JP7057381B2 - 内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、酸素飽和度を算出する内視鏡システムに関する。

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が普及している。特に近年においては、観察対象である被写体の外観を撮影して観察するだけでなく、被写体を撮影した画像を用いて、酸素飽和度等の生体情報を算出する内視鏡システムが知られている。酸素飽和度は、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照明光を用いて撮影した画像を用いて演算等することにより算出する（特許文献１）。

特許第５９１４４９６号

酸素飽和度の算出には、通常、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照明光（以下、第１照明光という）を用いて被写体を撮影した画像（以下、第１画像という）の他に、第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数が小さい照明光（以下、第２照明光という）を用いて被写体を撮影した画像（以下、第２画像という）を用いる。具体的には、酸素飽和度と一定の相関がある「第１画像の画素値と、第２画像の画素値と、の比（以下、「第１画像と第２画像の比」という）」を算出し、その値から酸素飽和度を算出する。

しかし、上記のように第１画像と第２画像の比を用いて酸素飽和度を算出する場合、第１画像と第２画像の比と酸素飽和度との相関が崩れ、算出する酸素飽和度の誤差（以下、アーチファクトという）が生じる場合がある。例えば、ヘモグロビンの酸素飽和度が一定の血液が流れていても、血管の深さが変化している部分においては、第１画像の撮影に使用する第１照明光の深達度（光が到達する深さ）と、第２画像の撮影に使用する第２照明光の深達度の違い起因したアーチファクトが生じる場合がある。

本発明は、上記のように、照明光の深達度によって生じる生体情報への影響を低減できる内視鏡システム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、各々異なる波長帯域を有する照明光を用いて被写体を撮影した複数種類の画像を取得する画像取得部と、複数種類の画像のうち複数の画像の対応する画素の値を加算した加算画素値を１または複数種類算出する加算画素値算出部と、分母または分子の少なくともいずれか一方に加算画素値を使用した信号比を算出する信号比算出部と、信号比を用いて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部とを備え、画像取得部は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像と、第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像と、第２照明光よりも短波長の第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像と、を取得し、加算画素値算出部は、第２画像と第３画像の対応する画素の値とを加算して第１加算画素値を生成し、かつ、信号比算出部は、第１画像の画素値と第１加算画素値との信号比を算出し、第１画像はＢ１画像、第２画像はＧ２画像、第３画像はＢ２画像である場合、又は、第１画像はＲ１画像、第２画像はＲ２画像、第３画像はＧ２画像である場合のいずれかである。

画像取得部は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像と、第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像と、第２照明光よりも短波長の第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像と、を取得し、加算画素値算出部は、第２画像と第３画像の対応する画素の値を加算して第１加算画素値を生成し、かつ、信号比算出部は、第１画像の画素値と第１加算画素値との信号比を算出することが好ましい。

第３画像の撮影に使用する第３照明光は、少なくとも第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さいことが好ましい。

第３画像の撮影に使用する第３照明光は、第１照明光よりも短波長であることが好ましい。

加算画素値算出部は、第２画像と第３画像の対応する画素の値に重み付けをして加算することが好ましい。

画像取得部は、第１画像と、第２画像とに加えて、第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて被写体を撮影した第４画像と、を取得し、加算画素値算出部は、第１画像と第４画像の対応する画素の値を加算して第２加算画素値を生成し、かつ、信号比算出部は、第２画像の画素値と第２加算画素値との信号比を算出することが好ましい。

第４画像の撮影に使用する第４照明光は、少なくとも第２照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が大きいことが好ましい。

第４画像の撮影に使用する第４照明光は、第２照明光よりも長波長であることが好ましい。

加算画素値算出部は、第１画像と第４画像の対応する画素の値に重み付けをして加算することが好ましい。

画像取得部は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像と、第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像と、第２照明光よりも短波長の第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像と、第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて被写体を撮影した第４画像と、を取得し、加算画素値算出部は、第２画像と第３画像の対応する画素の値を加算した第１加算画素値と、第１画像と第４画像の対応する画素の値を加算した第２加算画素値と、を生成し、かつ、信号比算出部は、第２加算画素値と第１加算画素値との信号比を算出することが好ましい。

