JP6779025B2 - 画像処理装置及びその作動方法並びに内視鏡用プロセッサ装置及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、観察対象における血管の血管深さを測定する画像処理装置及びその作動方法並びに内視鏡用プロセッサ装置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、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。また、近年においては、白色光などの広帯域光を用いる通常観察だけでなく、酸素飽和度や血管深さなどの生体機能情報を用いる特殊観察も行われるようになってきている。

例えば、特許文献１では、中心波長４４５ｎｍ、４７３ｎｍ、４０５ｎｍの狭帯域光をそれぞれ順次照射して得られた画像信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に基づいて、血管に関する指標値（血管指標値）の一つである輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３を算出し、それら輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３から、酸素飽和度と血管深さを算出し、疑似カラー等の色処理で画像化を行っている。

特開２０１３−２０２１８９号公報（特許５７７４５３１号公報）

酸素飽和度については、特許文献１で示した輝度比S１／S３、S2／S３などの血管指標値だけでなく、その他の測定技術も組み込むことで、酸素飽和度を正確に測定できるようになっている。一方、血管深さについては、血管指標値のみを用いて算出する方法がほとんどであり、以下に示すような理由から、血管深さを正確に測定することができない場合がある。

例えば、図２５及び図２６に示すように、血管指標値の一つである血管コントラストと血管深さとの関係は、血管太さや酸素飽和度の大小にかかわらず、血管深さが深くなるほど血管コントラストが低くなるという傾向が分かっている。しかしながら、図２５に示すように、血管コントラストと血管深さとの関係は、血管太さが大きいときと小さい時とで異なることから、血管太さが変わると、血管コントラストだけでは、血管深さを正確に求めることができない。また、図２６に示すように、血管コントラストと血管深さとの関係は、酸素飽和度が低いときと高いときとで異なることから、酸素飽和度が変わると、血管コントラストだけでは、血管深さを正確に求めることができない。したがって、輝度比や血管コントラストなどの血管指標値だけでなく、その他の情報や測定技術を用いて、観察対象における血管の血管深さを正確に測定できる技術が求められていた。

本発明は、血管指標値のみだけでなく、その他の情報等を用いて、観察対象における血管の血管深さを正確に測定する画像処理装置及びその作動方法並びに内視鏡用プロセッサ装置及びその作動方法を提供することを目的とする。

本発明の画像処理装置は、観察対象における血管の血管深さを測定する画像処理装置であって、観察対象を撮像することにより得られる画像を取得する画像取得部と、画像のうち血管指標値用画像から血管指標値を算出する血管指標値算出部と、血管指標値と、血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットを記憶するデータセット記憶部と、複数の血管指標値変動要因のうち血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定する血管指標値変動要因測定部と、データセットの中から特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、サブデータセットの中から血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求める血管深さ算出部とを備え、特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、血管指標値変動要因測定部は、血管太さを測定する血管太さ測定部と、酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、データセット記憶部は、血管コントラストと、酸素飽和度と、血管太さと、血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する。

観察対象において血管深さの測定対象となる測定対象血管を指定する測定対象血管指定部を有し、血管指標値算出部は、測定対象血管の血管指標値を算出することが好ましい。血管指標値用画像は、複数波長の画像を含み、血管指標値算出部は、複数波長の画像に基づいて、測定対象血管の血管指標値を算出することが好ましい。血管指標値算出部は、複数波長の画像毎に血管指標値を算出し、算出した血管指標値に対して、それぞれ重み付して加算することにより、測定対象血管の血管指標値を算出し、血管指標値に対する重み付け係数は、血管指標値の算出に用いた画像が有する波長成分に基づいて設定されることが好ましい。複数の血管指標値変動要因の中から、血管指標値変動要因測定部で測定する特定の血管指標値変動要因を選択する血管指標値変動要因選択部を有することが好ましい。

血管深さ算出部の算出結果を表示部に表示するための血管深さ測定画像を生成する血管深さ測定画像生成部を有することが好ましい。血管指標値は、血管コントラスト、血管部の輝度値、又は血管部の色情報のうち少なくとも１以上を組み合わせて得られる値であることが好ましい。血管指標値変動要因は、血管太さ、酸素飽和度、血管密度、撮影距離、撮影角度、黄色色素濃度、及び粘膜の散乱係数のうち１以上を組み合わせて得られる値であることが好ましい。

本発明は、観察対象における血管の血管深さを測定する内視鏡用プロセッサ装置であって、観察対象を撮像することにより得られる画像を取得する画像取得部と、画像のうち血管指標値用画像から血管指標値を算出する血管指標値算出部と、血管指標値と、血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットを記憶するデータセット記憶部と、複数の血管指標値変動要因のうち血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定する血管指標値変動要因測定部と、データセットの中から特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、サブデータセットの中から血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求める血管深さ算出部とを備え、特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、血管指標値変動要因測定部は、血管太さを測定する血管太さ測定部と、酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、データセット記憶部は、血管コントラストと、酸素飽和度と、血管太さと、血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する。

本発明は、観察対象における血管の血管深さを測定する画像処理装置の作動方法であって、画像取得部が、観察対象を撮像することにより得られる画像を取得するステップと、血管指標値算出部が、画像から血管指標値を算出するステップと、血管指標値変動要因測定部が、血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因のうち、血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定するステップと、血管深さ算出部が、血管指標値と複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットの中から、特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、サブデータセットの中から血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求めるステップとを有し、特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、血管指標値変動要因測定部は、血管太さを測定する血管太さ測定部と、酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、データセット記憶部は、血管コントラストと、酸素飽和度と、血管太さと、血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する。

本発明は、観察対象における血管の血管深さを測定する内視鏡用プロセッサ装置の作動方法であって、画像取得部が、観察対象を撮像することにより得られる画像を取得するステップと、血管指標値算出部が、画像のうち血管指標値用画像から血管指標値を算出するステップと、血管指標値変動要因測定部が、血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因のうち、血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定するステップと、血管深さ算出部が、血管指標値と複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットの中から、特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、サブデータセットの中から血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求めるステップとを有し、特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、血管指標値変動要因測定部は、血管太さを測定する血管太さ測定部と、酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、データセット記憶部は、血管コントラストと、酸素飽和度と、血管太さと、血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する。

本発明によれば、血管指標値のみだけでなく、その他の情報を用いることで、観察対象における血管の血管深さを正確に測定することができる。

内視鏡システムの外観図である。 第１実施形態の内視鏡システムのブロック図である。 第２白色光と青色レーザ光のスペクトルを示すグラフである。 第１白色光のスペクトルを示すグラフである。 ＲＧＢカラーフィルタの分光透過率を示すグラフである。 酸素飽和度測定部の機能を示すブロック図である。 信号比と酸素飽和度の相関関係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。 酸素飽和度を算出する方法を示す説明図である。 血管選択用画像を示す画像図である。 血管太さ測定画像を示す画像図である。 血管深さ測定部の機能を示すブロック図である。 データセットを示す説明図である。 酸素飽和度が特定値ｓ^*である場合における血管太さφ、血管深さｄ、血管コントラストCtの関係を表す３次元空間上の平面を示すグラフである。 酸素飽和度が特定値ｓ^*である場合における血管太さφ、血管深さｄ、血管コントラストCtの関係を表す３次元空間上の平面を示すグラフであり、平面のうち血管太さφ^*である部分を示す断面を表したグラフである。 酸素飽和度が特定値ｓ^*であり、血管太さが特定値φ^*である場合における血管深さｄと血管コントラストCtとの関係を表した２次元空間上の関係線を示すグラフである。 血管深さ測定画像を示す画像図である。 内視鏡システムの作用を示すフローチャートである。 情報入力部が接続された血管深さ測定部の機能を示すブロック図である。 血管指標値変動要因選択部が接続された血管深さ測定部の機能を示すブロック図である。 第２実施形態の内視鏡システムのブロック図である。 ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の発光帯域とＨＰＦ（High Pass Filter）の特性を示すグラフである。 第３実施形態の内視鏡システムのブロック図である。 回転フィルタの平面図である。 血管太さが異なる場合における血管深さと血管コントラストの関係を示すグラフである。 酸素飽和度が異なる場合における血管深さと血管コントラストの関係を示すグラフである。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６（本発明の「画像処理装置」、「内視鏡用プロセッサ装置」に対応する）、モニタ１８（本発明の「表示部」に対応する）と、コンソール２０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、被検体内に挿入される挿入部２１と、挿入部２１の基端部分に設けられた操作部２２と、挿入部２１の先端側に設けられた湾曲部２３及び先端部２４を有している。操作部２２のアングルノブ２２ａを操作することにより、湾曲部２３は湾曲動作する。この湾曲動作にともなって、先端部２４が所望の方向に向けることができる。

