JP6839773B2 - 内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法及びプロセッサ - Google Patents

内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法及びプロセッサ Download PDF

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Description

本発明は、内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法及びプロセッサに関し、特に、被検体内部の出血点を表示することが可能な内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法及びプロセッサに関する。
従来より、医療分野において、内視鏡を用いた低侵襲な各種検査や手術が行われている。術者は、体腔内に内視鏡を挿入し、内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像装置により撮像された被検体を観察し、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて病変部に対して処置をすることができる。内視鏡を用いた手術は、開腹等をすることがないため、患者の身体的負担が少ないというメリットがある。
内視鏡装置は、内視鏡と、内視鏡に接続された画像処理装置と、観察モニタとを含んで構成される。内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像素子により病変部が撮像され、そのモニタにその画像が表示される。術者は、そのモニタに表示された画像を見ながら、診断あるいは必要な処置を行うことができる。
また、内視鏡装置には、白色光を用いた通常光観察だけでなく、内部の血管を観察するために、赤外光等の特殊光を用いた特殊光観察ができるものもある。
例えば、粘膜深部の血管を傷つけることなく処置を行うために、波長８０５ｎｍ付近の近赤外光に吸収ピークの特性を持つインドシアニングリーン（ICG）等の薬剤を静脈注射して、赤外内視鏡装置を用いて血管を表示させることも行われているが、薬剤の静脈注射という煩雑な作業が必要となる。
そのため、例えば日本国特許第５４２７３１８号公報には、薬剤投与という煩雑な作業をすることなく、かつ粘膜深部の血管を明瞭に表示可能な内視鏡装置が提案されている。その提案の内視鏡装置によれば、深部血管だけなく、出血があったときに出血領域の出血点も識別可能に表示させることができる。
しかし、その提案の装置では、波長６００ｎｍと波長６３０ｎｍの２つの狭帯域の分光特性を有する照明光を用いるため、赤系のカラーフィルタを通して別々に受光するためには、これら２つの画像の照明光は、時分割照射されなければならず、得られる内視鏡画像にブレが生じて、出血点が見え難くなってしまう場合があるという問題がある。
さらに、上記提案の装置では、術者が出血領域の出血点だけを見たくても、深部血管も一緒に表示されてしまうため、出血点が見え難くなってしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みて成されたものであり、出血領域の出血点の視認性の高い画像を表示可能な内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法及びプロセッサを提供することを目的とする。
本発明の一態様の内視鏡システムは、被検体からの光を受光し、異なる複数の色に対応する撮像信号を生成するカラー撮像素子と、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、前記異なる複数の色に対応する撮像信号に基づいて生成される赤色信号、緑色信号及び青色信号のうち前記赤色信号の画素値が最も小さくなる分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に前記被検体に照明する照明部と、カラー画像を表示する表示部における各色に対応する出力チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記赤色信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記緑色信号または前記青色信号と、のいずれか一方を割り当てる割り当て部と、を有する。
本発明の一態様の内視鏡システムの作動方法は、カラー撮像素子、照明部及び割り当て部を有する内視鏡システムの作動方法であって、前記カラー撮像素子が、被検体からの光を受光し、異なる複数の色に対応する撮像信号を生成し、前記照明部が、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、前記異なる複数の色に対応する撮像信号に基づいて生成される赤色信号、緑色信号及び青色信号のうち前記赤色信号の画素値が最も小さくなる分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に前記被検体に照明し、前記割り当て部が、カラー画像を表示する表示部における各色に対応する出力チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記赤色信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記緑色信号または前記青色信号と、のいずれか一方を割り当てる。