本発明の内視鏡システムによれば、照明光の深達度によって生じる生体情報への影響を低減できる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムのブロック図である。 撮影フレームごとの照明光と取得画像を示す表である。 ヘモグロビン及び酸化ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 画像処理部の構成を示すブロック図である。 光の深達度を示す説明図である。 加算の作用を示す説明図である。 画素値の比と酸素飽和度の相関関係を示すグラフである。 酸素飽和度を算出する流れを示すフローチャートである。 生体内での深さが変化する血管を示す説明図である。 血管の位置（深さ）とＢ１画素値の関係を示すグラフである。 血管の位置（深さ）とＧ２画素値の関係を示すグラフである。 血管の位置（深さ）と、信号比Ｂ１／Ｇ２の関係を示すグラフである。 血管の位置（深さ）と、Ｃｙ画素値の関係を示すグラフである。 血管の位置（深さ）と、信号比Ｂ１／Ｃｙの関係を示すグラフである。 第２実施形態の光源の構成を示すブロック図である。 第２実施形態における撮影フレームごとの照明光と取得画像を示す表である。 第３実施形態の光源の構成を示すブロック図である。 第３実施形態における撮影フレームごとの照明光と取得画像を示す表である。 第４実施形態の光源の構成を示すブロック図である。 第４実施形態における撮影フレームごとの照明光と取得画像を示す表である。 内視鏡システムと画像処理装置の関係を示す説明図である。 内視鏡システム及びＰＡＣＳと診断支援装置の関係を示す説明図である。 各種検査装置と医療業務支援装置の関係を示す説明図である。

［第１実施形態］
図１に示すように、内視鏡システム１０（内視鏡装置）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、を備える。内視鏡１２は、被写体を撮影する。光源装置１４は、照明光を発生する。プロセッサ装置１６は、内視鏡システム１０のシステム制御及び画像処理等を行う。モニタ１８は、内視鏡１２で撮影した画像（内視鏡画像）を表示する表示部である。コンソール１９は、プロセッサ装置１６等への設定入力等を行う入力デバイスである。

内視鏡１２は、被検体内に挿入する挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けた湾曲部１２ｃと、先端部１２ｄと、を有している。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃが湾曲する。その結果、先端部１２ｄが所望の方向に向く。また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、ズーム操作部１３が設けられている。ズーム操作部１３を操作することによって、被写体を拡大または縮小して撮影できる。

図２に示すように、光源装置１４は、照明光を発光する光源部２０と、光源部２０の動作を制御する光源制御部２２と、を備える。

光源部２０は、被写体を照明する照明光、または、照明光を発光するために使用する励起光等を発光する。光源部２０は、例えば、レーザーダイオード（以下、ＬＤという）、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)、キセノンランプ、または、ハロゲンランプの光源を含み、少なくとも、白色の照明光、または、白色の照明光を発光するために使用する励起光を発光する。白色には、内視鏡１２を用いた被写体の撮影において実質的に白色と同等な、いわゆる擬似白色を含む。光源部２０は、必要に応じて、励起光の照射を受けて発光する蛍光体、または、照明光または励起光の波長帯域、スペクトル、もしくは光量等を調節する光学フィルタ等を含む。この他、光源部２０は、被写体が含むヘモグロビンの酸素飽和度等の生体情報を算出するために使用する画像の撮影に必要な、特定の波長帯域を有する光を発光できる。

本実施形態においては、光源部２０は、中心波長が約４７３ｎｍの第１励起光を発光する第１ＬＤ(Laser Diode)と、中心波長が約４４５ｎｍの第２励起光を発光する第２ＬＤと、を含む。光源部２０が発光した照明光は、ライトガイド４１に入射する。ライトガイド４１は、内視鏡１２及びユニバーサルコード内に内蔵されており、照明光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。ユニバーサルコードは、内視鏡１２と光源装置１４及びプロセッサ装置１６とを接続するコードである。

