けるユーザインタフェースとして機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像や画像情報などを記録する外付けの記録部（図示省略）を接続してもよい。

図２に示すように、内視鏡の先端部１２ｄの先端面においては、観察窓２、照明窓３、送気送水ノズル４、及び鉗子出口５が設けられている。観察窓２は先端部の先端面の片側中央に配置されており、先端部における観察窓２の奥側に、観察対象を撮像する撮像センサ４４（図３参照）を有している。照明窓３は観察窓２に対して対称な位置に２つ設けられており、この照明窓３から観察対象に対して照明光を照明する。送気送水ノズル４は、観察窓２の洗浄のために、観察窓２に対してエアまたは水を吹き付けるとともに、病変部の除去後などに観察対象に対してエアまたは水を吹き付ける。鉗子出口５は、処置具などを露出させるとともに、観察対象上にある残液などを吸引する。なお、送気送水ノズル４又は鉗子出口５は、観察対象上にある残液の除去に用いられることから、残液除去部６を構成する。

図３において、光源装置１４は、光源２０と、光源２０を制御する光源制御部２１とを備えている。光源２０は、例えば、複数の半導体光源を有し、これらをそれぞれ点灯または消灯し、点灯する場合には各半導体光源の発光量を制御することにより、観察対象を照明する照明光を発する。本実施形態では、光源２０は、ＢＳ−ＬＥＤ（Blue Short -wavelength Light Emitting Diode）２０ａ、ＢＬ−ＬＥＤ（Blue Long-wavelength Light Emitting Diode）２０ｂ、Ｇ−ＬＥＤ（Green Light Emitting Diode）２０ｃ、及びＲ−ＬＥＤ（Red Light Emitting Diode）２０ｄの４色のＬＥＤを有する。

ＢＳ−ＬＥＤ２０ａは、波長帯域４５０±１０ｎｍの第１青色光ＢＳを発する。ＢＬ−ＬＥＤ２０ｂは、波長帯域４７０±１０ｎｍの第２青色光ＢＬを発する。Ｇ−ＬＥＤ２０ｃは、波長帯域５４０±１０ｎｍの緑色光Gを発する。Ｒ−ＬＥＤ２０ｄは、波長帯域６４０±２０ｎｍの赤色光Ｒを発する。なお、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄにおける中心波長とピーク波長は、同じであってもよく、異なっても良い。なお、ｎｍはナノメートルを表す。

光源制御部２１は、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄに対して独立に制御信号を入力することによって、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの点灯または消灯、点灯時の発光量などを独立に制御する。光源制御部２１における点灯又は消灯制御は、各モードによって異なっている。通常モードでは、ＢＳ−ＬＥＤ２０ａ、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃ、Ｒ−ＬＥＤ２０ｄを同時に点灯することによって、第１青色光ＢＳ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒを同時に発光する。酸素飽和度モードでは、 ＢＬ−ＬＥＤ２０ｂを点灯して、第２青色光ＢＬを発光する第１測定用発光モードと、ＢＳ−ＬＥＤ２０ａ、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃ、Ｒ−ＬＥＤ２０ｄを同時に点灯することによって、第１青色光ＢＳ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒを同時に発光する第２測定用発光モードを交互に繰り返す。

キャリブレーションモードでは、ＢＳ−ＬＥＤ２０ａ、ＢＬ−ＬＥＤ２０ｂ、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃ、Ｒ−ＬＥＤ２０ｄを順次点灯することによって、第１青色光ＢＳ、第２青色光ＢＬ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒを順次発光する。このキャリブレーションモードで、第１青色光ＢＳを発光するモードを第１校正用発光モードとし、第２青色光ＢＬを発光するモードを第２校正用発光モードとし、緑色光Ｇを発光するモードを第３校正用発光モードとし、赤色光Ｒを発光するモードを第４校正用発光モードとする。

各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄが発する光は、ミラー及びレンズなどによって構成される光路結合部２３を介して、ライトガイド２５に入射される。ライトガイド２５は、内視鏡１２及びユニバーサルコード（内視鏡１２と、光源装置１４及びプロセッサ装置１６を接続するコード）に内蔵されている。ライトガイド２５は、光路結合部２３からの光を、内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。

内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３０ａと撮像光学系３０ｂが設けられている。照明光学系３０ａは照明レンズ３２を有しており、ライトガイド２５によって伝搬した照明光は照明レンズ３２を介して観察対象に照射される。撮像光学系３０ｂは、対物レンズ４２、撮像センサ４４を有している。照明光を照射したことによる観察対象からの光は、対物レンズ４２を介して撮像センサ４４に入射する。これにより、撮像センサ４４に観察対象の像が結像される。

撮像センサ４４は、照明光によって照明中の観察対象を撮像するカラー撮像センサである。撮像センサ４４の各画素には、Ｂ（青色）カラーフィルタを有するＢ画素（青色画素）、Ｇ（緑色）カラーフィルタを有するＧ画素（緑色画素）、Ｒ（赤色）カラーフィルタを有するＲ画素（赤色画素）のいずれかが設けられている。図４に示すように、Ｂカラーフィルタは、主として青色帯域の光、具体的には、波長帯域が３８０〜５６０ｎｍの光を透過させる。透過率が最大となるピーク波長は４６０〜４７０ｎｍ付近に存在する。Ｇカラーフィルタは、主として緑色帯域の光、具体的には、波長帯域が４５０〜６３０ｎｍの光を透過させる。Ｒカラーフィルタは、主として赤色帯域の光、具体的には５８０〜７６０ｎｍの光を透過させる。

撮像センサ４４としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）撮像センサを利用可能である。また、原色の撮像センサ４４の代わりに、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＧ（グリーン）の補色フィルタを備えた補色撮像センサを用いても良い。補色撮像センサを用いる場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号が出力されるので、補色−原色色変換によって、ＣＭＹＧの４色の画像信号をＲＧＢの３色の画像信号に変換することにより、撮像センサ４４と同様のＲＧＢ各色の画像信号を得ることができる。

撮像センサ４４は、撮像制御部４５によって駆動制御される。撮像制御部４５における制御は、各モードによって異なっている。図５に示すように、通常モードでは、撮像制御部４５は、第１青色光ＢＳ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒで照明中の観察対象を１フレーム毎に撮像するように、撮像センサ４４を制御する。これにより、撮像センサ４４のＢ画素からＢｃ画像信号が出力され、Ｇ画素からＧｃ画像信号が出力され、Ｒ画素からＲｃ画像信号が出力される。

図６に示すように、酸素飽和度モードでは、撮像制御部４５は撮像センサ４４を制御して、第１測定用発光モードにおいて第２青色光ＢＬで照明中の観察対象を１フレーム分撮像する第１測定用撮像モードと、第２測定用発光モードにおいて第１青色光ＢＳ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒで照明中の観察対象を１フレーム分撮像する第２測定用撮像モードとを交互に繰り返すようにする。これにより、第１測定用撮像モード時には、撮像センサ４４のＢ画素からＢ１画像信号が出力され、Ｇ画素からＧ１画像信号が出力され、Ｒ画素からＲ１画像信号が出力される。また、第２測定用撮像モード時には、撮像センサ４４のＢ画素からＢ２画像信号が出力され、Ｇ画素からＧ２画像信号が出力され、Ｒ画素からＲ２画像信号が出力される。