本発明の一態様の内視鏡システムは、赤色カラーフィルタを透過した光に基づいて赤色撮像信号を出力する赤色画素と、緑色カラーフィルタを透過した光に基づいて緑色撮像信号を出力する緑色画素と、青色カラーフィルタを透過した光に基づいて青色撮像信号を出力する青色画素と、を有するカラー撮像素子と、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、波長４００ｎｍから波長５８５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に被検体を照明する照明部と、カラー画像を表示する表示部の各画素における赤色成分を出力する赤色チャンネル、緑色成分を出力する緑色チャンネル、及び、青色成分を出力する青色チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記赤色撮像信号に基づく赤色画像信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記緑色撮像信号に基づく緑色画像信号と、のいずれか一方を割り当てる割り当て部と、を有する。
本発明の一態様のプロセッサは、赤色信号、緑色信号及び青色信号を含む画像信号が撮像部から入力されるプロセッサであって、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、前記画像信号のうち前記赤色信号の画素値が最も小さくなる分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に被検体を照明するよう光源を制御するシステム制御部と、カラー画像を表示する表示部における各色に対応する出力チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記撮像部が受光することで生成された前記赤色信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記撮像部が受光することで生成された前記緑色信号または前記青色信号と、のいずれか一方を割り当てる画像処理部と、を有する。
本発明の実施の形態に係わる、画像処理部を有する内視鏡装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係わる、出血点観察における全体の処理の流れを説明するための図である。 本発明の実施の形態に係わる、静脈血の光の吸収特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる、出血点観察モードのときの２つの画像信号のチャンネル割り当てを説明するための図である。 本発明の実施の形態に係わる、モニタ１５の表示画面に表示される画像の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる、モニタ１５に入力されるＲＧＢの各画素の画素値の大きさの例を示すグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態に係わる画像処理部を有する内視鏡装置の構成を示す構成図である。
内視鏡装置１は、硬性鏡１１、カメラヘッド１２、プロセッサ１３、光源装置１４、観察モニタ（以下、モニタという）１５及び観察モード切替ボタン１６を含んで構成されている内視鏡システムである。カメラヘッド１２は、ケーブル１７によりプロセッサ１３と接続されている。プロセッサ１３は、ケーブル１８により光源装置１４と接続されている。
硬性鏡１１は、細長の挿入部１１ａと、挿入部１１ａの基端に設けられた把持部１１ｂと、把持部１１ｂの基端部に設けられた接眼部１１ｃとを有する硬性鏡である。把持部１１ｂには、ライトガイドコネクタ１１ｄが設けられている。接眼部１１ｃには、レンズ１１ｅが内蔵されている。ライトガイドコネクタ１１ｄには、光源装置１４から延出するライトガイドケーブル１９の一端が接続可能となっている。
挿入部１１ａの先端部には、観察窓（図示せず）と照明窓（図示せず）が設けられている。観察窓から入射した光は、挿入部１１ａ内に設けられたロッドレンズなどの光学系を通ってレンズ１１ｅから出射される。光源装置１４からの照明光は、ライトガイドケーブル１９内のライトガイドを通して、ライトガイドコネクタ１１ｄに入射する。ライトガイドコネクタ１１ｄに入射した照明光は、挿入部１１ａ内に設けられたライトガイドなどの光学系を通って照明窓から出射される。
硬性鏡１１の接眼部１１ｃは、矢印で示すようにカメラヘッド１２に装着可能となっている。
カメラヘッド１２は、レンズ系（図示せず）と、撮像部１２ａを内蔵している。撮像部１２ａは、そのレンズ系を通った光を受光する受光面を有し、受光した像を光電変換する撮像素子１２ｂと、撮像素子１２ｂの出力信号を処理してデジタル信号の撮像信号を出力する画像出力部１２ｃとを有している。
撮像素子１２ｂは、ここでは、オンチップカラーフィルタを有するＣＭＯＳイメージセンサである。カラーフィルタは、光の３原色のＲＧＢのフィルタである。
なお、撮像素子１２ｂは、ＣＣＤイメージセンサなどでもよく、また、カラーフィルタも補色系フィルタ付きの撮像素子でもよい。
以上より、撮像素子１２ｂは、被検体からの光を受光し、異なる複数の色に対応する撮像信号を生成する（原色、補色）カラー撮像素子である。
従って、硬性鏡１１とカメラヘッド１２とにより、撮像素子を有する内視鏡を構成する。
なお、ここでは、硬性鏡１１は、撮像素子１２ｂを有するカメラヘッド１２とは、別体であるが、カメラヘッド１２と一体でもよい。
さらになお、ここでは、内視鏡は、硬性鏡１１であるが、軟性の挿入部を有する軟性鏡でもよい。
撮像部１２ａは、ケーブル１７内の信号線を介して撮像信号をプロセッサ１３へ出力する。
プロセッサ１３は、システム制御部２１と、画像処理部２２を含む画像処理装置である。プロセッサ１３には、観察モードを切り替えるための観察モード切替ボタン１６が接続されている。