光源制御部２２は、光源部２０を構成する各光源の点灯または消灯もしくは遮蔽のタイミング、及び、発光量等を制御する。その結果、光源部２０は、スペクトルが異なる複数種類の照明光を発光できる。また、光源制御部２２は、撮影のタイミング（いわゆるフレーム）に合わせて光源部２０を制御する。

内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３０ａと撮影光学系３０ｂが設けられている。照明光学系３０ａは、照明レンズ４５を有しており、この照明レンズ４５を介して照明光が被写体に向けて出射する。本実施形態においては、照明光学系３０ａは、照明レンズ４５の他に、第１励起光または第２励起光の照射を受けて発光する蛍光体４２を有する。蛍光体４２は、第１励起光または第２励起光の一部を透過し、かつ、概ね緑色から赤色の蛍光を発光する。このため、蛍光体４２を透過した第１励起光または第２励起光と、蛍光体４２が発光する蛍光と、照明光学系３０ａは全体として白色の照明光を被写体に向けて出射する。以下、第１励起光を用いた場合に出射する白色の照明光を第１白色光Ｗ１といい、かつ、第２励起光を用いた場合に出射する白色の照明光を第２白色光Ｗ２という。また、第１白色光Ｗ１が含む青色成分の光を青色光Ｂ１、第１白色光Ｗ１が含む緑色成分の光を緑色光Ｇ１、第１白色光Ｗ１が含む赤色成分の光を赤色光Ｒ１、第２白色光Ｗ２が含む青色成分の光を青色光Ｂ２、第２白色光Ｗ２が含む緑色成分の光を緑色光Ｇ２、第２白色光Ｗ２が含む赤色成分の光を赤色光Ｒ２という。

撮影光学系３０ｂは、対物レンズ４６、ズームレンズ４７、及びイメージセンサ４８を有する。イメージセンサ４８は、対物レンズ４６及びズームレンズ４７を介して、被写体から戻る照明光の反射光等（反射光の他、散乱光、被写体が発する蛍光、または、被写体に投与等した薬剤に起因した蛍光等を含む）を用いて被写体を撮影する。ズームレンズ４７は、ズーム操作部１３の操作をすることで移動し、イメージセンサ４８を用いて撮影する被写体を拡大または縮小する。

イメージセンサ４８は、例えば原色系のカラーフィルタを有するカラーセンサであり、青色カラーフィルタを有するＢ画素（青色画素）、緑色カラーフィルタを有するＧ画素（緑色画素）、及び、赤色カラーフィルタを有するＲ画素（赤色画素）の３種類の画素を備える。青色カラーフィルタは、主として紫色から青色の光を透過する。緑色カラーフィルタは、主として緑色の光を透過する。赤色カラーフィルタは、主として赤色の光を透過する。このため、１回の撮影において、Ｂ画像（青色画像）と、Ｇ画像（緑色画像）と、Ｒ画像（赤色画像）の３種類の画像を同時に得ることができる。

イメージセンサ４８としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを利用可能である。また、本実施形態のイメージセンサ４８は、原色系のカラーセンサであるが、補色系のカラーセンサを用いることもできる。補色系のカラーセンサは、例えば、シアンカラーフィルタが設けられたシアン画素、マゼンタカラーフィルタが設けられたマゼンタ画素、イエローカラーフィルタが設けられたイエロー画素、及び、グリーンカラーフィルタが設けられたグリーン画素を有する。補色系カラーセンサを用いる場合に上記各色の画素から得る画像は、補色－原色色変換をすれば、Ｂ画像、Ｇ画像、及びＲ画像に変換できる。また、カラーセンサの代わりに、カラーフィルタを設けていないモノクロセンサをイメージセンサ４８として使用できる。この場合、ＢＧＲ等各色の照明光を用いて被写体を順次撮影することにより、上記各色の画像を得ることができる。