図７に示すように、キャリブレーションモードでは、４フレームのマルチフレームによる観察対象の撮像を行う。このキャリブレーションモードでは、撮像制御部４５は撮像センサ４４を制御して、第１校正用発光モードにおいて第１青色光ＢＳで照明中の観察対象を１フレーム分撮像する第１校正用撮像モードと、第２校正用発光モードにおいて第２青色光ＢＬで照明中の観察対象を１フレーム分撮像する第２校正用撮像モードと、第３校正用発光モードにおいて緑色光Ｇで照明中の観察対象を１フレーム分撮像する第３校正用撮像モードと、第４校正用発光モードにおいて赤色光Ｒで照明中の観察対象を１フレーム分撮像する第４校正用撮像モードを順次行うようにする。

これにより、第１校正用撮像モード時には、撮像センサ４４のＢ画素からＢｐ画像信号が出力され、Ｇ画素からＧｐ画像信号が出力され、Ｒ画素からＲｐ画像信号が出力される。また、第２校正用撮像モード時には、撮像センサ４４のＢ画素からＢｑ画像信号が出力され、Ｇ画素からＧｑ画像信号が出力され、Ｒ画素からＲｑ画像信号が出力される。また、第３校正用撮像モード時には、撮像センサ４４のＢ画素からＢｒ画像信号が出力され、Ｇ画素からＧｒ画像信号が出力され、Ｒ画素からＲｒ画像信号が出力される。また、第４校正用撮像モード時には、撮像センサ４４のＢ画素からＢｓ画像信号が出力され、Ｇ画素からＧｓ画像信号が出力され、Ｒ画素からＲｓ画像信号が出力される。

ＣＤＳ／ＡＧＣ（Correlated Double Sampling／Automatic Gain Control）回路４６は、撮像センサ４４から得られるアナログの画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）または自動利得制御（ＡＧＣ）を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４６を経た画像信号は、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータ４８により、デジタルの画像信号に変換される。Ａ／Ｄ変換後のデジタル画像信号がプロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、画像信号取得部５０と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５２と、ノイズ低減部５４と、画像処理切替部５６と、通常画像生成部５８と、酸素飽和度画像生成部６０と、キャリブレーション用処理部６２と、映像信号生成部６４とを備えている。画像信号取得部５０は、内視鏡１２により入力される画像信号を受信し、受信した画像信号をＤＳＰ５２に送信する。

ＤＳＰ５２は、受信した画像信号に対して、欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、デモザイク処理、及びＹＣ変換処理等の各種信号処理を行う。欠陥補正処理では、撮像センサ４４の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理を施した画像信号から暗電流成分を除かれ、正確な零レベルを設定される。ゲイン補正処理は、オフセット処理後の各色の画像信号に特定のゲインを乗じることにより各画像信号の信号レベルを整える。ゲイン補正処理後の各色の画像信号には、色再現性を高めるリニアマトリクス処理が施される。

その後、ガンマ変換処理によって、各画像信号の明るさ及び彩度が整えられる。リニアマトリクス処理後の画像信号には、デモザイク処理（等方化処理、同時化処理とも言う）が施され、補間により各画素の欠落した色の信号を生成される。デモザイク処理によって、全画素がＲＧＢ各色の信号を有するようになる。ＤＳＰ５２は、デモザイク処理後の各画像信号にＹＣ変換処理を施し、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ及び色差信号Ｃｒをノイズ低減部５４に出力する。

ノイズ低減部５４は、ＤＳＰ５２においてデモザイク処理等を施した画像信号に対して、例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等によるノイズ低減処理を施す。ノイズを低減した画像信号は、画像処理切替部５６に入力される。

画像処理切替部５６は、設定されているモードによって、ノイズ低減部５４からの画像信号の送信先を、通常画像生成部５８、酸素飽和度画像生成部６０、キャリブレーション用処理部６２のいずれかに切り替える。具体的には、通常モードにセットされている場合には、ノイズ低減部５４からの画像信号を通常画像生成部５８に入力する。また、酸素飽和度モードに設定されている場合、ノイズ低減部５４からの画像信号を酸素飽和度画像生成部６０に入力する。また、キャリブレーションモードに設定されている場合、ノイズ低減部５４からの画像信号をキャリブレーション用処理部６２に入力する。

通常画像生成部５８は、入力した１フレーム分のＲｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号に対して、さらに３×３のマトリクス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ（Look Up Table）処理等の色変換処理を施す。そして、色変換処理済みのＲＧＢ画像データに対して、各種色彩強調処理を施す。この色彩強調処理済みのＲＧＢ画像データに対して、空間周波数強調等の構造強調処理を施す。構造強調処理を施したＲＧＢ画像データは、通常画像として映像信号生成部６４に入力される。

酸素飽和度画像生成部６０は、酸素飽和度モード時に得られる画像信号のうちＢ１画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号と酸素飽和度との相関関係を用いて、酸素飽和度を算出する。酸素飽和度の算出方法については後述する。算出した酸素飽和度を疑似カラーなどで画像化した酸素飽和度画像を生成する。この酸素飽和度画像は、映像信号生成部６４に入力される。

キャリブレーション用処理部６２は、残液除去率残存率算出モードに設定されている場合に、キャリブレーションモード時に得られる画像信号のうちＢｐ画像信号（本発明の「第１画像信号」に対応する）、Ｂｑ画像信号（本発明の「第２画像信号」に対応する）、Ｇｒ画像信号（本発明の「第３画像信号」に対応する）、Ｒｓ画像信号（本発明の「第４画像信号」に対応する）からベースライン補正値を算出し、この算出したベースライン補正値に基づいて、黄色色素などの残液の残液量を算出し、残液の除去率、残存率を算出する。また、キャリブレーション用処理部６２は、相関関係補正モードに設定されている場合、残液の影響を無くすために、酸素飽和度の算出の際に用いる相関関係を補正する相関関係補正値を算出する。なお、第１画像信号は、ヘモグロビン色素の濃度に応じて変化する特定の生体情報に応じて吸光量が変化する第１波長帯域に対応する画像信号であり、第２画像信号は、ヘモグロビン色素以外の濃度に応じて変化する特定の生体情報以外の要因に応じて吸光量が変化する第２波長帯域に対応する画像信号となっている。

映像信号生成部６４は、通常画像生成部５８からの通常画像の画像データ、又は酸素飽和度画像生成部６０からの酸素飽和度画像の画像データを、モニタ１８上においてフルカラーによって表示可能にする映像信号に変換する。変換済みの映像信号はモニタ１８に入力される。これにより、モニタ１８には通常画像または酸素飽和度画像が表示される。また、映像信号生成部６４は、必要に応じて、キャリブレーション用処理部６２からの画像データを、モニタ１８においてフルカラーによって表示可能にする映像信号に変換する。