プロセッサ１３は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１３ａと、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等を含むメモリ１３ｂを含む。メモリ１３ｂには、システム制御部２１の各種機能のためのソフトウエアプログラム及びデータ、画像処理部２２の各種処理のためのソフトウエアプログラム及びデータが格納されている。ユーザからの指示に応じて、ＣＰＵ１３ａが、メモリ１３ｂから必要なプログラムとデータを読み出して実行することにより、各種機能及び各種処理が行われる。
システム制御部２１は、カメラヘッド１２の撮像部１２ａ、画像処理部２２及び光源装置１４の制御を行う。
プロセッサ１３は、図示しない操作パネルを有し、ユーザ、すなわち術者あるいは看護師などは、操作パネル及び観察モード切替ボタン１６を操作することで、内視鏡装置１の動作モードの設定あるいは変更、各種指示及び各種調整を行うことができる。
よって、システム制御部２１は、ユーザの指示に応じたプログラムを、ＣＰＵ１３ａがメモリ１３ｂから読み出して実行することにより、内視鏡装置１の全体の動作の制御を行うと共に、ユーザの指示に応じて、観察モードに応じた撮像部１２ａ及び光源装置１４の制御を行う。
画像処理部２２は、撮像部１２ａからの撮像信号を受信して、撮像信号に対して各種画像処理を行う。
内視鏡装置１は、２つの観察モード、ここでは、通常光観察モード及び出血点観察モードを有する。
通常光観察モードは、白色光を被検体に照射したときに、被検体からの反射光により得られる被検体像の画像を生成して、その画像信号をモニタ１５へ出力するモードである。本実施の形態では、光源装置１４からは白色光は出射されないが、複数の狭帯域光が出射されることにより、白色光と同様な照明光を被検体に照射したときの画像が生成される。
出血点観察モードは、被検体の出血点を表示するために、１又は２以上の所定の狭帯域光（ここでは、２つの狭帯域光）を被検体に照射してその反射光により得られる被検体像の画像を生成して、その画像信号をモニタ１５へ出力するモードである。出血点観察モードは、粘膜表面が血液で覆われているときに、出血を起こしている場所、すなわち出血点を確認するときに利用される。
観察モード切替ボタン１６がシステム制御部２１に接続されている。ユーザは、観察モード切替ボタン１６を操作して、２つの観察モードの中から所望の観察モードを選択することができる。
なお、ここでは、観察モード切替ボタン１６は、独立した操作部材であるが、プロセッサ１３の操作パネル（図示せず）に設けられてもよい。
また、ここでは、内視鏡装置１は、通常光観察モードと出血点観察モードの２つの観察モードを有するが、粘膜表層の毛細血管などを観察するために、光源３２ａ〜３２ｅの内の１又は２以上の所定の狭帯域光を被検体に照射してその反射光により得られる被検体像の画像を生成して、その画像信号をモニタ１５へ出力する狭帯域光観察モードを有するようにしてもよい。
観察モード切替ボタン１６により選択された観察モードを示す観察モード信号は、システム制御部２１に入力される。システム制御部２１は、観察モード信号に応じた制御信号を、画像処理部２２へ供給する。
画像処理部２２は、システム制御部２１からの制御信号に基づいて撮像信号を処理して、内視鏡画像信号を生成してモニタ１５へ出力する。すなわち、画像処理部２２は、観察モードに応じた画像処理を実行する。
光源装置１４は、光源制御部３１と、複数（ここでは５つ）の光源３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅと、複数（ここでは５つ）のミラー３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄと、集光レンズ３４とを有する。
光源制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含み、ケーブル１８中の信号線を介するプロセッサ１３からの制御信号に基づいて、光源装置１４内の各部を制御する。
光源３２ａは、中心波長が４１０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を出射する発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）（Ｖ−ＬＥＤ）である。光源３２ａは、紫色の狭帯域光を出射する発光素子である。光源３２ａから出射される光は、撮像部１２ａの撮像素子１２ｂのカラーフィルタの青色部分を透過する。すなわち、光源３２ａは、中心波長が４１０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ１を出射する。
光源３２ｂは、中心波長が４６０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を出射するＬＥＤ（Ｂ−ＬＥＤ）である。光源３２ｂは、青色の狭帯域光を出射する発光素子である。光源３２ｂから出射される光は、撮像部１２ａの撮像素子１２ｂのカラーフィルタの青色部分を透過する。すなわち、光源３２ｂは、中心波長が４６０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ２を出射する。
光源３２ｃは、中心波長が５４０ｎｍで、半値幅が３０ｎｍの狭帯域光を出射するＬＥＤ（Ｇ−ＬＥＤ）である。光源３２ｃは、緑色の狭帯域光を出射する発光素子である。光源３２ｃから出射される光は、撮像部１２ａの撮像素子１２ｂのカラーフィルタの緑色部分を透過する。すなわち、光源３２ｃは、中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３を出射する。
光源３２ｄは、中心波長が６００ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を出射するＬＥＤ（Ａ−ＬＥＤ）である。光源３２ｄは、赤色の狭帯域光を出射する発光素子である。光源３２ｄから出射される光は、撮像部１２ａの撮像素子１２ｂのカラーフィルタの赤色部分を透過する。すなわち、光源３２ｄは、中心波長が６００ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ４を出射する。