また、操作部２２には、アングルノブ２２ａの他、観察モード切替ＳＷ２２ｂと、ズーム操作部２２ｃと、静止画像を保存するためのフリーズボタン（図示しない）と、が設けられている。モード切替ＳＷ２２ｂは、通常観察モードと、酸素飽和度モードと、血管太さ測定モードと、血管深さ測定モードとの４種類のモード間の切り替え操作に用いられる。

通常観察モードは、被検体内の観察対象をフルカラー画像化した通常光画像をモニタ１８に表示するモードである。酸素飽和度モードは、観察対象の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタ１８に表示するモードである。血管太さ測定モードは、観察対象の血管の太さを測定し、測定結果をモニタ１８に表示するモードである。血管太さ測定モードは、観察対象の血管の深さを測定し、測定結果をモニタ１８に表示するモードである。ズーム操作部２２ｃは、内視鏡１２内のズームレンズ４７（図２参照）を駆動させて、観察対象を拡大させるズーム操作に用いられる。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール２０と電気的に接続される。モニタ１８は、通常光画像や酸素飽和度画像等の画像、及びこれらの画像に関する情報（以下、画像情報等という）を表示する。コンソール２０は、機能設定等の入力操作を受け付けるＵＩ（User Interface: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、画像情報等を記録する記録部（図示省略）を接続しても良い。

図２に示すように、光源装置１４は、中心波長４７３ｎｍの第１青色レーザ光を発する第１青色レーザ光源（４７３ＬＤ（Laser Diode:レーザダイオード））３４と、中心波長４４５ｎｍの第２青色レーザ光を発する第２青色レーザ光源（４４５ＬＤ）３６と、中心波長４０５nmの紫色レーザ光を発する紫色レーザ光源（４０５ＬＤ）３８と、を発光源として備えている。これらの半導体発光素子からなる各光源３４，３６，３８の発光量及び発光タイミングは、光源制御部４０により個別に制御される。

なお、第１，第２青色レーザ光及び紫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、第１、第２青色レーザ光及び紫色レーザ光の中心波長は、上記で示した中心波長に対して±５〜１０nmの範囲に入ることが好ましい。また、第１、第２青色レーザ光及び紫色レーザ光の中心波長は、ピーク波長と同じであってもよく異なってもよい。また、第１青色レーザ光源３４、第２青色レーザ光源３６、及び紫色レーザ光源３８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や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、発光ダイオード等の発光体を用いた構成としても良い。

光源制御部４０は、通常観察モード及び血管太さ測定モードの場合には、第２青色レーザ光源３６のみを点灯する制御を行う。また、酸素飽和度モード及び血管深さ測定モードの場合には、光源制御部４０は、１フレーム間隔で、第１青色レーザ光源３４と第２青色レーザ光源３６を交互に点灯させる制御を行う。なお、通常観察モード、酸素飽和度モード、血管太さ測定モード、及び血管深さ測定モードのいずれのモードにおいても、第２青色レーザ光源３６を点灯した時には、紫色レーザ光源３８も同時に点灯する制御を行ってもよい。

各光源３４，３６，３８から出射される第１，第２青色レーザ光及び紫色レーザ光は、集光レンズ、光ファイバ、合波器等の光学部材（いずれも図示せず）を介してライトガイド４１に入射する。ライトガイド４１は、光源装置１４と内視鏡１２を接続するユニバーサルコード１７（図１参照）と、内視鏡１２に内蔵されている。ライトガイド４１は、各光源３４，３６，３８からの第１，第２青色レーザ光及び紫色レーザ光を、内視鏡１２の先端部２４まで伝搬する。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用することができる。一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。

内視鏡１２の先端部２４は、照明光学系２４ａと撮像光学系２４ｂを有している。照明光学系２４ａには、蛍光体４４と、照明レンズ４５が設けられている。蛍光体４４には、ライトガイド４１から第１，第２青色レーザ光及び紫色レーザ光が入射する。蛍光体４４は、第１または第２青色レーザ光が照射されることで蛍光を発する。また、一部の第１または第２青色レーザ光は、そのまま蛍光体４４を透過する。これに対して、紫色レーザ光は、ほぼ全てが蛍光体４４を透過する。蛍光体４４を出射した光は、照明レンズ４５を介して観察対象に照射される。

観察対象に対して照射される光のスペクトルと発光タイミングは、モード毎に異なっている。通常観察モード及び血管太さ測定モードにおいては、第２青色レーザ光のみが蛍光体４４に入射するため、図３に示すように、第２青色レーザ光と、この第２青色レーザ光により蛍光体４４から励起発光する緑色〜赤色の第２蛍光を含む第２白色光が観察対象に照射される。なお、第２青色レーザ光と同時に紫色レーザ光を発光した場合、紫色レーザ光は蛍光体４４で吸収されずにそのまま透過するため、紫色レーザ光により蛍光が発光することはほとんどない。

酸素飽和度モード及び血管深さモードにおいては、第１青色レーザ光と第２青色レーザ光が蛍光体４４に交互に入射することにより、図４に示すように、第１青色レーザ光と、この第１青色レーザ光により蛍光体４４から励起発光する緑色〜赤色の第１蛍光を含む第１白色光と、第２白色光とが観察対象に交互に照射される。第１蛍光と第２蛍光は、波形（スペクトルの形状）がほぼ同じである。ただし、蛍光体４４においては、第２青色レーザ光に対する吸収量は、第１青色レーザ光に対する吸収量よりも大きいため、同じ強度の第１及び第２青色レーザ光が蛍光体４４に入射した場合、第２蛍光の波長全体の強度は第１蛍光の強度よりも大きくなっている。

なお、蛍光体４４は、第１及び第２青色レーザ光の一部を吸収して、緑色〜赤色に励起発光する複数種類の蛍光体（例えばＹＡＧ系蛍光体、あるいはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇）等の蛍光体）を含んで構成されるものを使用することが好ましい。また、本実施形態のように、半導体発光素子を蛍光体４４の励起光源として用いれば、高い発光効率で高強度の第１白色光及び第２白色光が得られる。また、各白色光の強度を容易に調整できる上に、色温度、色度の変化を小さく抑えることができる。

内視鏡１２の撮像光学系２４ｂは、撮像レンズ４６、ズームレンズ４７、センサ４８を有している（図２参照）。観察対象からの反射光は、撮像レンズ４６及びズームレンズ４７を介してセンサ４８に入射する。これにより、センサ４８に観察対象の反射像が結像される。ズームレンズ４７は、ズーム操作部２２ｃを操作することでテレ端とワイド端との間を移動する。

センサ４８は、カラーの撮像素子であり、観察対象の反射像を撮像して画像信号を出力する。センサ４８としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることができる。本実施形態では、センサ４８はＣＣＤイメージセンサである。また、センサ４８は、撮像面に対して、Ｒカラーフィルタが設けられたＲ画素と、Ｇカラーフィルタが設けられたＧ画素と、Ｂカラーフィルタが設けられたＢ画素とを有している。これらＲＧＢの各色の画素で光電変換をすることによってＲ，Ｇ，Ｂの三色の画像信号を出力する。