図８に示すように、酸素飽和度画像生成部６０は、信号比算出部７０と、相関関係記憶部７２と、酸素飽和度算出部７４と、画像生成部７６と、を備えている。信号比算出部７０は、酸素飽和度算出部７４で酸素飽和度の算出のために用いる信号比を算出する。具体的には、信号比算出部７０は、Ｂ１画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｂ１／Ｇ２と、Ｒ２画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｒ２／Ｇ２と、Ｇ２画像信号とＢ２画像信号の信号比Ｇ２／Ｂ２とをそれぞれ画素毎に算出する。

相関関係記憶部７２は、信号比算出部７０が算出する各信号比と、酸素飽和度との相関関係を、ＬＵＴ（Look Up Table）などの記憶手段に記憶している。この相関関係を、縦軸Log（Ｂ１／Ｇ２）、横軸Log（Ｒ２／Ｇ２）により形成される第１特徴空間上において表した場合、図９に示すように、第１特徴空間上において、酸素飽和度が同じ部分を繋ぎあわせた等値線が、ほぼ横軸方向に沿って、形成されている。また、等値線は、酸素飽和度が大きくなるほど、縦軸方向に対して、より下方側に位置している。例えば、酸素飽和度が１００％の等値線８３は、酸素飽和度が０％の等値線８２よりも下方に位置している。

なお、第１特徴空間における等値線の位置及び形状は、光散乱の物理的なシミュレーションによって予め得られる。また、相関関係記憶部７２では、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２と酸素飽和度との相関関係を記憶しているが、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２との相関関係に限らず、Ｂ１画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号に基づく特定の演算（例えば、差分処理）を行って得られる第１演算値と酸素飽和度との相関関係を記憶するようにしてもよい。

上記相関関係は、図１０に示す酸化ヘモグロビン（グラフ８０）または還元ヘモグロビン（グラフ８１）の吸光特性及び光散乱特性と密接に関連し合っている。例えば、第２青色光ＢＬの波長帯域４７０±１０ｎｍのように、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の差が大きい波長帯域では、ヘモグロビンの酸素飽和度によって吸光量が変化するため、酸素飽和度の情報を取り扱いやすい。したがって、中心波長４７０ｎｍ第２青色光ＢＬの光に対応するＢ１画像信号を含む信号比Ｂ１／Ｇ２を用いることによって、酸素飽和度の算出が可能となる。しかしながら、信号比Ｂ１／Ｇ２は酸素飽和度だけでなく、血液量にも依存度が高い。そこで、信号比Ｂ１／Ｇ２に加えて、主として血液量に依存して変化する信号比Ｒ２／Ｇ２を用いることで、血液量に影響されることなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。なお、Ｇ２画像信号に含まれる緑色光の波長帯域５４０±２０ｎｍは、ヘモグロビンの吸光係数が比較的高いため、血液量によって吸光量が変化しやすい波長帯域である。

酸素飽和度算出部７４は、相関関係記憶部７２に記憶した相関関係を参照し、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２に対応する酸素飽和度を画素毎に算出する。例えば、図１１に示すように、相関関係記憶部７２に記憶した相関関係を参照した場合、特定画素の信号比Ｂ１^*／Ｇ２^*、Ｒ２^*／Ｇ２^*に対応する酸素飽和度は「４０％」である。したがって、酸素飽和度算出部７４は、酸素飽和度を「４０％」と算出する。

なお、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２が極めて大きくなったり、極めて小さくなったりすることはほとんどない。すなわち、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２の各値の組み合わせが、酸素飽和度１００％の上限の等値線８３（図９参照）よりも下方に分布したり、反対に、酸素飽和度０％の下限の等値線８２（図９参照）よりも上方に分布したりすることはほとんどない。但し、上限の等値線８３より下方に分布する場合には酸素飽和度を１００％とし、下限の等値線８２より上方に分布する場合には酸素飽和度算出部７４は酸素飽和度を０％とする。また、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２に対応する点が上限の等値線８３と下限の等値線８２との間に分布しない場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度が低いことが分かるように表示をしたり、酸素飽和度を算出しないようにしたりしても良い。

画像生成部７６は、酸素飽和度算出部７４において算出した酸素飽和度を用いて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する。具体的には、画像生成部７６は、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、及びＲ２画像信号を取得し、これらの画像信号に対して酸素飽和度に応じたゲインを画素毎に施す。そして、ゲインを施したＢ２画像信号、Ｇ２画像信号、及びＲ２画像信号を用いてＲＧＢ画像データを生成する。例えば、画像生成部７６は、酸素飽和度が６０％以上の画素ではＢ２画像信号、Ｇ２画像信号、及びＲ２画像信号のいずれにも同じゲイン「１」を乗じる。これに対して、酸素飽和度が６０％未満の画素では、Ｂ２画像信号に対して「１」未満のゲインを乗じ、Ｇ２画像信号及びＲ２画像信号に対しては「１」以上のゲインを乗じる。このゲイン処理後のＢ２画像信号、Ｇ２画像信号、及びＲ２画像信号を用いて生成したＲＧＢ画像データが酸素飽和度画像である。

画像生成部７６が生成した酸素飽和度画像では、高酸素の領域（酸素飽和度が６０〜１００％の領域）では、通常観察画像と同様の色により表される。一方、酸素飽和度が特定値を下回る低酸素の領域（酸素飽和度が０〜６０％の領域）は、通常観察画像とは異なる色（疑似カラー）で表される。

なお、本実施形態では、画像生成部７６は、低酸素の領域のみ疑似カラー化するゲインを乗じているが、高酸素領域でも酸素飽和度に応じたゲインを施し、酸素飽和度画像の全体を疑似カラー化しても良い。また、低酸素領域と高酸素領域を酸素飽和度６０％で分けているがこの境界も任意である。

図１２に示すように、キャリブレーション用処理部６２は、ベースライン情報算出部８４と、ベースライン補正値算出部８５と、残液量算出部８６と、残液除去率残存率算出部８７と、第１残液画像生成部８８と、第２残液画像生成部８９と、酸素飽和度算出精度変換部９０と、残液除去ガイダンス画像生成部９１と、残液除去指示部９２と、相関関係補正値算出部９３と、相関関係補正部９４とを備えている。

ベースライン情報算出部８４は、入力したＢｐ画像信号、Ｂｑ画像信号、Ｇｒ画像信号、Ｒｓ画像信号から、生体内における黄色色素に関する情報を持ち、且つ酸素飽和度によって影響を受けないベースライン情報を算出する。具体的には、ベースライン情報算出部８４では、Ｂｐ画像信号とＧｒ画像信号の信号比Ｂｐ／Ｇｒを画素毎に算出し、Ｂｑ画像信号とＧｒ画像信号の信号比Ｂｑ／Ｇｒを画素毎に算出し、Ｒｓ画像信号とＧｒ画像信号との信号比Ｒｓ画像信号とＧｒ画像信号の信号比Ｒｓ／Ｇｒを画素毎に算出する。