なお、光源３２ｄは、ここでは、中心波長が６００ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を出射するが、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する波長帯域の光であればよい。
光源３２ｅは、中心波長が６３０ｎｍで、半値幅が１０ｎｍの狭帯域光を出射するＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ）である。光源３２ｅは、赤色の狭帯域光を出射する発光素子である。光源３２ｄから出射される光は、撮像部１２ａの撮像素子１２ｂのカラーフィルタの赤色部分を透過する。すなわち、光源３２ｅは、中心波長が６３０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ５を出射する。
なお、ここでは、各光源は、ＬＥＤであるが、複数の光源の全部あるいは一部を、レーザダイオードと蛍光体を組み合わせたものにしてもよい。
ミラー３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅの各々は、ダイクロイックミラーである。
ミラー３３ａは、内部の鏡面において、中心波長が４１０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ１を反射し、その他の波長の光を透過する光学素材である。
ミラー３３ｂは、内部の鏡面において、中心波長が４６０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ２を反射し、その他の波長の光を透過する光学素材である。
ミラー３３ｃは、内部の鏡面において、中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３を反射し、その他の波長の光を透過する光学素材である。
ミラー３３ｄは、内部の鏡面において、中心波長が６００ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ４を反射し、その他の波長の光を透過する光学素材である。
ミラー３３ｅは、内部の鏡面において、中心波長が６３０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ５を反射し、その他の波長の光を透過する光学素材である。
よって、光源３２ａから出射した狭帯域光ＮＢＬ１は、ミラー３３ａで反射して、集光レンズ３４に向かう。光源３２ｂから出射した狭帯域光ＮＢＬ２は、ミラー３３ｂで反射して、ミラー３３ａを透過して集光レンズ３４に向かう。光源３２ｃから出射した狭帯域光ＮＢＬ３は、ミラー３３ｃで反射して、ミラー３３ａと３３ｂを透過して集光レンズ３４に向かう。光源３２ｄから出射した狭帯域光ＮＢＬ４は、ミラー３３ｄで反射して、ミラー３３ａ、３３ｂ及び３３ｃを透過して集光レンズ３４に向かう。光源３２ｅから出射した狭帯域光ＮＢＬ５は、ミラー３３ｅで反射して、ミラー３３ａ、３３ｂ、３３ｃ及び３３ｄを透過して集光レンズ３４に向かう。
集光レンズ３４は、５つのミラー３３ａから３３ｅからの光を、ライトガイドケーブル１９中のライトガイドの基端面に集める。集光レンズ３４からの光は、ライトガイドケーブル１９中のライトガイドの先端面から出射されて、ライトガイドコネクタ１１ｄを介して、硬性鏡１１へ供給する。ライトガイドコネクタ１１ｄに入射した光は、照明光として、挿入部１１ａの照明窓から出射される。
通常光観察モードのとき、５つの光源３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅに電流供給がされて、５つの狭帯域光ＮＢｌ１、ＮＢＬ２、ＮＢＬ３、ＮＢＬ４及びＮＢＬ５が光源装置１４から同時に出射される。
出血点観察モードのとき、２つの光源３２ｃ、３２ｄに電流供給がされ、狭帯域光ＮＢＬ３及び狭帯域光ＮＢＬ４が光源装置１４から同時に出射される。すなわち、出血点観察モードのとき、光源装置１４は、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、被検体に照明した場合に赤色信号、緑色信号及び青色信号のうち赤色信号に被検体が最も表示されにくくなる分光特性を有する第２の波長帯域の光とを同時に被検体に照明する照明部を構成する。
ここでは、照明部としての光源装置１４は、第２の波長帯域の光として、波長４００ｎｍから波長５８５ｎｍ以下の範囲内にピークを有する分光特性を有する光を、第１の波長帯域の光と同時に被検体に照明する。
通常光観察モードにおける全体の処理は、従来と同様であるので、説明は省略し、出血点観察モードにおける処理について説明する。
図２は、本実施の形態に関わる出血点観察における全体の処理の流れを説明するための図である。
術者は、内視鏡の挿入部を体腔内に挿入し、通常光観察モード下で、内視鏡挿入部の先端部を病変部近傍に位置させる。術者は、処置対象の病変部を確認しながら必要な処置を行うが、出血を確認すると、出血点を観察するために、観察モード切替ボタン１６を操作して、内視鏡装置１の観察モードを出血点観察モードに切り替える。
出血点観察モード下では、上述したように、プロセッサ１３のシステム制御部２１は、光源装置１４を制御して、光源３２ｃと３２ｄの２つを駆動して、中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３と中心波長が６００ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ４を同時に出射させる。さらに、システム制御部２１は、画像処理部２２を制御して、出血点観察のための画像処理を行わせる。