図５に示すように、Ｂカラーフィルタは３８０〜５６０ｎｍの分光透過率を有しており、Ｇカラーフィルタは４５０〜６３０ｎｍの分光透過率を有しており、Ｒカラーフィルタ５８０〜７６０ｎｍの分光透過率を有している。したがって、通常観察モード及び血管太さ測定モード時に第２白色光が観察対象に照射された場合には、Ｂ画素には第２青色レーザ光と第２蛍光の緑色成分の一部が入射し、Ｇ画素には第２蛍光の緑色成分の一部が入射し、Ｒ画素には第２蛍光の赤色成分が入射する。

一方、酸素飽和度モード及び血管深さ測定モード時に第１白色光が観察対象に照射された場合には、Ｂ画素には第１青色レーザ光と第１蛍光の緑色成分の一部が入射し、Ｇ画素には第１蛍光の緑色成分の一部とＧカラーフィルタによって減衰した第１青色レーザ光が入射し、Ｒ画素には第１蛍光の赤色成分が入射する。第１青色レーザ光は第１蛍光よりも発光強度が極めて大きいので、Ｂ画素から出力されるＢ画像信号の大部分は第１青色レーザ光の反射光成分で占められている。酸素飽和度モード及び血管深さ測定モード時に第２白色光が観察対象に照射されたときのＲＧＢ各画素での光入射成分は、通常観察モードの場合と同様である。

センサ４８としては、撮像面に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、いわゆる補色イメージセンサを用いても良い。センサ４８として補色イメージセンサを用いる場合は、ＣＭＹＧの四色の画像信号からＲＧＢの三色の画像信号に色変換する色変換部を、内視鏡１２、光源装置１４またはプロセッサ装置１６のいずれかに設けておけば良い。こうすれば補色イメージセンサを用いる場合でも、ＣＭＹＧの４色の画像信号から色変換によってＲＧＢ３色の画像信号を得ることができる。

撮像制御部４９はセンサ４８の撮像制御を行う。通常観察モード及び血管太さ測定モード時には、１フレームの期間（以下、単に１フレームという）毎に、第２白色光で照明された観察対象をセンサ４８で撮像する。これにより、１フレーム毎に、センサ４８は、Ｒ画素からＲｃ画像信号を出力し、Ｇ画素からＧｃ画像信号を出力し、Ｂ画素からＢｃ画像信号を出力する。

撮像制御部４９は、酸素飽和度モード及び血管深さ測定モード時には、第１白色光と第２白色光の発光タイミングに同期して、センサ４８が撮像を行うように制御する。具体的には、センサ４８は、第１白色光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を読み出して、Ｒ画素からＲ１画像信号を出力し、Ｇ画素からＧ１画像信号を出力し、Ｂ画素からＢ１画像信号を出力する。そして、第２白色光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を２フレーム目の読出期間に読み出して、Ｒ画素からＲ２画像信号を出力し、Ｇ画素からＧ２画像信号を出力し、Ｂ画素からＢ２画像信号を出力する。

図２に示すように、センサ４８から出力される各色の画像信号は、ＣＤＳ（correlated double sampling）／ＡＧＣ（automatic gain control）回路５０に送信される（図２参照）。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路５０は、センサ４８から出力されるアナログの画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）や自動利得制御（ＡＧＣ）を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路５０を経た画像信号は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器５２によってデジタル画像信号に変換される。こうしてデジタル化された画像信号はプロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、画像信号取得部５４（本発明の「画像取得部」に対応する）と、画像信号取得部５４はＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６と、ノイズ低減部５８と、信号変換部５９と、画像処理切替部６０と、通常観察画像処理部６２と、酸素飽和度測定部６４（本発明の「血管指標値変動要因測定部」に対応する）と、酸素飽和度画像生成部６５と、血管太さ測定部６６と、血管太さ測定画像生成部６７と、血管深さ測定部６８（本発明の「血管指標値変動要因測定部」に対応する）と、血管深さ測定画像生成部６９と、映像信号生成部７０とを備えている。

画像信号取得部５４は、内視鏡１２のセンサ４８から出力される画像信号を取得する。ＤＳＰ５６は、取得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、ＹＣ変換処理等の各種信号処理を行う。欠陥補正処理では、センサ４８の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理が施された画像信号から暗電流成分が除かれ、正確な零レベルが設定される。ゲイン補正処理は、オフセット処理後のＲＧＢ各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、色再現性を高めるための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や彩度が整えられる。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不足した色の信号が生成される。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。ＤＳＰ５９は、デモザイク処理後の各画像信号にＹＣ変換処理を施し、ＹＣ変換処理によって生成された輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒをノイズ低減部５８に出力する。

ノイズ低減部５８は、ＤＳＰ５６でデモザイク処理等が施され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。ノイズが低減された画像信号は、信号変換部５９に入力され、ＲＧＢの画像信号に再変換された後、画像処理切替部６０に入力される。

画像処理切替部６０は、通常観察モードにセットされている場合には、信号変換部５９を経た画像信号を通常観察画像処理部６２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、画像処理切替部６０は、信号変換部５９を経た画像信号を酸素飽和度測定部６４に入力する。また、血管太さ測定モードに設定されている場合には、画像処理切替部６０は、信号変換部５９を経た画像信号を血管太さ測定部６６に入力する。また、血管深さ測定モードに設定されている場合には、画像処理切替部６０は、信号変換部５９を経た画像信号を血管深さ測定部に６８に入力する。

通常観察画像処理部６２は、入力された１フレーム分のＲｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号を、それぞれＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素に割り当てたＲＧＢ画像データを生成する。そして、ＲＧＢ画像データに対して、さらに３×３のマトリックス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ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。色彩強調処理済みのＲＧＢ画像データに対しては、空間周波数強調等の構造強調処理を施す。構造強調処理が施されたＲＧＢ画像データは、通常観察画像として映像信号生成部７０に入力される。映像信号生成部７０では、入力された通常観察画像を映像信号（例えば、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒ）に変換し、変換後の映像信号をモニタ１８に出力する。これにより、モニタ１８には通常観察画像が表示される。

酸素飽和度測定部６４は、入力された２フレーム分のＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、Ｒ１画像信号、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を測定する。測定した酸素飽和度に関する情報は、酸素飽和度画像生成部６５に送られる。酸素飽和度画像生成部６５では、酸素飽和度に応じて色付けした酸素飽和度画像を生成する。生成された酸素飽和度画像は映像信号生成部７０に入力される。映像信号生成部７０では、入力された酸素飽和度画像を映像信号に変換し、変換後の映像信号をモニタ１８に出力する。これにより、モニタ１８には酸素飽和度画像が表示される。なお、酸素飽和度測定部６４及び酸素飽和度画像生成部６５の詳細については後述する。

血管太さ測定部６６は、入力された１フレーム分のＢｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｒｃ画像信号に基づいて、ユーザーが指定した血管の血管太さを測定する。ここで、血管の太さ（血管径）とは、血管と粘膜の境界線間の距離であり、例えば、血管のエッジから血管の中を通って血管の短手方向に沿って画素数を計数した値である。したがって、血管の太さは画素数であるが、画像を撮影した際の撮影距離やズーム倍率等が既知の場合には、必要に応じて「μｍ」等の長さの単位に換算可能である。

血管太さ測定部６６で測定した血管太さに関する情報と１フレーム分のＢｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｒｃ画像信号は、血管太さ測定画像生成部６７に送られる。血管太さ測定画像生成部６７では、観察対象の画像に対して、血管太さに関する情報が重畳表示された血管太さ測定画像を生成する。生成された血管太さ測定画像は映像信号生成部７０に入力される。映像信号生成部７０では、入力された血管太さ測定画像を映像信号に変換し、変換後の映像信号をモニタ１８に出力する。これにより、モニタ１８には血管太さ測定画像が表示される。なお、血管太さ測定部６６及び血管太さ測定画像生成部６７の詳細については後述する。