なお、ベースライン情報は、黄色色素の他、観察対象の光散乱特性もしくは光吸収特性に関する情報を有することが好ましい。また、ベースライン情報は、黄色色素の濃度に応じて変化するが、黄色色素の他、観察対象に含まれるヘモグロビン以外の色素の濃度に応じて変化することが好ましい。ヘモグロビン以外の色素としては、生体に含まれる色素成分、又は内視鏡観察時に使用される色素であることが好ましい。また、ヘモグロビン以外の色素には、ビリルビン又はステルコビリンなどの黄色色素、インジゴカルミン又はクリスタルバイオレットなどの青紫系統の色素、ルゴールなどの褐色系色素、又は酢酸などの白色色素の少なくともいずれかを含むことが好ましい。

ここで、信号比Ｂｐ／ＧｒのうちＢｐについては第１青色光ＢＳに対応する画像信号である。この第１青色光ＢＳの波長帯域４５０±１０ｎｍは、図１０に示すように、ヘモグロビンの吸光係数が比較的高い青色帯域に属し、且つ酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が同じ等吸収波長である。また、第１青色光ＢＳの波長帯域４５０±１０ｎｍは、図１３に示すように、黄色色素の吸光係数が最も高くなる吸収ピーク波長を有していることから、黄色色素の濃度に応じて吸光量が変化しやすい波長帯域である。したがって、信号比Ｂｐ／Ｇｒは、酸素飽和度に依存しないものの、黄色色素の濃度や血液量によって信号値が変化する。なお、Ｇｒ画像信号に含まれる緑色光の波長帯域５４０±２０ｎｍは、上記したように、血液量に応じて吸光量が変化しやすい波長帯域である。

信号比Ｂｑ／ＧｒのうちＢｑについては第２青色光ＢＬに対応する画像信号である。この第２青色光ＢＬの波長帯域４７０±１０ｎｍは、上記したように、ヘモグロビンの吸光係数が比較的高い青色帯域に属し、且つ酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長である（図１０参照）ことから、ヘモグロビンの酸素飽和度によって吸光量が変化しやすい波長帯域である。また、第２青色光ＢＬの中心波長４７０ｎｍは、黄色色素の吸収ピーク波長からはやや吸収係数が低くなるものの、他の波長帯域と比較すると大きな吸収係数を有している（図１３参照）。したがって、信号比Ｂｑ／Ｇｒは、酸素飽和度、黄色色素の濃度、血液量によって信号値が変化する。これに対して、信号比Ｒｓ／Ｇｒについては、酸素飽和度及び黄色色素の濃度によって信号値はほとんど変化せず、血液量によって信号値が変化する。

ベースライン情報算出部８４は、下記（式Ａ）に基づく補正用演算により得られる第２演算値が、酸素飽和度が変化しても一定になるように、φを調整する。このφ調整後の第２演算値と信号比Ｒｓ／Ｇｒからなる情報を、ベースライン情報とする。このベースライン情報は、黄色色素の濃度に応じて変化する情報であり、且つ酸素飽和度に依存しない情報である。ここでいう「依存しない」とは、少なくともベースライン情報の変化が、酸素飽和度の高低から生ずる変化よりも、黄色色素の濃度から生ずる変化に対して、大きくなることをいう。
（式Ａ）第２演算値＝信号比Ｂｐ／Ｇｒ×ｃｏｓφ−信号比Ｂｑ／Ｇｒ×ｓｉｎφ
なお、（式Ａ）の位相φは、酸素飽和度に依存しないように定めているが、同様に、血管密度や血管深さ、血管太さ、血液濃度など、観察対象に含まれるヘモグロビン色素の濃度に応じて変化する特定の生体情報に依存しないように位相φを定めることで、こうした特定の生体情報に対して依存しない「ベースライン情報」を定めることができる。

ベースライン補正値算出部８５は、予め定められた基準ベースライン情報と、ベースライン情報算出部８４で算出したベースライン情報とにより、ベースライン補正値ΔＺを算出する。基準ベースライン情報は基準ベースライン情報記憶部８５ａに記憶されており、この基準ベースライン情報はベースライン情報を評価する基準であり、黄色色素が無い状態で得られ、且つ酸素飽和度に依存しない情報として定められている。具体的には、基準ベースライン情報は、黄色色素による影響を排除した状態（即ち、黄色色素が無い状態）で、上記（式Ａ）に基づく第２演算値（＝信号比Ｂｐ／Ｇｒ×ｃｏｓφ−信号比Ｂｑ／Ｇｒ×ｓｉｎφ）が、酸素飽和度が変化しても一定になるように、φを調整したものである。このφ調整後の第２演算値と信号比Ｒｓ／Ｇｒからなる情報を、基準ベースライン情報とする。

ベースライン補正値算出部８５におけるベースライン補正値ΔＺの算出方法について、図１４に示す第２特徴空間を用いて、以下説明する。この第２特徴空間は、縦軸が（式Ａ）に基づく第２演算値（＝信号比Ｂｐ／Ｇｒ×ｃｏｓφ−信号比Ｂｑ／Ｇｒ×ｓｉｎφ）で、横軸がLog（Ｒｓ／Ｇｒ）で形成される。第２特徴空間上で基準ベースライン情報とベースライン情報を表した場合、図１４に示すように、黄色色素の影響が無い基準ベースライン情報の分布を示す基準線９５と、黄色色素の影響を受けたベースライン情報が分布する実測線９６とは、それぞれ、ほぼ横軸方向にそって形成されている。また、実測線９６においては、黄色色素の濃度は同じである等濃度線となっている。また、第２特徴空間において、基準線９５は実測線９６よりも上方に位置している。また、第２特徴空間において、黄色色素の影響が大きくなるほど、実測線９６は下方に位置するようになって、基準線９５と実測線９６との差が大きくなる。

ベースライン補正値算出部８５では、基準線９５と実測線９６との差分を、ベースライン補正値ΔＺとして算出する。ベースライン補正値ΔＺについては、実測線９６によって示すベースライン情報を、基準線９５によって示す基準ベースライン情報に合わせるための補正値である。このベースライン補正値ΔＺは、残液量の算出に用いられる他、酸素飽和度の算出に用いる相関関係の補正にも用いられる。なお、ベースライン補正値ΔＺについては、Ｂｐ画像信号、Ｂｑ画像信号、Ｇｒ画像信号、Ｒｓ画像信号に対してマトリクス処理と１Ｄ−ＬＵＴ（1 dimensional Look UP Table）とを組み合わせた変換処理によって算出してもよい。

残液量算出部８６は、観察対象に含まれる残液の残液量を算出する。黄色色素を含む残液の残液量は、図１５に示すように、ベースライン補正値ΔＺが大きくなる程、大きくなることによって、ベースライン補正値ΔＺにより残液量を推定することが可能である。この残液量とベースライン補正値ΔＺとの関係性は、残液量記憶部８６ａに記憶されている。残液量算出部８６は、残液量記憶部８６ａ（例えば、ＬＵＴ（Look UP Table））を参照して、ベースライン補正値ΔＺから残液量を算出する。また、ベースライン補正値ΔＺは、画素毎に算出されることによって、画素毎に残液量を算出することができる。例えば、残液量算出部８６では、残液量が特定の範囲に含まれる画素領域を残液が存在する残液領域であると判定し、この残液領域Ｒａを、図１６に示すように、特定色などで強調表示するようにしてもよい。