図２に示すように、出血点観察モードでは、照明部４１からの２つの狭帯域波長の照明光が、硬性鏡１１の挿入部１１ａの先端部から出射され、観察領域に照射される。
照明部４１は、光源３２ｃと３２ｄと照明光学系とにより構成される。照明光学系は、ライトガイドケーブル１９、硬性鏡１１内のライトガイド及び挿入部１１ａの照明窓を含む。照明部４１は、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光ＮＢＬ３及び波長６００ｎｍ付近の狭帯域光ＮＢＬ４を出射する。
狭帯域光ＮＢＬ３及びＮＢＬ４の観察領域からの反射光は、撮像部４２により受光される。撮像部４２は、撮像素子１２ｂと撮像光学系とにより構成される。撮像光学系は、挿入部１１ａ内のロッドレンズ、レンズ１１ｅを含む。狭帯域光ＮＢＬ３及びＮＢＬ４の反射光は、撮像素子１２ｂにより受光される。撮像素子１２ｂは、反射光の撮像信号を画像出力部１２ｃへ出力する。
画像出力部１２ｃは、アナログフロントエンド回路（ＡＦＥ）等を含む回路であり、撮像素子１２ｂの出力信号からデジタル信号の画像信号を生成し、プロセッサ１３へ出力する。画像信号は、プロセッサ１３の画像処理部２２により受信される。
プロセッサ１３の画像処理部２２は、前処理部５１、色変換処理部５２及び後処理部５３を有している。
前処理部５１は、白キズ補正、デモザイク処理などの前処理を行い、ＲＧＢ，ＹＣ等の所定のフォーマットの画像信号を出力する。ここでは、ＲＧＢの画像信号が、前処理部５１から出力される。
色変換処理部５２は、画像信号に対して色変換処理を行う。例えば、色マトリクスを用いた色変換処理が、色変換処理部５２において実行される。出血点観察モードのときには、色変換処理部５２は血液の色調を調整するために用いられる。
なお、色マトリクスを用いた色変換処理に加えて、９軸色調整処理などを行うようにしてもよい。例えば、モニタ１５の出力チャンネルの色割り当てと、色毎のゲイン補正を色マトリクスを用いた色変換処理により行い、特定の色空間における色調整を９軸色調整処理により行うようにしてもよい。
例えば、色マトリクスを用いた場合、色変換処理部５２に入力されるＲＧＢの３つの画像信号は、色マトリクスによりＲＧＢの３つの画像信号に色変換される。入力画像信号が、赤色（Ｒ）の画像信号の画像信号Ｒｉｎ、緑色（Ｇ）の画像信号の画像信号Ｇｉｎ、及び青色（Ｂ）の画像信号の画像信号Ｂｉｎであり、入力画像信号がマトリクスＣにより出力画像信号に変換される。出力画像信号が、赤色（Ｒ）の画像信号の画像信号Ｒｏｕｔ、緑色（Ｇ）の画像信号の画像信号Ｇｏｕｔ、及び青色（Ｂ）の画像信号の画像信号Ｂｏｕｔであるとすると、出力画像信号は、次の式（１）により表される。
Figure 0006839773
マトリクスＣは、３行３列の行列の色マトリクスである。各画像信号Ｒｉｎ，Ｇｉｎ，Ｂｉｎは画素値である。
マトリクスＣ中の９つの係数Ｃ００〜Ｃ２２は、設定変更が可能である。ユーザは、図示しない操作パネルを操作して、各係数を設定変更することができる。マトリクスＣの各係数を設定することにより、画像信号Ｒｉｎ、Ｇｉｎ及びＢｉｎを、モニタ１５の出力チャンネルへの割り当てを行うと共に、表示される血液の色、出血点の色などの色調を所望の色調に設定することができる。
色変換処理部５２は、カラー撮像素子によって生成された異なる複数の色に対応する撮像信号から生成された赤色に対応する赤色信号と、緑色に対応する緑色信号と、青色に対応する青色信号とのうち、赤色信号と、緑色信号および青色信号のうち少なくとも一方とを、カラー画像を表示する表示部であるモニタ１５における各色に対応する出力チャンネルにそれぞれ割り当てる割り当て部を構成する。
後述するように、本実施の形態では、赤色信号である画像信号Ｒｉｎは、モニタ１５の出力チャンネルの赤色チャンネルと緑色チャンネルに割り当てられ、緑色信号である画像信号Ｇｉｎを、モニタ１５の出力チャンネルの青色チャンネルに割り当てられる。
後処理部５３は、各種強調処理、サイズ変換処理などの後処理を行い、各種処理が行われた画像信号をモニタ１５へ出力する。
上述したように、画像処理部２２の色変換処理部５２の色変換により、各画像信号Ｒｉｎ、Ｇｉｎ及びＢｉｎは、モニタ１５のＲＧＢの各出力チャンネルに割り当てられる。その結果、モニタ１５の画面１５ａ上には、出血領域ＢＲ中の出血点ＢＰが、視認性良く表示される。よって、術者は、モニタ１５に表示された映像を見ながら、出血点ＢＰに対して迅速かつ適切に止血処理を施すことができる。
ここで、静脈血の光の吸収特性について説明する。図３は、静脈血の光の吸収特性を示す図である。図３の縦軸は、モル吸光係数（ｃｍ−１／Ｍ）であり、横軸は、波長である。なお、２つの狭帯域光の照明光は、生体組織自体の散乱特性の影響も受けるが、生体組織自体の散乱特性は、波長の増加に対して略単調減少であるため、図３を、生体組織の吸収特性として説明する。
一般に、静脈血には、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）（以下、両者を合わせて単にヘモグロビンという）が、略６０：４０の割合で含まれている。光はヘモグロビンにより吸収されるが、その吸収係数は、光の波長毎で異なっている。図３は、４００ｎｍから略８００ｎｍまでの波長毎の静脈血の光の吸収特性を示し、５５０ｎｍから、７５０ｎｍの範囲において、吸収係数は、略波長５７６ｎｍの点で極大値を示し、波長７３０ｎｍの点で極小値を示している。
出血点観察モードでは、２つの狭帯域光が照射され、それぞれの戻り光が、撮像素子１２ｂにおいて受光される。
波長６００ｎｍ付近の狭帯域光ＮＢＬ４は、ヘモグロビンの吸収特性の極大値ＡＣｍａｘ（ここでは波長５７６ｎｍにおける吸収係数）から極小値ＡＣｍｉｎ（ここでは波長７３０ｎｍにおける吸収係数）の波長帯域Ｒ内の波長帯域の光である。
すなわち、光源装置１４は、生体組織の吸収特性において極大値ＡＣｍａｘを含む波長帯域から極小値ＡＣｍｉｎにおける波長帯域の間で分光特性のピーク波長を有する第１の照明光としての狭帯域光ＮＢＬ４を照射する。