プロセッサ装置１６は、制御部５２と、画像取得部５４と、画像処理部６１と、表示制御部６６と、を有する（図２参照）。

制御部５２は、照明光の照射タイミングと撮影のタイミングの同期制御等の内視鏡システム１０の統括的な制御を行う。また、コンソール１９等を用いて、各種設定の入力等をした場合には、制御部５２は、その設定を、光源制御部２２、イメージセンサ４８、または画像処理部６１等の内視鏡システム１０の各部に入力する。

画像取得部５４は、各々異なる波長帯域を有する照明光を用いて被写体を撮影した複数種類の画像を取得する。特に、本実施形態においては、画像取得部５４は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像と、第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像と、第２照明光よりも短波長の第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像と、を取得する。

より具体的には、イメージセンサ４８がカラーフィルタを有するので、画像取得部５４は、照明光ごとに、かつ、カラーフィルタごとに画像を取得する。すなわち、図３に示すように、第１フレームにおいては第１白色光Ｗ１を用いて被写体を撮影して各色の画像を取得し、かつ、第１フレームとは別の第２フレームにおいては第２白色光Ｗ２を用いて被写体を撮影して各色の画像を取得する。第２フレームは、例えば第１フレームよりも時間的に後（または前）の撮影フレームである。第１フレームと第２フレームは連続していなくても良い。

第１フレーム及び第２フレームのいずれにおいても、画像取得部５４は、Ｂ画像、Ｇ画像、及びＲ画像を取得する。第１フレームと第２フレームにおいてそれぞれ使用する照明光が異なるので、以下では区別のために、第１フレームにおいて取得するＢ画像をＢ１画像といい、第１フレームにおいて取得するＧ画像をＧ１画像といい、かつ、第１フレームにおいて取得するＲ画像をＲ１画像という。同様に、第２フレームにおいて取得するＢ画像をＢ２画像といい、第２フレームにおいて取得するＧ画像をＧ２画像といい、かつ、第２フレームにおいて取得するＲ画像をＲ２画像という。

第１白色光Ｗ１が含む青色光Ｂ１は第１励起光を多く含み、かつ、第１励起光の中心波長である約４７３ｎｍは、図４に示すように、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）とで吸光係数の差が概ね極大になる波長である。第２白色光Ｗ２が含む青色光Ｂ２は第２励起光を多く含み、かつ、第２励起光の中心波長である約４４５ｎｍは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数の変化がほとんどない波長である。また、励起光に第１励起光と第２励起光の違いがあっても、蛍光体４２が発光する蛍光のスペクトルの差は小さい。そして、第１白色光Ｗ１が含む緑色光Ｇ１及び赤色光Ｒ１、並びに、第２白色光Ｗ２が含む緑色光Ｇ２及び赤色光Ｒ２は、第１白色光Ｗ１が含む青色光Ｂ１と比較する場合、酸素飽和度に応じた吸光係数の変化はほぼない。

したがって、本実施形態において「酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光」とは第１白色光Ｗ１が含む青色光Ｂ１であり、かつ、「第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像」とは“Ｂ１画像”である。また、酸素飽和度算出部７３が酸素飽和度の算出に使用する信号比の都合により、本実施形態においては、「第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光」とは第２白色光Ｗ２が含む緑色光Ｇ２であり、かつ、「第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像」とは“Ｇ２画像”である。そして、「第２照明光よりも短波長の第３照明光」とは、第２白色光Ｗ２が含む青色光Ｂ２であり、かつ、「第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像」とは“Ｂ２画像”である。また、Ｂ２画像（第３画像）の撮影に使用する青色光Ｂ２（第３照明光）は、少なくとも青色光Ｂ１（第１照明光）よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい。また、Ｂ２画像（第３画像）の撮影に使用する青色光Ｂ２（第３照明光）は、青色光Ｂ１（第１照明光）よりも短波長である。