残液除去率残存率算出部８７は、残液除去部６により残液を除去する前の残液除去前残液量と、残液を除去した後の残液除去後残液量を算出するとともに、残液除去前残液量と残液除去後残液量から残液の除去率を算出する。また、残液除去率残存率算出部８７は、残液除去前残液量と残液除去後残液量から残液の残存率を算出する。この残液除去率残存率算出部８７は、残液の除去率、残存率を算出するために、残液除去部６による残液の除去が開始されたときに、その残液の除去直前に残液量算出部８６で算出した残液の残液量を、残液除去前残液量として算出する。そして、残液除去部６による残液の除去が完了したときに、その時点において残液量算出部８６によって算出した残液の残液量を、残液除去後残液量として算出する。

ここで、残液の除去開始は、送気送水ボタン１２ｈ又は吸引ボタン１２ｉのいずれかが操作されたタイミングとすることが好ましい。また、残液の除去完了については、送気送水ボタン１２ｈ又は吸引ボタン１２ｉの操作が行われた後、一定時間行われないなど特定の残液除去完了条件を満たした時点で残液の除去完了とする他、コンソール１９などにより残液除去完了指示が行われた場合に残液の除去完了とすることが好ましい。

残液除去率残存率算出部８７では、具体的には、残液除去前残液量に対する残液除去後残液量の比率を、残液残存率として算出される。また、残液除去率残存率算出部８７は、残液除去前残液量から残液除去後残液量を減算することによって残液の減少量を算出するとともに、残液除去前残液量に対する残液の減少量の比率を、残液除去率として算出する。例えば、残液除去前残液量を１００％とし、残液除去後残液量が３０％である場合には、残液除去率は７０％となる（（１００−３０）／１００×１００％）（図１７参照）。なお、残液残存率と残液除去率については、残液除去前残液量と残液除去後残液量から求める他、残液除去開始時に得られたベースライン補正値と残液除去完了時に得られたベースライン補正値とから求めるようにしてもよい。

第１残液画像生成部８８は、残液除去率残存率算出部８７において算出した残液の除去率の分布を示す第１残液画像を生成する。生成された第１残液画像は、モニタ１８に表示される。第１残液画像生成部８８では、残液の除去率に応じて異なる色で表した第１残液画像を生成する。例えば、第１残液画像においては、図１８に示すように、除去率が低い低除去率の領域Ｒｘを第１色（例えば赤色）によって表示し、除去率が中程度の中除去率の領域Ｒｙを第２色（例えば緑色）によって表示し、除去率が高い高除去率の領域Ｒｚを第３色（例えば、ほぼ透明に近い白色）によって表示することが好ましい。

このように、残液の除去率に応じて異なる色で表示することによって、残液の除去が不十分な部分の視認性を高めることができる。これにより、どの部分の残液の除去を更に行えばよいかが明確になるため、残液除去不足や不要な除去を防止して、効率的に残液除去を行うことができる。また、画素毎に残液の除去率に応じた色表示を行っているため、観察画像では確認しづらい残液の存在を認識し、除去することができるようになる。なお、第１残液画像生成部８８では、残液の除去率の分布の他、残液の残存率、残液量など、観察対象に含まれる残液に関する残液情報の分布を表す第１残液画像を生成するようにしてもよい。

第２残液画像生成部８９は、観察対象の画像とともに、残液除去率残存率算出部８７において算出した残液の除去率を数値又はインジケータによって示す第２残液画像を生成する。生成された第２残液画像はモニタ１８に表示される。第２残液画像については、図１９に示すように、観察対象の画像とともに、残液の除去率（８０％）を数値によって表示するとともに、残液の残存率を赤色Ｒｄ、残液の除去率をＧｙで示したインジケータによって表示する。なお、第２残液画像生成部８９では、残液の除去率の他、残液の残存率、残液量などの残液情報を数値又はインジケータによって表示する第２残液画像を生成するようにしてもよい。また、第１残液画像と第２残液画像のいずれをモニタ１８に表示するかは、コンソール１９の設定により行われる。

酸素飽和度算出精度変換部９０（生体情報算出精度変換部）は、残液の残存率を、酸素飽和度算出部７４（生体情報算出部）において算出する酸素飽和度の算出精度に変換する。残液の残存率が高くなればなる程、酸素飽和度の算出精度は低下することから、残液の残存率から酸素飽和度の算出精度への変換が可能である。例えば、残液の残存率が「０％」の場合には、酸素飽和度の算出精度を「１００％」とし、残液の残存率が高くなればなる程、酸素飽和度の算出精度が低くなるように変換する。変換後の酸素飽和度の算出精度については、図２０に示すように、モニタ１８上に表示される（図２０では酸素飽和度の算出精度を「６０％」と表示）。

なお、残液の除去率から酸素飽和度の算出精度を変換するようにしてもよい。この場合には、残液の除去率が高くなればなる程、酸素飽和度の算出精度が向上することになる。また、残液量から酸素飽和度の算出精度を変換するようにしてもよい。この場合は、残存率の場合と同様、残液量が高くなればなる程、酸素飽和度の算出精度が低下することになる。更には、残存率などを、酸素飽和度の算出精度に変換することの他、酸素飽和度の他、血管密度など特定の生体情報を生体情報算出部で算出する場合には、残液の残存率、除去率、残液量などの残液情報を、特定の生体情報の算出精度に変換するようにしてもよい。

残液除去ガイダンス画像生成部９１は、残液の除去率又は残存率が特定の条件を満たしたときに、ユーザーに対して、残液除去部６によって観察対象上の残液を除去するように促す残液除去ガイダンス画像を生成する。この生成された残液除去ガイダンス画像は、モニタ１８に表示される。残液除去ガイダンス画像では、例えば、図２１に示すように、残液の除去率が低い低除去率の領域を第１色（例えば赤色）によって表示するともに、その低除去率の領域に対して、エア、水の吹き付けや吸引などによって残液を除去するように促すガイダンス９７を表示する。その際、目標の除去率も合わせて表示することが好ましい。なお、残液除去ガイダンス画像生成部９１では、残液の除去率又は残存率の他、残液量などその他の残液情報が特定の条件を満たしたときにも、残液除去ガイダンス画像を生成して、モニタ１８に表示するようにしてもよい。

残液除去指示部９２は、残液の除去率又は残存率が特定の条件を満たしたときに、残液除去部６に対して、自動で、観察対象上の残液を除去するように指示を行う。例えば、残液除去指示部９２では、目標の除去率を予め定めておき、この目標の除去率を下回る領域が存在する否かを自動的に検出する。そして、目標の除去率を下回る領域が検出された場合には、その検出された領域に対して、自動的に、エア、水の吹き付けまたは吸引などを行って、残液の除去を行う。なお、残液の除去率又は残存率の他、残液量などその他の残液情報が特定の条件を満たしたときにも、残液除去部６に対して、自動で、残液の除去を行うように指示してもよい。