さらに、光源装置１４は、波長５４０ｎｍ付近の狭帯域光ＮＢＬ３も照射する。第２の狭帯域光ＮＢＬ３は、ヘモグロビンの吸収特性の極大値ＡＣｍａｘから極小値ＡＣｍｉｎの波長帯域Ｒ外の波長帯域の光であり、被検体の粘膜表面の表層部から所定の距離だけ透過可能な照明光である。
撮像素子１２ｂは、２つの狭帯域光の各画像の撮像信号を出力する。よって、各画像は、第１及び第２の狭帯域光ＮＢＬ４，ＮＢＬ３の各戻り光に基づく、複数の画素信号を含む。
図４は、出血点観察モードのときの２つの画像信号のチャンネル割り当てを説明するための図である。
図４に示すように、出血点観察モードのとき、波長６００ｎｍ付近の第１の波長帯域の画像信号Ｇ１は、モニタ１５の赤色チャンネル（Ｒｃｈ）と緑色チャンネル（Ｇｃｈ）に割り当てられ、波長５４０ｎｍ付近の第２の波長帯域の画像信号Ｇ２は、モニタ１５の青色チャンネル（Ｂｃｈ）に割り当てられる。
すなわち、割り当て部である色変換処理部５２は、赤色信号をモニタ１５における各色に対応する出力チャンネルのうち赤色チャンネルと緑色チャンネルとに割り当て、緑色信号を各色に対応する出力チャンネルの青色チャンネルに割り当てる。
通常は、白色光下では血液は赤色で見えるため、血液が、黄色系あるいは橙色系の色で表示されるようにするために、図４に示すようなチャンネル割り当てにしている。
さらに、色変換処理部５２では、図４に示すチャンネル割り当てと共に、マトリクスＣ中の各係数を調整することによって、各色チャンネルに入力される各画像信号のゲイン調整を行うこともできる。
すなわち、色変換処理部５２において、上述したマトリクスＣを用いることによって、モニタ１５の赤色チャンネル（Ｒｃｈ）に割り当てられる赤色信号と、緑色チャンネル（Ｇｃｈ）に割り当てられる赤色信号とに対して、表示部であるモニタ１５に表示されるカラー画像が黄色で表示されるように、ゲインを掛けて各色に対する出力チャンネルに割り当てることができるので、血液及び出血点の色調を所望の色調にすることができる。
なお、上述したように、色調の調整は、９軸色調整、あるいは他の調整方法によって行うようにしてもよい。
図５は、モニタ１５の表示画面に表示される画像の例を示す図である。
図５は、モニタ１５の画面１５ａ中に、粘膜表面上の出血領域ＢＲが表示されていることを示している。
上述したようなチャンネル割り当てにより、出血領域ＢＲ以外の領域ＯＡは、白っぽい色で表示され、出血領域ＢＲは、黄色で表示され、出血領域中の出血点ＢＰは、濃い黄色、あるいは橙色に表示される。
例えば、上述したマトリクスＣの係数を調整して、モニタ１５のＲチャンネルに入力される信号とＧチャンネルに入力される信号の差がないようにすると、出血点は、所定の黄色で表示されるが、Ｒチャンネルに入力される信号がＧチャンネルに入力される信号よりも大きくすると、出血点の色の赤みを強くすることができる。
なお、マトリクスＣ中の係数は、γ（ガンマ）処理による補正及び光源３２ｃと３２ｄのカラーバランスも考慮して設定される。
設定されたマトリクスＣ中の各係数は、メモリ１３ｂ中のフラッシュメモリなどの書き換え可能な記憶装置に格納され、画像処理部２２により参照可能すなわち読み出し可能となる。
図６は、モニタ１５に入力されるＲＧＢの各画素の画素値の大きさの例を示すグラフである。
本実施の形態では、第１の波長帯域の画像信号は、モニタ１５の出力チャンネルの赤色チャンネル（Ｒｃｈ）と緑色チャンネル（Ｇｃｈ）に供給され、第２の波長帯域の画像信号は、出力チャンネルの青色チャンネル（Ｂｃｈ）に供給されるが、ここでは、照明光は青色（Ｂ）を含まないため、図６に示すように、青色チャンネル（Ｂｃｈ）に供給される画素値はほとんど０に近い値である。
これに対して、モニタ１５の出力チャンネルの赤色チャンネル（Ｒｃｈ）と緑色チャンネル（Ｇｃｈ）に供給される第１の画像帯域の画像信号の画素値は共に大きい。よって、内視鏡画像中の出血点の色を、色マトリクスの係数を調整することにより、所望の黄色の色調にすることができる。
なお、第２の波長帯域として４１０ｎｍ、４６０ｎｍの狭帯域光を使用することにより、点線で示すように、モニタ１５のＢｃｈの画素値を０を超える値にして、かつマトリクスＣの係数を調整することにより、出血点、出血領域、出血領域以外の領域の色調を所望の色調にすることが可能である。
例えば、インジゴカルミンなどを散布あるいは局注したときに、インジゴカルミンをＢｃｈで表示させるときの強度あるいは色調の調整も、マトリクスＣの係数を調整することにより可能である。
以上のように、上述した実施の形態によれば、出血領域の出血点の視認性の高い画像を表示可能な内視鏡システムを提供することができる。
また、２つの波長帯域の狭帯域光を使っているので、カラー画像で出血点の画像を表示できる。
特に、２つの狭帯域光を色変換するときに、係数等を調整することによって、血液全体の色調を所望の色調に設定できると共に、出血点の色調も高いコントラストで表示できる。
（変形例１）
なお、上述した実施の形態では、赤色信号に被検体が最も表示されにくくなる分光特性を有する波長帯域の光として、中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３を用いているが、中心波長が４１０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ１あるいは中心波長が４６０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ２を用いてもよい。
あるいは、赤色信号に被検体が最も表示されにくくなる分光特性を有する波長帯域の光としての中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３の代わりに、中心波長が４１０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ１、中心波長が４６０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ２及び中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３の少なくとも２つの狭帯域光を用いてもよい。