画像取得部５４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６と、ノイズ低減部５８と、変換部５９と、を有し、これらを用いて、取得した画像に必要に応じて各種処理を施す。

ＤＳＰ５６は、取得した画像に対し、必要に応じて欠陥補正処理、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変換処理等の各種処理を施す。

欠陥補正処理は、イメージセンサ４８の欠陥画素に対応する画素の画素値を補正する処理である。オフセット処理は、欠陥補正処理を施した画像から暗電流成分を低減し、正確な零レベルを設定する処理である。ゲイン補正処理は、オフセット処理をした画像にゲインを乗じることにより各画像の信号レベルを整える処理である。リニアマトリクス処理は、オフセット処理をした画像の色再現性を高める処理であり、ガンマ変換処理は、リニアマトリクス処理後の画像の明るさや彩度を整える処理である。デモザイク処理（等方化処理または同時化処理とも言う）は、欠落した画素の画素値を補間する処理であり、ガンマ変換処理後の画像に対して施す。欠落した画素とは、カラーフィルタの配列に起因して（イメージセンサ４８において他の色の画素を配置しているため）、画素値がない画素である。例えば、デモザイク処理は、Ｂ画素の画素値を用いて補間することにより、Ｇ画素及びＲ画素の位置におけるＢ画素の画素値を生成する。他の色も同様である。ＹＣ変換処理は、デモザイク処理後の画像を、輝度チャンネルＹと色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒに変換する処理である。

ノイズ低減部５８は、輝度チャンネルＹ、色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒに対して、例えば、移動平均法またはメディアンフィルタ法等を用いてノイズ低減処理を施す。変換部５９は、ノイズ低減処理後の輝度チャンネルＹ、色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒを再びＢＧＲの各色の画像に再変換する。

画像処理部６１は、画像取得部５４が取得した画像を用いて表示用の画像を生成する。本実施形態においては、画像処理部６１は、画像取得部５４が取得した画像を用いて、酸素飽和度を算出し、酸素飽和度を表す酸素飽和度画像を表示表画像として生成する。図５に示すように、画像処理部６１は、加算画素値算出部７１と、信号比算出部７２と、相関関係記憶部７４と、酸素飽和度算出部７３と、画像生成部７５と、を備える。

加算画素値算出部７１は、画像取得部５４が取得した複数種類の画像のうち、複数の画像の対応する画素の値を加算した加算画素値を１または複数種類算出する。加算画素値算出部７１が算出する加算画素値は、画素ごとに、または、複数の画素を１単位とする場合にはその単位ごとに、算出する。「対応する画素」とは、加算画素値の算出に用いる複数の画像において同じ位置（座標）にある画素をいう。また、加算画素値を複数の画素を１単位として加算画素値を算出する場合には、「対応する画素」とは、加算画素値の算出に用いる複数の画像において同じ位置（座標）にあるその単位をいう。加算画素値算出部７１は、加算画素値を算出する際に、必要に応じて、加算する画像の対応する画素の値にそれぞれ重み付けをして加算できる。

本実施形態においては、加算画素値算出部７１は、Ｇ２画像（第２画像）とＢ２画像（第３画像）の対応する画素の値をそれぞれ重み付け加算して加算画素値（第１加算画素値）を算出する。Ｇ２画像の画素値に対する重み付け係数を「α１」、Ｂ２画像の画素値に対する重み付け係数を「β１」とし、かつ、α１＋β１＝１、α１＞０、及びβ１＞０の条件のもとで、加算画素値算出部７１は、α１×Ｇ２画像値＋β１×Ｂ２画像値により加算画素値を算出する。なお、重み付け係数「α１」及び「β１」は、例えば、α１＝０．５、かつ、β１＝０．５である。以下においては、加算画素値算出部７１が算出する加算画素値を画素の値とする画像を加算画像という。本明細書においては、加算画素値算出部７１は、加算画素値を算出した結果、加算画素値を画素の値とする加算画像を生成及び出力する。但し、必ずしも加算画像の形式で出力する必要はなく、加算画素値算出部７１は加算画像を生成せずに、加算画素値をそのまま出力できる。