この場合には、残液除去中に、検出された領域における残液の除去率をモニタリングしておき、目標の除去率に達した時に、エア、水の吹き付けまたは吸引を自動的に停止するようにすることが好ましい。また、エアの送気量、送水量、吸引量などの残液除去条件については、残液の除去率、残存率、又は残液量などの残液情報に応じて設定することが好ましい。例えば、残液の除去率が低く目標の除去率からかけ離れている場合には、残液除去条件のうちエアの送気量、送水量、吸引量を大きく設定することが好ましい。なお、自動的に残液除去を行う場合には、図２２に示すように、自動除去中である旨のメッセージ９８を表示することが好ましい。

相関関係補正値算出部９３は、ベースライン補正値ΔＺに係数αを掛け合わせることによって、相関関係記憶部７２に記憶された相関関係を補正するための相関関係補正値ΔＤを算出する（ベースライン補正値ΔＺ×係数α）。相関関係補正部９４は、相関関係補正値算出部９３において算出した相関関係補正値ΔＤに基づいて、相関関係記憶部７２に記憶した相関関係を補正する。具体的には、第１特徴空間（図９参照）において、縦軸のLog（Ｂ１／Ｇ２）の値に対して、相関関係補正値ΔＤを加える。これにより、第１特徴空間において、酸素飽和度が同じ部分を繋ぎあわせた等値線が、縦軸Log（Ｂ１／Ｇ２）方向に沿って、移動する。この補正後の相関関係を用いて酸素飽和度を算出することによって、各種部位や患者が異なる場合の他、観察対象上で黄色色素の影響がある状況においても、酸素飽和度を正確に算出することができる。

次に、キャリブレーションモードの残液除去率残存率算出モードにおける一連の流れについて、図２３に示すフローチャートに沿って説明を行う。モード切替ＳＷ１２ｆにより、残液除去率残存率算出モードに切り替えられると、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄが順次点灯して、第１青色光ＢＳ、第２青色光ＢＬ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒが順次発光される。これら４色の光は観察対象に照射され、撮像センサ４４によって撮像される。この撮像センサ４４から出力される画像信号に基づいて、観察対象の画像がモニタ１８に表示される。

そして、ユーザーにより、送気送水ボタン１２ｈ又は吸引ボタン１２ｉが操作されることを契機に、残液除去部６により残液の除去が開始される。その際、残液の除去開始直前に得られたベースライン情報と予め定められた基準ベースライン情報から、ベースライン補正値を算出する。この算出したベースライン補正値から、残液除去前残液量を算出する。この算出した残液除去前残液量は、プロセッサ装置１６内の所定の記憶部（図示しない）に記憶される。

そして、残液の除去が完了したら、残液の除去完了時点で得られたベースライン情報と予め定められた基準ベースライン情報から、ベースライン補正値を算出する。この算出したベースライン補正値から、残液除去後残液量を算出する。そして、残液除去前残液量と残液除去後残液量から、残液の除去率又は残存率を算出する。この算出した残液の除去率又は残存率に基づいて、残液の除去率又は残存率の分布を示した第１残液画像がモニタ１８に表示される。又は、残液の除去率又は残存率を数値又はインジケータで示した第２残液画像を表示する。

本実施形態においては、各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサ（Processor）である。各種のプロセッサには、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。

１つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの１つで構成されていてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサ（例えば、複数のＦＰＧＡ、あるいはＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ）によって構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路（Circuitry）である。

［第２実施形態］
第２実施形態では、上記第１実施形態において示した４色のＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの代わりに、キセノンランプなどの広帯域光源と回転フィルタを用いて観察対象の照明を行う。また、カラーの撮像センサ４４に代えて、モノクロの撮像センサで観察対象の撮像を行う。それ以外については、第１実施形態と同様である。

図２４に示すように、第２実施形態の内視鏡システム１００では、光源装置１４において、４色のＬＥＤ２０ａ〜２０ｄに代えて、広帯域光源１０２、回転フィルタ１０４、フィルタ切替部１０５が設けられている。また、撮像光学系３０ｂには、カラーの撮像センサ４４の代わりに、カラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像センサ１０６が設けられている。

広帯域光源１０２はキセノンランプ、白色ＬＥＤなどであり、波長域が青色から赤色に及ぶ白色光を発する。回転フィルタ１０４は、内側に設けられた内側フィルタ１０８と、外側に設けられた外側フィルタ１０９とを備えている（図２５参照）。フィルタ切替部１０５は、回転フィルタ１０４を径方向に移動させるものであり、モード切替ＳＷ１２ｆにより通常モードにセットしたときに、回転フィルタ１０４の内側フィルタ１０８を白色光の光路に挿入し、酸素飽和度モード又はキャリブレーションモードにセットしたときに、回転フィルタ１０４の外側フィルタ１０９を白色光の光路に挿入する。

図２５に示すように、内側フィルタ１０８には、周方向に沿って、白色光のうち第１青色光ＢＳを透過させるＢ１フィルタ１０８ａ、白色光のうち緑色光Ｇを透過させるＧフィルタ１０８ｂ、白色光のうち赤色光Ｒを透過させるＲフィルタ１０８ｃが設けられている。したがって、通常モード時には、回転フィルタ１０４が回転することで、第１青色光ＢＳ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒが交互に観察対象に照射される。

外側フィルタ１０９には、周方向に沿って、白色光のうち第１青色光ＢＳを透過させるＢ１フィルタ１０９ａと、白色光のうち第２青色光ＢＬを透過させるＢ２フィルタ１０９ｂと、白色光のうち緑色光Ｇを透過させるＧフィルタ１０９ｃと、白色光のうち赤色光Ｒを透過させるＲフィルタ１０９ｄとが設けられている。したがって、酸素飽和度モード又はキャリブレーションモード時には、回転フィルタ１０４が回転することで、第１青色光ＢＳ、第２青色光ＢＬ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒが交互に観察対象に照射される。

内視鏡システム１００では、通常モード時には、第１青色光ＢＳ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒで観察対象が照明される毎にモノクロの撮像センサ１０６で観察対象を撮像する。これにより、Ｂｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｒｃ画像信号が得られる。そして、それら３色の画像信号に基づいて、上記第１実施形態と同様の方法で、通常画像が生成される。

一方、酸素飽和度モード時には、第１青色光ＢＳ、第２青色光ＢＬ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒで観察対象が照明される毎にモノクロの撮像センサ１０６で観察対象を撮像する。これにより、Ｂ２画像信号と、Ｂ１画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号が得られる。これら４色の画像信号に基づいて、第１実施形態と同様の方法で、酸素飽和度画像の生成が行われる。また、キャリブレーションモード時には、Ｂｐ画像信号、Ｂｑ画像信号、Ｇｒ画像信号、Ｒｓ画像信号が得られる。これら４色の画像信号に基づいて、第１実施形態と同様の方法によって、残液量の算出又は相関関係の補正が行われる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、上記第１実施形態で示した４色のＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの代わりに、レーザ光源と蛍光体を用いて観察対象の照明を行う。以下においては、第１実施形態と異なる部分のみ説明を行い、第１実施形態と略同様の部分については、説明を省略する。