すなわち、赤色信号に被検体が最も表示されにくくなる分光特性を有する波長帯域の光として、波長４００ｎｍから波長５８５ｎｍの範囲の波長帯域の光を用いてもよい。
さらに、光源装置１４は、赤色信号に被検体が最も表示されにくくなる分光特性を有する波長帯域の光として、中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３と共に、中心波長が５４０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ３とは異なる波長帯域の光、例えば中心波長が４１０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ１あるいは中心波長が４６０ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ２も被検体に同時に照射して、出血点観察モードのときは、光源３２ａ又は３２ｂと、光源３２ｃと、光源３２ｄを駆動して、３つの光を同時に出射するようにしてもよい。
（変形例２）
さらになお、上述した実施の形態では、光源装置１４は、複数の狭帯域光を出射する発光素子である５つの光源を用いているが、白色光を出射する１つの光源と、帯域制限部を用いるようにしてもよい。
上述した実施の形態では、光源装置１４は、第１の波長帯域の光を出射する光源３２ｄと、第２の波長帯域の光を出射する光源３２ｃを含んでいるが、本変形例２では、図１において点線で示すように、光源装置１４は、１つの光源３５と、帯域制限部としての二峰性フィルタ３６を含む。
二峰性フィルタ３６は、中心波長が６００ｎｍの狭帯域光と、赤色信号に対して被検体が最も表示されにくくなる分光特性を有する波長帯域の光（例えば狭帯域光ＮＢＬ３）を透過する。
その場合、通常光観察モードのときは、二峰性フィルタ３６は照明光の光路から外れ、白色光の光源３５の出射する光が照明光として集光レンズ３４に出射され、出血点観察モードのときは、白色光の光源３５の出射する光を二峰性フィルタ３６に向けて出射し、二峰性フィルタ３６を透過した光を照明光として集光レンズ３４に出射するようにする。
すなわち、照明部としての光源装置１４は、第１の波長帯域の光（上述した実施の形態では狭帯域光ＮＢＬ４）と第２の波長帯域の光（上述した実施の形態では狭帯域光ＮＢＬ３）を含む広帯域の波長帯域の光を出射する光源と、第１の波長帯域と第２の波長帯域の２つの波長帯域の光のみを透過するように帯域制限をする帯域制限部としての二峰性フィルタ３６とを有し、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光は、その光源からの光を二峰性フィルタ３６を通して同時に出射されるようにしてもよい。
（変形例３）
上述した実施の形態あるいは変形例２では、照明光として、中心波長が６００ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ４を被検体に照射しているが、照明光として、狭帯域光ＮＢＬ４以外の狭帯域光を用いて、その狭帯域光から得られた反射光から得られた画像信号に基づいて、分光推定により得られた画像信号（６００ｎｍの狭帯域光ＮＢＬ４により得られた画像信号と同等の信号）を用いるようにしてもよい。
図３に示すように、狭帯域光ＮＢＬ４と同じように、吸収特性が大きく変化している狭帯域光ＮＢＬ５を照明光として用いて、得られた画像信号から６００ｎｍの画像信号を分光推定処理により得て、その後は、上述した実施の形態と同様の処理が行われる。
その場合、図１の光源装置１４は、光源３２ｄを含まない。
以上説明したように、上述した実施の形態及び各変形例によれば、出血領域の出血点の視認性の高い画像を表示可能な内視鏡システムを提供することができる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
本出願は、２０１７年１１月９日に日本国に出願された特願２０１７−２１６１５９号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (16)

  1. 被検体からの光を受光し、異なる複数の色に対応する撮像信号を生成するカラー撮像素子と、
    波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、前記異なる複数の色に対応する撮像信号に基づいて生成される赤色信号、緑色信号及び青色信号のうち前記赤色信号の画素値が最も小さくなる分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に前記被検体に照明する照明部と、
    カラー画像を表示する表示部における各色に対応する出力チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記赤色信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記緑色信号または前記青色信号と、のいずれか一方を割り当てる割り当て部と、
    を有する内視鏡システム。
  2. 前記割り当て部は、前記赤色信号を前記表示部における前記各色に対応する出力チャンネルのうち赤色チャンネルと緑色チャンネルとに割り当て、前記緑色信号を前記各色に対応する出力チャンネルの青色チャンネルに割り当てる、請求項１に記載の内視鏡システム。
  3. 前記照明部は、前記第２の波長帯域の光として、波長４００ｎｍから波長５８５ｎｍ以下の範囲内にピークを有する分光特性を有する光を、前記第１の波長帯域の光と同時に前記被検体に照明する、請求項１に記載の内視鏡システム。