図６に示すように、青色光Ｂ２と、緑色光Ｇ２と、赤色光Ｒ２と、を比較すると、一般に、粘膜９１への深達度は、Ｒ２＞Ｇ２＞Ｂ２の順に大きい。深達度が小さい青色光Ｂ２は、概ね粘膜９１の表面または表層にある血管等の組織またはピットパターン等の構造に反射または吸収されやすい。このため、Ｂ２画像は粘膜９１の表面または表層にある血管等を表す画像になる。また、深達度が中程度の緑色光Ｇ２は中層程度の深さある血管等に反射または吸収されやすいので、Ｇ２画像は粘膜９１の中層程度の深さにある血管等を表す画像になる。同様に、深達度が大きい赤色光Ｒ２は、粘膜９１の深層程度まで到達するので、Ｒ２画像は比較的深い位置にある血管等を表す画像になる。

したがって、Ｇ２画像とＢ１画像を加算すると、Ｇ２画像にだけ写る血管等の像とＢ１画像にだけ写る血管等の像は平均化されて見えにくくなり、かつ、Ｇ２画像とＢ１画像に共通して写る血管等の像が残るので、Ｇ２画像とＢ１画像に共通して写る血管等の像が相対的に強調する結果となる。Ｇ２画像とＢ１画像に共通に写る血管等とは、粘膜９１の表層と中層の中間程度にある血管等であり、図７に示すように、例えばシアン色光Ｃｙが到達する深さ程度にある血管等に相当する。すなわち、Ｇ２画像とＢ２画像とを加算した加算画像の血管等の像は、重み付けの比率にも依るが、例えば、緑色光Ｇ２と青色光Ｂ２を混色したシアン色光Ｃｙを用いて被写体を撮影した画像に近い。このため、以下においては、Ｇ２画像とＢ２画像の対応する画素の値を加算した加算画素値（第１加算画素値）を画素の値とする加算画像（第１加算画像）をＣｙ画像という。

信号比算出部７２は、酸素飽和度算出部７３が酸素飽和度の算出に使用する信号比を算出する。その際、信号比算出部７２は、画像取得部５４が取得する画像と、加算画素値算出部７１が算出した加算画素値を用いて、分母または分子の少なくともいずれか一方に加算画像の画素値を使用した信号比を、少なくとも１つ算出する。本実施形態においては、信号比算出部７２は、Ｂ１画像（第１画像）の画素値を分子に使用し、かつ、加算画像（第１加算画像）であるＣｙ画像の画素値（加算画素値（第１加算画素値））を分母に使用した信号比Ｂ１／Ｃｙを生成する。また、信号比算出部７２は、Ｒ２画像の画素値を分子に使用し、かつ、Ｇ２画像の画素値を分母に使用した信号比Ｒ２／Ｇ２を算出する。信号比Ｂ１／Ｃｙの値は、酸素飽和度と血液量に依存する。また、信号比Ｒ２／Ｇ２の値は、血液量に依存する。なお、信号比算出部７２が算出する各信号比は、画素ごとに、または、複数の画素を１単位とする場合にはその単位ごとに、算出する。

酸素飽和度算出部７３は、信号比算出部７２が算出する信号比と、相関関係記憶部７４が記憶する相関関係と、を用いて酸素飽和度を算出する。相関関係記憶部７４が記憶する相関関係は、図８に示すように、例えば、信号比Ｂ１／Ｃｙの対数（ｌｏｇ（Ｂ１／Ｃｙ））及び信号比Ｒ２／Ｇ２の対数（ｌｏｇ（Ｒ２／Ｇ２））と、酸素飽和度の値と、を対応付ける。酸素飽和度算出部７３は、この相関関係を参照することにより、血液量の影響を除いて、酸素飽和度を算出できる。特定の画素において信号比Ｂ１／Ｃｙの値が「Ｂ１^*／Ｃｙ^*」であり、かつ、信号比Ｒ２／Ｇ２の値が「Ｒ２^*／Ｇ２^*」である場合、酸素飽和度算出部７３は、この特定の画素における酸素飽和度を「４０％」と算出する。なお、酸素飽和度算出部７３は、画素ごとに、または、複数の画素を１単位とする場合にはその単位ごとに、酸素飽和度を算出する。