図２６に示すように、第２実施形態の内視鏡システム２００では、光源装置１４の光源部２０において、４色のＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの代わりに、中心波長４４５±１０ｎｍの青色レーザ光を発する青色レーザ光源（「４４５ＬＤ」と表記。ＬＤは「Laser Diode」を表す）２０４と、中心波長４７３±１０ｎｍの青緑色レーザ光を発する青緑色レーザ光源（「４７３ＬＤ」と表記）２０６とが設けられている。これら各光源２０４、２０６の半導体発光素子からの発光は、光源制御部１０８により個別に制御されている。

光源制御部２０８は、通常モードの場合には、青色レーザ光源２０４を点灯させる。これに対して、酸素飽和度モード又はキャリブレーションモードの場合には、青色レーザ光源２０４と青緑色レーザ光源２０６を交互に点灯させる。

なお、青色レーザ光又は青緑色レーザ光の半値幅は±１０ｎｍ程度にすることが好ましい。また、青色レーザ光源１０４及び青緑色レーザ光源１０６は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが利用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードまたはＧａＮＡｓ系レーザダイオードを用いることもできる。また、上記光源として、発光ダイオードなどの発光体を用いた構成としてもよい。

照明光学系３０ａには、照明レンズ３２の他に、ライトガイド２５からの青色レーザ光又は青緑色レーザ光が入射する蛍光体２１０が設けられている。蛍光体２１０は、青色レーザ光によって励起され、蛍光を発する。また、青色レーザ光の一部は、蛍光体２１０を励起させることなく透過する。青緑色レーザ光は、蛍光体２１０を励起させることなく透過する。蛍光体２１０を出射した光は、照明レンズ３２を介して、観察対象の体内を照明する。

ここで、通常モードにおいては、主として青色レーザ光が蛍光体に入射するため、図２７に示すような、青色レーザ光、及び青色レーザ光により蛍光体から励起発光する蛍光を合波した広帯域光が、通常光として、観察対象に照明される。この通常光で照明された観察対象を撮像センサ４４で撮像することによって、Ｂｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｒｃ画像信号からなる通常画像が得られる。

一方、酸素飽和度モード又はキャリブレーションモードにおいては、青色レーザ光が蛍光体に入射したときには、図２７に示す広帯域光が観察対象に照明される。一方、青緑色レーザ光が蛍光体に入射したときには、青緑色レーザ光は蛍光体にほとんど吸収されないため、図２８に示すように、青緑色レーザ光が観察対象にほぼそのまま照明される。

酸素飽和度モードにおいては、青緑色レーザ光の照明中に撮像センサ４４のＢ画素から出力される信号が、上記第１実施形態のＢ１画像信号に対応する。また、広帯域光の照明中に撮像センサ４４のＢ画素から出力される信号が上記第１実施形態のＢ２画像信号に対応し、Ｇ画素から出力される信号が上記第１実施形態のＧ２画像信号に対応し、Ｒ画素から出力される信号が上記第１実施形態のＲ２画像信号に対応する。これらＢ１画像信号、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号に基づいて、第１実施形態と同様の方法で、酸素飽和度の算出が行われる。

キャリブレーションモードにおいては、青緑色レーザ光の照明中に撮像センサ４４のＢ画素から出力される信号が、上記第１実施形態のＢｑ画像信号に対応する。また、広帯域光の照明中に撮像センサ４４のＢ画素から出力される信号が上記第１実施形態のＢｐ画像信号に対応し、Ｇ画素から出力される信号が上記第１実施形態のＧｒ画像信号に対応し、Ｒ画素から出力される信号が上記第１実施形態のＲｓ画像信号に対応する。これらＢｐ画像信号、Ｂｑ画像信号、Ｇｒ画像信号、Ｒｓ画像信号に基づいて、第１実施形態と同様の方法で、残液量の算出又は相関関係の補正が行われる。

なお、蛍光体２１０は、青色レーザ光の一部を吸収して、緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体（例えばＹＫＧ系蛍光体、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇）などの蛍光体）を含んで構成されるものを使用することが好ましい。本構成例のように、半導体発光素子を蛍光体２１０の励起光源として用いれば、高い発光効率で高強度の白色光が得られ、白色光の強度を容易に調整できる上に、白色光の色温度、色度の変化を小さく抑えることができる。

なお、上記実施形態では、キャリブレーションモードで相関関係の補正を行うために、波長帯域が４５０±１０ｎｍの第１青色光ＢＳを用いているが、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が同じ波長帯域であり、且つ、黄色色素の吸光係数が他の波長帯域と比較して大きい波長帯域の光を用いてもよい。例えば、第１青色光ＢＳの代わりに、波長帯域が５００±１０ｎｍの緑色狭帯域光を用いてもよい。

なお、上記実施形態では、黄色色素を持つ物質の残液量を算出しているが、同様の残液量算出方法により、インジゴカルミンやクリスタルバイオレットなど、青色系統の青色色素の残液量を算出してもよい。

２ 観察窓
３ 照明窓
４ 送気送水ノズル
５ 鉗子出口
６ 残液除去部
１０ 内視鏡システム
１２ 内視鏡
１２ａ 挿入部
１２ｂ 操作部
１２ｃ 湾曲部
１２ｄ 先端部
１２ｅ アングルノブ
１２ｆ モード切替ＳＷ
１２ｇ 静止画取得指示部
１２ｈ 送気送水ボタン
１２ｉ 吸引ボタン
１４ 光源装置
１６ プロセッサ装置
１８ モニタ
１９ コンソール
２０ 光源
２０ａ ＢＳ−ＬＥＤ
２０ｂ ＢＬ−ＬＥＤ
２０ｃ Ｇ−ＬＥＤ
２０ｄ Ｒ−ＬＥＤ
２１ 光源制御部
２３ 光路結合部
２５ ライトガイド
３０ａ 照明光学系
３０ｂ 撮像光学系
３２ 照明レンズ
４２ 対物レンズ
４４ 撮像センサ
４５ 撮像制御部
４６ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
４８ Ａ／Ｄコンバータ
５０ 画像信号取得部
５２ ＤＳＰ
５４ ノイズ低減部
５６ 画像処理切替部
５８ 通常画像生成部
６０ 酸素飽和度画像生成部
６０ 酸素飽和度
６２ キャリブレーション用処理部
６４ 映像信号生成部
７０ 信号比算出部
７２ 相関関係記憶部
７４ 酸素飽和度算出部
７６ 画像生成部
８０、８１ グラフ
８２、８３ 等値線
８４ ベースライン情報算出部
８５ ベースライン補正値算出部
８５ａ 基準ベースライン情報記憶部
８６ 残液量算出部
８６ａ 残液量記憶部
８７ 残液除去率残存率算出部
８８ 第１残液画像生成部
８９ 第２残液画像生成部
９０ 酸素飽和度算出精度変換部
９１ 残液除去ガイダンス画像生成部
９２ 残液除去指示部
９３ 相関関係補正値算出部
９４ 相関関係補正部
９５ 基準線
９６ 実測線
９７ ガイダンス
９８ メッセージ
１００ 酸素飽和度
１００ 内視鏡システム
１０２ 広帯域光源
１０４ 回転フィルタ
１０５ フィルタ切替部
１０６ 撮像センサ
１０８ 内側フィルタ
１０８ａ Ｂ１フィルタ
１０８ｂ Ｇフィルタ
１０８ｃ Ｒフィルタ
１０９ 外側フィルタ
１０９ａ Ｂ１フィルタ
１０９ｂ Ｂ２フィルタ
１０９ｃ Ｇフィルタ
１０９ｄ Ｒフィルタ
２００ 内視鏡システム
２０４ 青色レーザ光源（４４５ＬＤ）
２０６ 青緑色レーザ光源（４７３ＬＤ）
２０８ 光源制御部
２１０ 蛍光体