  4. 前記割り当て部は、前記赤色チャンネルに割り当てられる前記赤色信号と、前記緑色チャンネルに割り当てられる前記赤色信号とに対して、前記表示部に表示されるカラー画像が黄色で表示されるように、ゲインを掛けて前記各色に対する出力チャンネルに割り当てる、請求項２に記載の内視鏡システム。
  5. 前記照明部は、前記第１の波長帯域と前記第２の波長帯域を含む波長帯域の光を出射する光源と、前記第１の波長帯域と前記第２の波長帯域の２つの波長帯域の光のみを透過するように帯域制限をする帯域制限部とを有し、
    前記第１の波長帯域の光と前記第２の波長帯域の光は、前記光源からの光を前記帯域制限部を通して同時に出射される、請求項１に記載の内視鏡システム。
  6. 前記帯域制限部は、二峰性フィルタである、請求項５に記載の内視鏡システム。
  7. 前記照明部は、前記第１の波長帯域の光を出射する第１の光源と、前記第２の波長帯域の光を出射する第２の光源とを含む、請求項１に記載の内視鏡システム。
  8. 前記照明部は、前記第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域の光を出射する第３の光源を含み、前記第１の光源、前記第２の光源及び前記第３の光源からの３つの光を同時に出射する、請求項７に記載の内視鏡システム。
  9. 前記第２の波長帯域は、波長４００ｎｍから波長５８５ｎｍの範囲である、請求項１に記載の内視鏡システム。
  10. カラー撮像素子、照明部及び割り当て部を有する内視鏡システムの作動方法であって、
    前記カラー撮像素子が、被検体からの光を受光し、異なる複数の色に対応する撮像信号を生成し、
    前記照明部が、波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、前記異なる複数の色に対応する撮像信号に基づいて生成される赤色信号、緑色信号及び青色信号のうち前記赤色信号の画素値が最も小さくなる分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に前記被検体に照明し、
    前記割り当て部が、カラー画像を表示する表示部における各色に対応する出力チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記赤色信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記緑色信号または前記青色信号と、のいずれか一方を割り当てる、
    内視鏡システムの作動方法。
  11. 赤色カラーフィルタを透過した光に基づいて赤色撮像信号を出力する赤色画素と、緑色カラーフィルタを透過した光に基づいて緑色撮像信号を出力する緑色画素と、青色カラーフィルタを透過した光に基づいて青色撮像信号を出力する青色画素と、を有するカラー撮像素子と、
    波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、波長４００ｎｍから波長５８５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に被検体を照明する照明部と、
    カラー画像を表示する表示部の各画素における赤色成分を出力する赤色チャンネル、緑色成分を出力する緑色チャンネル、及び、青色成分を出力する青色チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記赤色撮像信号に基づく赤色画像信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記カラー撮像素子が受光することで生成された前記緑色撮像信号に基づく緑色画像信号と、のいずれか一方を割り当てる割り当て部と、
    を有する内視鏡システム。
  12. 各画素における、赤色成分を出力する前記赤色チャンネル、緑色成分を出力する前記緑色チャンネル、及び、青色成分を出力する前記青色チャンネルは、前記表示部における各色に対応する出力チャンネルである、請求項１１に記載の内視鏡システム。
  13. 前記割り当て部は、前記赤色画像信号を、前記表示部の各画素における赤色チャネル及び緑色チャネルに割り当て、前記緑色画像信号を、前記表示部の各画素における青色チャネルに割り当てる、ことで前記表示部に出力する表示画像を生成する、請求項1２に記載の内視鏡システム。
  14. 前記表示画像において、血液が黄色系あるいは橙色系の色で表示される、請求項１３に記載の内視鏡システム。
  15. 前記割り当て部は、前記赤色画像信号を前記表示部における赤色チャネル及び緑色チャネルに割り当てる際に、緑色チャネルに割り当てる画像信号の信号値よりも、赤色チャネルに割り当てる画像信号の信号値を大きくすることで、出血領域のうちの出血点を強調する、請求項１４に記載の内視鏡システム。
  16. 赤色信号、緑色信号及び青色信号を含む画像信号が撮像部から入力されるプロセッサであって、
    波長５８５ｎｍから波長６１５ｎｍの範囲にピークを有する狭帯域の分光特性を有する第１の波長帯域の光と、前記画像信号のうち前記赤色信号の画素値が最も小さくなる分光特性を有する第２の波長帯域の光と、で同時に被検体を照明するよう光源を制御するシステム制御部と、
    カラー画像を表示する表示部における各色に対応する出力チャンネルに対して、前記第１の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記撮像部が受光することで生成された前記赤色信号と、前記第２の波長帯域の光で照明された前記被検体からの戻り光を前記撮像部が受光することで生成された前記緑色信号または前記青色信号と、のいずれか一方を割り当てる画像処理部と、
    を有するプロセッサ。
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