血管深さ測定部６８は、入力された２フレーム分のＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、Ｒ１画像信号、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号に基づいて、ユーザーが指定した血管の血管深さを測定する。測定した血管深さに関する情報とＢ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号は、血管深さ測定画像生成部６９に送られる。血管深さ測定画像生成部６９では、観察対象の画像に対して、血管深さに関する情報が重畳表示された血管深さ測定画像を生成する。生成された血管深さ測定画像は映像信号生成部７０に入力される。映像信号生成部７０では、入力された血管深さ測定画像を映像信号に変換し、変換後の映像信号をモニタ１８に出力する。これにより、モニタ１８には血管深さ測定画像が表示される。なお、血管深さ測定部６８及び血管深さ測定画像生成部６９の詳細については後述する。

図６に示すように、酸素飽和度測定部６４は、信号比算出部８１と、相関関係記憶部８２と、酸素飽和度算出部８３とを有する。信号比算出部８１は、Ｂ１画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｂ１／Ｇ２を画素毎に算出し、かつ、Ｒ２画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｒ２／Ｇ２を画素毎に算出する。なお、信号比算出部８１は、信号比Ｂ１／Ｇ２を算出する際に、Ｂ１画像信号，Ｇ１画像信号，Ｒ１画像信号を用いた画素間演算によって、Ｂ１画像信号から第１蛍光による信号値を除去して色の分離性を高める補正処理を施し、ほぼ第１青色レーザ光だけによる信号値に補正したＢ１画像信号を用いることが好ましい。

相関関係記憶部８２は、信号比算出部８１が算出する信号比と、酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図７に示す二次元空間上に酸素飽和度の等値線を定義した２次元テーブルで記憶されている。信号比に対す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、各等値線の間隔は血液量（図７の横軸）に応じて変化する。この信号比と酸素飽和度との相関関係はｌｏｇスケールで記憶されている。

上記相関関係は、図８に示すように、酸化ヘモグロビン（グラフ９０）や還元ヘモグロビン（グラフ９１）の吸光特性や光散乱特性と密接に関連し合っている。例えば、第１青色レーザ光の中心波長４７３ｎｍの近傍の波長範囲ように、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範囲、すなわち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波長範囲では、酸素飽和度の情報を取り扱いやすい。しかしながら、４７３ｎｍの光に対応する信号を含むＢ１画像信号は、酸素飽和度だけでなく、血液量にも依存度が高い。そこで、Ｂ１画像信号に加え、主として血液量に依存して変化する光に対応するＧ２画像信号と、Ｂ１画像信号とＧ２画像信号のリファレンス信号となるＲ２画像信号とから得られる信号比Ｒ２／Ｇ２を用いることで血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。

酸素飽和度算出部８３は、信号比算出部８１で算出された信号比を用いることにより、画像信号に基づいて酸素飽和度を算出する。より具体的には、酸素飽和度算出部８３は、相関関係記憶部８２に記憶された相関関係を参照し、信号比算出部８１で算出された信号比に対応する酸素飽和度を画素毎に算出する。例えば、特定画素における信号比Ｂ１／Ｇ２及び信号比Ｒ２／Ｇ２がそれぞれＢ１^*／Ｇ２^*及びＲ２^*／Ｇ２^*である場合、図９に示すように、相関関係を参照すると、信号比Ｂ１^*／Ｇ２^*及び信号比Ｒ２^*／Ｇ２^*に対応する酸素飽和度は「６０％」である。したがって、酸素飽和度算出部８３は、この特定画素の酸素飽和度を「６０％」と算出する。

なお、信号比Ｂ１／Ｇ２及び信号比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や信号比Ｒ２／Ｇ２の値が、酸素飽和度０％の下限ライン９３を上回ったり、反対に酸素飽和度１００％の上限ライン９４を下回ったりすることはほとんどない。但し、算出する酸素飽和度が下限ライン９３を下回ってしまった場合には酸素飽和度算出部８３は酸素飽和度を０％とし、上限ライン９４を上回ってしまった場合には酸素飽和度を１００％とする。また、信号比Ｂ１／Ｇ２及び信号比Ｒ２／Ｇ２に対応する点が下限ライン９３と上限ライン９４の間から外れた場合には、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ても良い。

酸素飽和度画像生成部６５は、酸素飽和度算出部８３で算出された酸素飽和度を用いて、酸素飽和度を色付けした酸素飽和度画像を生成する。具体的には、まず、酸素飽和度画像生成部６５では、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に基づいて、通常観察画像と同様の生成方法で、ベース画像を生成する。そして、ベース画像に対して、ベース画像の色を酸素飽和度に応じて変更する色付け処理を施す。これにより、酸素飽和度画像が得られる。なお、色付け処理では、例えば、酸素飽和度が特定の閾値（例えば７０％）を超える画素領域についてはベース画像の色を変更せず、酸素飽和度が特定の閾値を下回る画素領域については酸素飽和度に応じてベース画像の色を変更するようにすることが好ましい。

また、上記とは別の方法で、酸素飽和度画像を生成してもよい。例えば、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂで酸素飽和度画像を生成する場合には、輝度信号ＹについてはＧ２画像信号に応じて信号レベルを変えるとともに、色差信号Ｃｒ、Ｃｂについては、酸素飽和度に応じて信号レベルを変えることが好ましい。例えば、酸素飽和度が高いときには、Ｃｒの信号レベルを「正」にし、Ｃｂの信号レベルを「負」にする一方で、酸素飽和度が低い時には、Ｃｒの信号レベルを「負」にし、Ｃｂの信号レベルを「正」にするように設定することが好ましい。この場合には、酸素飽和度画像では、高酸素領域が赤みを帯びて表示される一方、低酸素領域が青みを帯びて表示される。

血管太さ測定部６６は、Ｒｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号に基づいて、特定の血管の血管太さを測定する。血管太さ測定部６６では、血管太さの測定対象となる測定対象血管を指定するために、Ｒｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号を測定対象血管指定部１００に送信する（図２参照）。測定対象血管指定部１００では、図１０に示すように、Ｒｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号に基づいて、測定対象血管を選択するための血管選択用画像１０２を生成し、モニタ１８に表示する。血管選択用画像１０２は、血管とそれ以外の部分を区別する二値化処理等によって、血管を抽出した画像であることが好ましい。ユーザーは、コンソール２０等の操作部材により血管選択用画像１０２上の選択ポインタ１０４を操作し、選択ポインタ１０４で測定対象血管ＴＢを指定する。測定対象血管指定部１００は、コンソール２０等の操作部材で指定された測定対象血管ＴＢに関する情報を、血管太さ測定部６６に送信される。

血管太さ測定部６６は、測定対象血管が指定されたら、Ｒｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号のうち、測定対象血管が存在する部分の画素を特定する。この特定した画素から、測定対象血管の血管太さを算出する。具体的には、特定した画素の画素数（例えば、図１０の場合であれば、画素数は「５画素」となる。）に対して、１画素あたりの平均的な大きさを掛け合わせることで、測定対象血管の血管太さが算出される。なお、血管太さは、観察対象と内視鏡の先端部２４との間の観察距離によって影響を受けるため、１画素当たりの大きさは、観察距離に応じて決めておくことが好ましい。

血管太さ測定画像生成部６７は、Ｒｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号に基づいて、通常観察画像と同様の生成方法で、ベース画像を生成する。そして、血管太さ測定画像生成部６７は、ベース画像に対して、測定対象血管を強調表示するとともに、測定対象血管の血管太さを重畳表示する処理を行う。これにより、図１１に示すように、強調表示された測定対象血管TBと、測定対象血管TBの血管太さφｘが表示された血管太さ測定画像１１０が得られる。

図１２に示すように、血管深さ測定部６８は、血管コントラスト算出部９６（本発明の「血管指標値算出部」に対応する）と、データセット記憶部９７と、血管深さ算出部９８とを備えている。この血管深さ算出部９８においても、血管太さ測定部６６と同様に、血管深さの測定対象となる測定対象血管の指定を行う。測定対象血管の指定は、上記と同様、測定対象血管指定部１００によって行う。なお、測定対象血管指定部１００では、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号に基づいて血管選択用画像を生成することが好ましい。