Claims (19)

1. 光源と、光源から出射された照明光が照射された観察対象を撮像する内視鏡と、システム制御及び画像処理を行うプロセッサ装置と、を備える内視鏡システムであって、
   前記観察対象を撮像して得られる複数の波長帯域の画像信号を取得する画像信号取得部と、
   前記複数の波長帯域の画像信号に基づいて、前記観察対象の光散乱特性もしくは光吸収特性に関する情報であって、特定の生体情報に依存しないベースライン情報を算出するベースライン情報算出部と、
   前記ベースライン情報を評価する基準である基準ベースライン情報を予め記憶する基準ベースライン情報記憶部と、
   前記ベースライン情報を前記基準ベースライン情報に合わせるためのベースライン補正値を算出するベースライン補正値算出部と、
   前記ベースライン補正値から前記観察対象に含まれる残液に関する残液情報を算出する残液情報算出部と、を備え、
   前記残液情報算出部は、前記残液情報として、前記残液の残液量を算出する残液量算出部を含み、
   前記特定の生体情報は、前記観察対象に含まれるヘモグロビン色素の濃度に応じて変化する内視鏡システム。
2. 前記残液情報の分布を示す第１残液画像を生成する第１残液画像生成部を備える請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記残液情報を数値又はインジケータによって示す第２残液画像を生成する第２残液画像生成部を備える請求項１または２記載の内視鏡システム。
4. 前記特定の生体情報を算出する生体情報算出部と、
   前記残液情報を前記特定の生体情報の算出精度に変換する生体情報算出精度変換部とを備える請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡システム。
5. 前記残液情報に応じて、前記残液の除去を促す残液除去ガイダンス画像を生成する残液除去ガイダンス画像生成部を備える請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
6. 前記残液情報に応じて、前記残液を除去するための残液除去部に対して、前記残液の除去を指示する残液除去指示部を備える請求項１ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
7. 前記残液除去指示部は、前記残液情報に応じて、残液除去条件を設定する請求項６記載の内視鏡システム。
8. 前記残液量算出部は、前記ベースライン補正値が大きいほど、前記残液量を大きくして算出する請求項１ないし７いずれか1項記載の内視鏡システム。
9. 前記残液を除去するための残液除去部を備え、
   前記残液情報算出部は、前記残液を除去する前の残液除去前残液量と前記残液を除去した後の残液除去後残液量を算出し、前記残液除去前残液量と前記残液除去後残液量から、前記残液情報として、前記残液の除去率及び／又は前記残液の残存率を算出する残液除去率残存率算出部を含む請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡システム。
10. 前記残液除去部は、送水、送気、又は吸引の少なくともいずれかにより前記残液を除去する請求項６または９記載の内視鏡システム。
11. 前記複数の波長帯域の画像信号は、前記特定の生体情報の変化に応じて吸光量が変化する第１波長帯域に対応する第１画像信号と、前記第１波長帯域と異なる波長帯域であって、前記特定の生体情報の変化以外の要因に応じて吸光量が変化する第２波長帯域に対応する第２画像信号と、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域よりも長波長であり、且つ血液量に応じて吸光量が変化する第３波長帯域に対応する第３画像信号と、前記第３波長帯域よりも長波長の第４波長帯域に対応する第４画像信号を含む請求項１ないし１０いずれか１項記載の内視鏡システム。
12. 前記第１画像信号、前記第２画像信号、前記第３画像信号、前記第４画像信号は、前記観察対象をマルチフレームによって撮像して得られる請求項１１記載の内視鏡システム。
13. 前記特定の生体情報とは、酸素飽和度、血管密度、血管深さ、血管太さ、血液濃度のいずれかである請求項１ないし１２いずれか１項記載の内視鏡システム。
14. 前記ベースライン情報は、前記観察対象に含まれるヘモグロビン以外の色素の濃度に応じて変化する情報である請求項１ないし１３いずれか１項記載の内視鏡システム。
15. 前記ヘモグロビン以外の色素は、生体内に含まれ、又は内視鏡観察時に使用される色素である請求項１４記載の内視鏡システム。
16. 前記ヘモグロビン以外の色素とは、黄色色素、青紫系統の色素、褐色系色素、又は白色色素の少なくともいずれかを含む請求項１５記載の内視鏡システム。
17. 前記黄色色素はビリルビン又はステルコビリンであり、前記青紫系統の色素はインジゴカルミン又はクリスタルバイオレットであり、前記褐色系色素はルゴールであり、前記白色色素は酢酸である請求項１６記載の内視鏡システム。
18. 前記基準ベースライン情報は、ヘモグロビン以外の色素の影響が無い場合に取得したベースライン情報である請求項１ないし１７いずれか１項記載の内視鏡システム。
19. 光源と、光源から出射された照明光が照射された観察対象を撮像する内視鏡と、システム制御及び画像処理を行うプロセッサ装置と、を備える内視鏡システムの作動方法であって、
    画像信号取得部は、前記観察対象を撮像して得られる複数の波長帯域の画像信号を取得するステップと、
    ベースライン情報算出部は、前記複数の波長帯域の画像信号に基づいて、前記観察対象の光散乱特性もしくは光吸収特性に関する情報であって、特定の生体情報に依存しないベースライン情報を算出するステップと、
    ベースライン補正値算出部が、前記ベースライン情報を評価する基準である基準ベースライン情報に、前記ベースライン情報を合わせるためのベースライン補正値を算出するステップと、
    残液情報算出部は、前記ベースライン補正値から前記観察対象に含まれる残液に関する残液情報を算出するステップとを有し、
    前記残液情報算出部に含まれる残液量算出部は、前記残液情報として、前記残液の残液量を算出し、
    前記特定の生体情報は、前記観察対象に含まれるヘモグロビン色素の濃度に応じて変化する内視鏡システムの作動方法。