血管コントラスト算出部９６は、入力された画像信号のうち血管コントラスト用画像信号（本発明の「血管指標値用画像」に対応する）に基づいて、血管部分の画素値Ｉｂと、粘膜など血管以外の部分の画素値Ｉｍ（例えば、粘膜の画素値の平均値）を算出する。この血管コントラスト算出部９６では、複数波長の画像信号（本発明の「複数波長の画像」に対応する）を含む血管コントラスト用画像信号を使用する。複数波長の画像信号は、それぞれが異なる波長成分を持つ複数の画像信号から構成され、本実施形態では、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に対応している。そして、血管コントラスト算出部９６は、下記式により、血管コントラストＣｔを算出する。
式）Ｃｔ＝−Ｌｏｇ（Ｉｂ／Ｉｍ）
なお、以下において、測定対象血管の血管コントラストＣｔを「Ｃｔ^*」とする。

データセット記憶部９７は、図１３に示すように、血管コントラストＣｔと、その血管コントラストＣｔが得られる場合の酸素飽和度、血管太さ、及び血管深さとを対応づけた測定用データで構成されるデータセット１２０を記憶している。図１３の場合であれば、測定用データは、酸素飽和度のレベル毎に分けて記憶されている。具体的には、酸素飽和度が１００％の場合における測定用データについては、血管太さ測定可能範囲内で最小の血管太さφ１と血管深さ測定可能範囲内で一番浅い血管深さｄ１と、血管太さφ１と血管深さｄ１の場合に得られる血管コントラストＣｔ（１００、φ１、ｄ１）とを対応付けた測定用データを記憶している。

同様にして、最小の血管太さφ１に対する血管深さＰ２〜Ｐｎの全ての組み合わせと、それらを組み合わせた場合に得られる血管コントラストＣｔ（１００、φ１、ｄ２）〜Ｃｔ（１００、φ１、ｄｎ）とを対応付けた測定用データも記憶している。また、酸素飽和度が１００％の場合における血管太さφ２〜φｍについても、上記と同様の対応付けが行われた測定用データを記憶している。更には、酸素飽和度が０％〜９９％の場合においても、上記と同様の対応付けが行われた測定用データを記憶している。

なお、血管コントラストＣｔと、酸素飽和度ｓ、血管太さφ、及び血管深さｄとの関係は、関数Ｃｔ＝ｆ（ｓ、φ、ｄ）で表すことができる。この関数Ｃｔ＝ｆ（ｓ、φ、ｄ）については、酸素飽和度ｓを特定値に固定した場合、血管深さｄをＸ軸とし、血管太さφをＹ軸とし、血管コントラストＣｔをＺ軸とする３次元空間上では、図１４に示すような平面１３０で表される。この図１４では、血管深さが深く且つ血管太さが細くなるほど、血管コントラストが低くなることが分かる。一方、血管深さが浅く且つ血管太さが太くなるほど、血管コントラストが高くなることが分かる。

血管深さ算出部９８は、血管コントラスト算出部９６で算出した血管コントラストＣｔ^*と、２フレーム分のＢ１画像信号、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号を用い、データセット記憶部９７に記憶したデータセットを参照して、特定の血管の血管深さを算出する。

血管深さ算出部９８は、Ｂ１画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号を酸素飽和度測定部６４に送り、酸素飽和度測定部６４で、測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*を測定する。測定した測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*の情報は、血管深さ算出部９８に返される。また、血管深さ算出部９８は、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号を血管太さ測定部６６に送り、血管太さ測定部６６で、測定対象血管の血管太さφ^*を測定する。

測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*と血管太さφ^*が得られたら、血管深さ算出部９８は、データセット記憶部９７に記憶したデータセットの中から、測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*と血管太さφ^*に該当する測定用データを第１のサブデータセットとして絞り込む。例えば、測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*が１００％で、血管太さφ^*がφ１の場合には、データセットの中から、酸素飽和度１００％、血管太さφ１に該当する部分の測定用データが、第１のサブデータセットとして選択される（図１３参照）。

第１のサブデータセットが絞り込まれたら、血管深さ算出部９８は、第１のサブデータセットを参照して、血管コントラスト算出部９６で算出した血管コントラストＣｔ^*に対応する血管深さを算出する。この算出された血管深さが、測定対象血管の血管深さとなる。例えば、図１３に示す第１のサブデータセットに絞り込んだ場合には、第１のサブデータセットにおいて、血管コントラストＣｔ^*に対応する血管深さは「ｄ^*」となる。以上のように、血管コントラストだけでなく、酸素飽和度測定部６４で測定した酸素飽和度や血管太さ測定部６６で測定した血管太さと、血管コントラスト、酸素飽和度、血管太さ、及び血管深さとを対応付けた測定用データとを用いて、測定対象血管の血管深さを算出していることから、算出された血管深さの算出精度は、血管コントラストだけで算出を行った場合に比べて、高くなっている。

なお、血管コントラストＣｔと酸素飽和度ｓ、血管太さφ、及び血管深さｄとの関係を、上記した３変数関数Ｃｔ＝ｆ（ｓ、φ、ｄ）で表した場合における血管深さの算出方法は、以下のようになる。まず、測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*が確定すると、関数Ｃｔ＝ｆ（ｓ^*、φ、ｄ）は、血管太さφと血管深さｄについての２変数関数となる。この２変数関数を上記の３次元空間で表した場合には、図１４に示す平面１３０で表される。更に、血管太さφ^*が確定すると、関数Ｃｔ＝ｆ（ｓ^*、φ^*、ｄ）は、血管深さｄについての１変数関数となる。

この１変数関数については、図１５に示すように、上記２変数関数を表した平面１３０において血管太さφ^*の部分でＸ軸方向に沿って切断した場合の断面１３２に等しくなる。また、Ｘ軸を血管深さｄとし、Ｙ軸を血管コントラストＣｔする２次元平面で上記の１変数関数Ｃｔ＝ｆ（ｓ^*、φ^*、ｄ）を表した場合には、図１６に示すように、血管深さｄが深くなるほど、血管コントラストＣｔが減少するような関数で表される。上記のように、１変数関数Ｃｔ＝ｆ（ｓ^*、φ^*、ｄ）にまで落とし込むことで、血管コントラストＣｔ^*から、血管深さｄ^*を算出することが可能となる。

血管深さ測定画像生成部６９は、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に基づいて、通常観察画像と同様の生成方法で、ベース画像を生成する。そして、血管深さ測定画像生成部６９は、ベース画像に対して、測定対象血管を強調表示するとともに、測定対象血管の血管深さを重畳表示する処理を行う。これにより、図１７に示すように、強調表示された測定対象血管TBと、測定対象血管TBの血管深さｄ^*が表示された血管深さ測定画像１５０が得られる。

次に、本実施形態の内視鏡システム１０による観察の流れを図１８のフローチャートに沿って説明する。まず、通常観察モードにおいて、ユーザーは観察対象の観察を行い、病変部の可能性がある部位の検出を行う。そして、病変部の可能性ある部位を発見した場合には、その部分の血管について血管深さを測定するために、モード切替ＳＷ２２ｂを操作して、血管深さ測定モードに切り替える。

血管深さ測定モードに切り替えられると、第１及び第２白色光がセンサ４８の撮像フレームに同期して交互に観察対象に照射される。センサ４８は１フレーム目にＲ１画像信号，Ｇ１画像信号，Ｂ１画像信号を出力し、２フレーム目にＲ２画像信号，Ｇ２画像信号，Ｂ２画像信号を出力する。これらの画像信号は、プロセッサ装置１６の画像信号取得部５４に取得され、各種信号処理が施される。

そして、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に基づいて血管選択用画像１０２が生成され、モニタ１８に表示される。ユーザーは、血管選択用画像１０２において病変部の可能性がある部分の血管を測定対象血管として選択する。測定対象血管が選択されると、血管コントラスト算出部９６が、測定対象血管の血管コントラストＣｔ^*を算出する。また、Ｂ１画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号が酸素飽和度測定部６４に送られ、酸素飽和度測定部６４で測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*が測定される。また、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号が血管太さ測定部６６に送られ、血管太さ測定部６６で測定対象血管の血管太さφ^*が測定される。

測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*と血管太さφ^*を測定した後は、血管深さ算出部９８が、データセット記憶部９７に記憶したデータセットの中から、測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*と血管太さφ^*に該当する測定用データを第１のサブデータセットとして絞り込む。第１のサブデータセットが絞り込まれたら、血管深さ算出部９８は、第１のサブデータセットを参照して、測定対象血管の血管コントラストＣｔ^*に対応する血管深さを測定対象血管の血管深さｄ^*として算出する。測定対象血管の血管深さｄ^*が算出されたら、測定対象血管の血管深さｄ^*の情報とＲ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に基づいて、血管深さ測定画像を生成し、モニタ１８に表示する。

なお、上記実施形態において、血管コントラスト算出部９６で、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に対して重み付けを行い、重み付けしたＲ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に基づいて、測定対象血管の血管コントラストを算出してもよい。例えば、血管選択用画像１０２において、ユーザによる目視により、測定対象血管のおおよその血管深さ（目測の血管深さ）を測り、その目測の血管深さに応じた重み付けを行う。なお、重み付けの設定は、コンソール２０等の操作部材により行う。

ここで、目測の血管深さが浅い場合には、表層血管など浅い部分に位置する血管は短波長の画像信号に多く含まれることから、短波長の画像信号に含まれるＢ２画像信号に対する重み付けを、その他のＧ２画像信号、Ｒ２画像信号に対する重み付けよりも大きくする。一方、目測の血管深さが深い場合には、中深層血管などの深い部分に位置する血管は、長波長の画像信号に多く含まれることから、長波長の画像信号に含まれるＧ２画像信号に対する重み付けを、その他のＢ２画像信号、Ｒ２画像信号に対する重み付けよりも大きくする。以上のように、測定対象血管が含まれる波長帯域の画像信号の重み付けを大きくすることで、測定対象血管の血管コントラストの算出精度を向上することができる。この血管コントラストの算出精度向上は、血管深さの算出精度の向上にも繋がることになる。

また、血管コントラスト算出部９６では、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号毎に、血管コントラストを算出し、算出した血管コントラストを組み合わせて演算することにより、測定対象血管の血管コントラストを算出してもよい。血管コントラストを組み合わせて演算する方法としては、例えば、血管コントラストに重み付して加算する重み付け平均処理が考えられる。この重み付け平均処理を行う場合には、各血管コントラストに対する重み付け係数は、血管コントラストの算出に用いた画像信号が有する波長成分に基づいて設定することが好ましい。

例えば、R２画像信号から得られた血管コントラストCtｒの重み付け係数をα、G２画像信号から得られた血管コントラストCtgの重み付け係数をβ、B２画像信号から得られた血管コントラストCtｂの重み付け係数をγとすると、測定対象血管の血管コントラストは「α×Ctｒ＋β×Ctｇ＋γ×Ctｂ」となる。測定対象血管が表層血管である場合には、重み付け係数γを、他の重み付け係数α、βよりも大きくすることが好ましい。なお、各血管コントラストCtｒ、Ctｇ、Ctｂは、それぞれ同一の注目血管に対する血管コントラストを示している。

なお、上記実施形態においては、酸素飽和度測定部６４で測定した測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*と、血管太さ測定部６６で測定した測定対象血管の血管太さφ^*とを用いて、それら測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*と血管太さφ^*を持つ第１のサブデータセットの絞り込みを行っているが、その他の方法でサブデータセットの絞り込みを行ってもよい。例えば、図１９に示すように、血管深さ算出部９８に接続された情報入力部１６０により、測定対象血管の酸素飽和度ｓ^**と血管太さφ^**を、手動で入力した上で、血管深さ算出部９８は、その入力した測定対象血管の酸素飽和度ｓ^**と血管太さφ^**を持つ測定用データを第２のサブデータセットとして絞り込む。この第２のサブデータセットの場合も、第１のサブデータセットと同様の方法で、血管深さの算出を行う。なお、情報入力部１６０の機能はコンソール２０に組み込んでもよい。

以上のように、手動で測定対象血管の酸素飽和度ｓ^**と血管太さφ^**を入力する状況としては、血管深さを測定する前に、既に、ユーザーが、酸素飽和度画像や血管太さ測定画像を見て、おおよその酸素飽和度と血管太さを認識している状況が考えられる。なお、血管深さ算出部９８は、酸素飽和度測定部６４及び血管太さ測定部６６で測定した測定対象血管の酸素飽和度ｓ^*と血管太さφ^*に基づいて、第１のサブデータセットを絞り込む自動モードと、手動入力された測定対象血管の酸素飽和度ｓ^**と血管太さφ^**に基づいて、第２のサブデータセットを絞り込む手動モードの２つのモードを実行可能な状態にしてもよい。この場合には、コンソール２０等の操作部材により、自動モードと手動モードのいずれかのモードに選択的に設定される。

なお、上記実施形態では、血管深さを算出するために、血管コントラストを用いたが、その他の血管指標値を用いてもよい。血管指標値としては、例えば、測定対象血管の輝度値（平均値など）や測定対象血管の色情報が挙げられる。色情報としては、Ｒ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｂ２画像信号に基づく演算により得られる演算値、例えば、Ｒ２／Ｇ２、Ｂ２／Ｇ２など信号比や、色差信号Ｃｒ、Ｃｂ、彩度Ｓ、色相Ｈなどがある。また、血管指標値は、血管コントラスト、血管部の輝度値、及び血管部の色情報を組み合わせて得られる値としてもよい。

なお、上記実施形態では、血管コントラストと、酸素飽和度、血管太さ、及び血管深さとの関係を定めておいた上で、血管深さ以外の酸素飽和度及び血管太さを測定し、この測定結果と関係を用いることで、血管深さを算出したが、これに限らず、血管コントラストなどの血管指標値と、血管指標値を変動させる血管指標値変動要因であって、血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因と、血管深さとの関係を予め定めておいた上で、特定の血管指標値変動要因を測定し、その測定結果と関係を用いることで、血管深さを算出するようにしてもよい。

この場合、複数の血管指標値変動要因の中から、特定の血管指標値変動要因を選択又は追加できるようにするために、図２０に示すように、各血管指標値変動要因について血管指標値と対応付けした測定用データで構成される選択用データセットを選択用データセット記憶部１６５に予め記憶してくことが好ましい。そして、血管深さ測定部６８に接続された血管指標値変動要因選択部１７０で特定の血管指標値変動要因が選択されると、その選択された血管指標値変動要因に対応する選択用データセットを選択用データセット記憶部１６５から読み出して、１つのデータセットとして統合する。この統合したデータセットをデータセット記憶部９７に記憶し、同様の方法で、血管深さの算出を行う。なお、酸素飽和度及び血管太さ以外の特定の血管指標値変動要因が選択された場合には、その特定の血管指標値変動要因を測定することができる特定測定部が新たに必要となる。

なお、特定の血管指標値変動要因が複数ある場合には、一部は代表値（例えば、酸素飽和度であれば「７０％」）で固定し、その他の特定の血管指標値変動要因について血管指標値と血管深さとを対応付けたデータセットとすることが好ましい。この場合には、代表値で固定した一部の特定の血管指標値変動要因の測定又は入力は行わず、その他の特定の血管指標値変動要因の測定又は入力のみを行うことになる。

特定の血管指標値変動要因としては、酸素飽和度や血管太さ以外に、以下がある。例えば、撮影距離や撮影角度は、血管コントラストを変動させる特定の血管指標値変動要因であることから、血管コントラストと、撮影距離又は撮影角度などと、血管深さとの関係から、血管深さを算出するようにしてもよい。また、血管密度についても、血管コントラストを変動させる特定の血管指標値変動要因であることから、血管コントラストと、血管密度と、血管深さとの関係から、血管深さを算出するようにしてもよい。その他の特定の血管指標値変動要因としては、ビリルビンなどの黄色色素の濃度や、粘膜の散乱係数などがある。なお、撮影距離については、粘膜全体の平均輝度から算出することが好ましい。また、撮影角度については、画像全体の輝度分布から推定することが好ましい。また、血管密度については、画像中の血管領域を抽出し、抽出した血管領域に基づいて算出することが好ましい。

［第２実施形態］
図２１に示すように、内視鏡システム２００の光源装置１４には、第１及び第２青色レーザ光源３４，３６及び紫色レーザ光源３８と光源制御部４０の代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源ユニット２０１と、ＬＥＤ光源制御部２０４が設けられている。また、内視鏡システム２００の照明光学系２４ａには蛍光体４４が設けられていない。それ以外については、第１実施形態の内視鏡システム１０と同様である。

ＬＥＤ光源ユニット２０１は、特定の波長帯域に制限された光を発光する光源として、Ｒ−ＬＥＤ２０１ａ，Ｇ−ＬＥＤ２０１ｂ，Ｂ−ＬＥＤ２０１ｃ、Ｖ−ＬＥＤ２０１ｄを有する。図２２に示すように、Ｒ−ＬＥＤ２０１ａは、例えば約６００〜６５０ｎｍの赤色帯域光（以下、単に赤色光という）を発光する。この赤色光の中心波長は約６２０〜６３０ｎｍである。Ｇ−ＬＥＤ２０１ｂは、正規分布で表される約５００〜６００ｎｍの緑色帯域光（以下、単に緑色光）を発光する。Ｂ−ＬＥＤ２０１ｃは、４４５〜４６０ｎｍを中心波長とする青色帯域光（以下、単に青色光という）を発光する。Ｖ−ＬＥＤ２０１ｄは、４００〜４１０nmを中心波長とする紫色帯域光（以下、単に紫色光という）を発行する。

また、ＬＥＤ光源ユニット２０１は、Ｂ−ＬＥＤ２０１ｃが発する青色光の光路上に挿抜されるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０２を有する。ハイパスフィルタ２０２は、約４５０ｎｍ以下の波長帯域の青色光をカットする。この約４５０ｎｍ以下の波長帯域がカットされた青色光は、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波長帯域（図８参照）で構成されるため、酸素飽和度の測定に使用することができる。そのため、以下、約４５０ｎｍ以下の波長帯域がカットされた青色光を測定用青色光という。なお、ハイパスフィルタ２０２の挿抜は、ＬＥＤ光源制御部２０４の制御のもとで、ＨＰＦ挿抜部２０３によって行われる。

ＬＥＤ光源制御部２０４は、ＬＥＤ光源ユニット２０１の各ＬＥＤ２０１ａ〜２０１ｄの点灯／消灯及び各発光量、及びハイパスフィルタ２０２の挿抜を制御する。具体的には、通常観察モード及び血管太さ測定モードの場合、ＬＥＤ光源制御部２０４は、各ＬＥＤ２０１ａ〜２０１ｄを全て点灯させ、ハイパスフィルタ２０２はＢ−ＬＥＤ３０１ｃを光路上から退避させる。これにより、紫色光、青色光，緑色光，赤色光が重畳した白色光が観察対象に照射され、センサ４８はその反射光により観察対象を撮像し、Ｂｃ画像信号，Ｇｃ画像信号，Ｒｃ画像信号を出力する。

一方、酸素飽和度モード及び血管深さ測定モードの場合、ＬＥＤ光源制御部２０４は、ハイパスフィルタ２０２を挿入した状態で、Ｂ−ＬＥＤ２０３ｄのみの点灯と、全てのＬＥＤ２０３ａ〜２０３ｄの点灯とを、１フレームごとに交互に切り替える制御を行う。これにより、観察対象には、測定用青色光と、紫色光、測定用青色光、緑色光、及び赤色光とを含む混合光とが交互に照射される。

そして、撮像制御部４９では、測定用青色光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を１フレーム目の読出し期間に読み出して、Ｂ１画像信号，Ｇ１画像信号，Ｒ１画像信号を出力する。また、紫色光、測定用青色光、緑色光、及び赤色光とを含む混合光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を２フレーム目の読出期間に読み出して、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号を出力する。その後の処理は内視鏡システム１０と同様に行うことができる。

［第３実施形態］
図２３に示すように、内視鏡システム３００の光源装置１４には、第１及び第２青色レーザ光源３４，３６及び紫色レーザ光源３８と光源制御部４０の代わりに、広帯域光源３０１と、回転フィルタ３０２と、回転フィルタ制御部３０３が設けられている。また、内視鏡システム３００のセンサ３０５は、カラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像素子である。このため、ＤＳＰ５６は、デモザイク処理等のカラー撮像素子に特有の処理は行わない。それ以外については、第１実施形態の内視鏡システム１０と同じである。

広帯域光源３０１は、例えばキセノンランプ、白色ＬＥＤ等からなり、波長帯域が青色から赤色に及ぶ白色光を発する。回転フィルタ３０２は、第１フィルタ３１０と第２フィルタ３１１とを備えており（図２４参照）、広帯域光源３０１から発せられる白色光がライトガイド４１に入射される光路上に、第１フィルタ３１０を配置する第１位置と、第２フィルタ３１１を配置する第２位置との間で径方向に移動可能である。

第１位置と第２位置への回転フィルタ３０２の相互移動は、選択された観察モードに応じて回転フィルタ制御部３０３によって制御される。また、回転フィルタ３０２は、第１位置または第２位置に配置された状態で、センサ３０５の撮像フレームに応じて回転する。回転フィルタ３０２の回転速度は、選択された観察モードに応じて回転フィルタ制御部３０３によって制御される。

図２４に示すように、第１フィルタ３１０は、通常観察モード及び血管太さ測定モード時に用いられ、回転フィルタ３０２の内周部に設けられている。第１フィルタ３１０は、赤色光を透過するＲフィルタ３１０ａと、緑色光を透過するＧフィルタ３１０ｂと、紫色光及び青色光を含む青紫色光を透過するＢフィルタ３１０ｃと有する。通常観察モード及び血管太さ測定モードに設定された場合には、回転フィルタ３０２は第１位置に配置され、広帯域光源３０１からの白色光は、回転フィルタ３０２の回転に応じてＲフィルタ３１０ａ、Ｇフィルタ３１０ｂ、Ｂフィルタ３１０ｃのいずれかに入射する。このため、観察対象には、透過したフィルタに応じて、赤色光、緑色光、青紫色光が順次照射される。センサ３０５は、これらの反射光によりそれぞれ観察対象を撮像することにより、Ｒｃ画像信号、Ｇｃ画像信号、Ｂｃ画像信号を順次出力する。

また、第２フィルタ３１１は、酸素飽和度モード及び血管深さ測定モード時に用いられ、回転フィルタ３０２の外周部に設けられている。第２フィルタ３１１は、赤色光を透過するＲフィルタ３１１ａと、緑色光を透過するＧフィルタ３１１ｂと、紫色光及び青色光を含む青紫色光を透過するＢフィルタ３１１ｃと、４７３±１０ｎｍの狭帯域光を透過する狭帯域フィルタ３１１ｄとを有する。酸素飽和度モード及び血管深さ測定モードに設定された場合には、回転フィルタ３０２は第２位置に配置され、広帯域光源３０１からの白色光は、回転フィルタ３０２の回転に応じてＲフィルタ３１１ａ、Ｇフィルタ３１１ｂ、Ｂフィルタ３１１ｃ、狭帯域フィルタ３１１ｄのいずれかに入射する。このため、観察対象には、透過したフィルタに応じて、赤色光、緑色光、青紫色光，狭帯域光（４７３ｎｍ）が順次照射される。

センサ４０５は、赤色光が照射されたときに観察対象の撮像を行ってＲ２画像信号を出力し、緑色光が照射されたときに観察対象の撮像を行ってＧ２画像信号を出力し、青紫色光が照射されたときに観察対象の撮像を行ってＢ２画像信号を出力し、狭帯域光が照射されたときに観察対象の撮像を行ってＢ１画像信号を出力する。その後の処理は第１実施形態の内視鏡システム１０と同様に行うことができる。

第１〜第３実施形態では酸素飽和度を算出しているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、「血液量×酸素飽和度（％）」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスや、「血液量×（１−酸素飽和度）（％）」から求まる還元ヘモグロビンインデックス等、他の生体機能情報を算出しても良い。

１０ 内視鏡システム
１２ 内視鏡
１４ 光源装置
１６ プロセッサ装置
１７ ユニバーサルコード
１８ モニタ
２０ コンソール
２１ 挿入部
２２ 操作部
２２ａ アングルノブ
２２ｃ ズーム操作部
２３ 湾曲部
２４ 先端部
２４ａ 照明光学系
２４ｂ 撮像光学系
３４ 第１青色レーザ光源
３６ 第２青色レーザ光源
３８ 紫色レーザ光源
４０ 光源制御部
４１ ライトガイド
４４ 蛍光体
４５ 照明レンズ
４６ 撮像レンズ
４７ ズームレンズ
４８ センサ
４９ 撮像制御部
５０ CDS／AGC回路
５２ A／D変換器
５４ 画像信号取得部
５６ DSP
５８ ノイズ低減部
５９ 信号変換部
６０ 画像処理切替部
６２ 通常観察画像処理部
６４ 酸素飽和度測定部
６５ 酸素飽和度画像生成部
６６ 血管太さ測定部
６７ 血管太さ測定画像生成部
６８ 血管深さ測定部
６９ 血管深さ測定画像生成部
７０ 映像信号生成部
８１ 信号比算出部
８２ 相関関係記憶部
８３ 酸素飽和度算出部
９０ グラフ
９１ グラフ
９３ 下限ライン
９４ 上限ライン
９６ 血管コントラスト算出部
９７ データセット記憶部
９８ 血管深さ算出部
１００ 測定対象血管指定部
１０２ 血管選択用画像
１０４ 選択ポインタ
１１０ 血管太さ測定画像
１２０ データセット
１５０ 血管深さ測定画像
１６０ 情報入力部
１７０ 血管指標値変動要因選択部
２００ 内視鏡システム
２０１ LED光源ユニット
２０２ ハイパスフィルタ
２０３ 挿抜部
２０４ 光源制御部
３００ 内視鏡システム
３０１ 広帯域光源
３０２ 回転フィルタ
３０３ 回転フィルタ制御部
３０５ センサ
３１０ 第１フィルタ
３１０ａ Rフィルタ
３１０ｂ Gフィルタ
３１０ｃ Bフィルタ
３１１ 第２フィルタ
３１１ａ Rフィルタ
３１１ｂ Gフィルタ
３１１ｃ Bフィルタ
３１１ｄ 狭帯域フィルタ
４０５ センサ

Claims (11)

1. 観察対象における血管の血管深さを測定する画像処理装置であって、
   前記観察対象を撮像することにより得られる画像を取得する画像取得部と、
   前記画像のうち血管指標値用画像から血管指標値を算出する血管指標値算出部と、
   前記血管指標値と、前記血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットを記憶するデータセット記憶部と、
   前記複数の血管指標値変動要因のうち血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定する血管指標値変動要因測定部と、
   前記データセットの中から前記特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、前記サブデータセットの中から前記血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求める血管深さ算出部とを備え、
   前記特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、
   前記血管指標値変動要因測定部は、前記血管太さを測定する血管太さ測定部と、前記酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、
   前記血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、
   前記データセット記憶部は、前記血管コントラストと、前記酸素飽和度と、前記血管太さと、前記血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する画像処理装置。
2. 前記観察対象において前記血管深さの測定対象となる測定対象血管を指定する測定対象血管指定部を有し、
   前記血管指標値算出部は、前記測定対象血管の血管指標値を算出する請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記血管指標値用画像は、複数波長の画像を含み、
   前記血管指標値算出部は、複数の特定波長画像に基づいて、前記測定対象血管の血管指標値を算出する請求項２記載の画像処理装置。
4. 前記血管指標値算出部は、前記複数波長の画像毎に血管指標値を算出し、算出した血管指標値に対して、それぞれ重み付して加算することにより、前記測定対象血管の血管指標値を算出し、
   前記血管指標値に対する重み付け係数は、前記血管指標値の算出に用いた画像が有する波長成分に基づいて設定される請求項３記載の画像処理装置。
5. 前記複数の血管指標値変動要因の中から、前記血管指標値変動要因測定部で測定する特定の血管指標値変動要因を選択する血管指標値変動要因選択部を有する請求項１ないし４いずれか１項記載の画像処理装置。
6. 前記血管深さ算出部の算出結果を表示部に表示するための血管深さ測定画像を生成する血管深さ測定画像生成部を有する請求項１ないし５いずれか１項記載の画像処理装置。
7. 前記血管指標値は、血管コントラスト、血管部の輝度値、又は血管部の色情報のうち少なくとも１以上を組み合わせて得られる値である請求項１ないし６いずれか１項記載の画像処理装置。
8. 前記血管指標値変動要因は、血管太さ、酸素飽和度、血管密度、撮影距離、撮影角度、黄色色素濃度、及び粘膜の散乱係数のうち１以上を組み合わせて得られる値である請求項１ないし７いずれか１項記載の画像処理装置。
9. 観察対象における血管の血管深さを測定する内視鏡用プロセッサ装置であって、
   前記観察対象を撮像することにより得られる画像を取得する画像取得部と、
   前記画像のうち血管指標値用画像から血管指標値を算出する血管指標値算出部と、
   前記血管指標値と、前記血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットを記憶するデータセット記憶部と、
   前記複数の血管指標値変動要因のうち血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定する血管指標値変動要因測定部と、
   前記データセットの中から前記特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、前記サブデータセットの中から前記血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求める血管深さ算出部とを備え、
   前記特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、
   前記血管指標値変動要因測定部は、前記血管太さを測定する血管太さ測定部と、前記酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、
   前記血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、
   前記データセット記憶部は、前記血管コントラストと、前記酸素飽和度と、前記血管太さと、前記血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する内視鏡用プロセッサ装置。
10. 観察対象における血管の血管深さを測定する画像処理装置の作動方法であって、
    画像取得部が、前記観察対象を撮像することにより得られる画像を取得するステップと、
    血管指標値算出部が、前記画像のうち血管指標値用画像から血管指標値を算出するステップと、
    血管指標値変動要因測定部が、前記血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因のうち、血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定するステップと、
    血管深さ算出部が、前記血管指標値と前記複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットの中から、前記特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、前記サブデータセットの中から前記血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求めるステップとを有し、
    前記特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、
    前記血管指標値変動要因測定部は、前記血管太さを測定する血管太さ測定部と、前記酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、
    前記血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、
    データセット記憶部は、前記血管コントラストと、前記酸素飽和度と、前記血管太さと、前記血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する画像処理装置の作動方法。
11. 観察対象における血管の血管深さを測定する内視鏡用プロセッサ装置の作動方法であって、
    画像取得部が、前記観察対象を撮像することにより得られる画像を取得するステップと、
    血管指標値算出部が、前記画像のうち血管指標値用画像から血管指標値を算出するステップと、
    血管指標値変動要因測定部が、前記血管指標値を変動させる複数の血管指標値変動要因であって血管深さを含む複数の血管指標値変動要因のうち、血管深さ以外の特定の血管指標値変動要因を測定するステップと、
    血管深さ算出部が、前記血管指標値と前記複数の血管指標値変動要因とを対応付けた複数の測定用データから構成されるデータセットの中から、前記特定の血管指標値変動要因を持つサブデータセットに絞り込み、前記サブデータセットの中から前記血管指標値算出部で算出した血管指標値に対応する血管深さを求めるステップとを有し、
    前記特定の血管指標値変動要因は、血管太さと酸素飽和度であり、
    前記血管指標値変動要因測定部は、前記血管太さを測定する血管太さ測定部と、前記酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定部との少なくとも一方を有し、
    前記血管指標値は、血管部分の画素値と粘膜など血管以外の部分の画素値との比で表される値である血管コントラストであり、
    データセット記憶部は、前記血管コントラストと、前記酸素飽和度と、前記血管太さと、前記血管深さとを対応付けた測定用データで構成されたデータセットを記憶する内視鏡用プロセッサ装置の作動方法。

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