画像生成部７５は、表示用の画像を生成する。本実施形態においては、酸素飽和度算出部７３が算出した酸素飽和度の値を、例えば、色の違いによって表す酸素飽和度画像を生成する。酸素飽和度画像は、例えば、Ｂ２画像、Ｇ２画像、及び、Ｒ２画像を用いて生成するいわゆる白色光画像を、酸素飽和度の値に応じて色付けした画像である。表示制御部６６は、画像生成部７５から表示用の画像を取得し、取得した画像を表示に適した形式に変換してモニタ１８に出力する。これにより、本実施形態においては、モニタ１８は酸素飽和度画像を表示する。

以下、内視鏡システム１０において酸素飽和度を算出する動作の流れを、図９に示すフローチャートに沿って説明する。まず、照明光を少なくとも第１白色光Ｗ１と第２白色光Ｗ２とで切り換えながら被写体を撮影することにより、画像取得部５４が、酸素飽和度の算出及び酸素飽和度の画像の生成に必要な画像を取得する（ステップＳ１１）。画像取得部５４は、第１白色光Ｗ１を用いる第１フレームにおいて、Ｂ１画像、Ｇ１画像、及びＲ１画像を取得し、第２白色光Ｗ２を用いる第２フレームにおいて、Ｂ２画像、Ｇ２画像、及びＲ２画像を取得する。

各撮影フレームにおいて各色の画像を取得すると、加算画素値算出部７１は、Ｇ２画像とＢ２画像の対応する画素の値を加算することにより加算画素値を算出し、算出した加算画素値を画素の値とするＣｙ画像を生成及び出力する（ステップＳ１２）。その後、信号比算出部７２は、加算画素値を用いて、信号比Ｂ１／Ｃｙと、信号比Ｒ２／Ｇ２と、を算出し（ステップＳ１３）、かつ、酸素飽和度算出部７３は信号比Ｂ１／Ｃｙ及び信号比Ｒ２／Ｇ２の各値を相関関係記憶部７４が記憶する相関関係に照らし合わせることにより、酸素飽和度を算出する（ステップＳ１４）。

上記のように、内視鏡システム１０は、酸素飽和度を算出する際に、加算画像であるＣｙ画像を酸素飽和度の算出に用いる信号比に使用することにより、酸素飽和度の算出に用いる信号比（特に酸素飽和度の情報を含む信号比）において、分子に使う画像の撮影に使用する照明光と、分母に使う画像の撮影に使用する照明光と、の実質的な波長差を低減し、これら各照明光の深達度を近づける。その結果、信号比の分子に使う画像と分母に使う画像においてそれぞれ観察し得る血管等の像の違いが従来よりも小さくなるので、従来のように信号比Ｂ１／Ｇ２を酸素飽和度の算出に用いる場合よりも、酸素飽和度のアーチファクトを低減できる。すなわち、照明光の深達度によって生じる生体情報への影響を低減できる。

例えば、図１０に示すように、位置等に依らず一定の酸素飽和度（例えば酸素飽和度７０％）を有するヘモグロビンを内包し、かつ、一定の血液量（一定の太さ）を有する血管９２があり、かつ、この血管９２の深さが表層から中層へと深くなっているとする。具体的には、位置Ｘ１から位置Ｘ２においては、血管９２は表層内のほぼ一定の深さにあり、位置Ｘ２から位置Ｘ３にかけて血管９２の深さは表層から中層にかけて深くなり、かつ、位置Ｘ３から位置Ｘ４においては、血管９２は中層内のほぼ一定の深さにあるとする。

血管９２を含む粘膜９１を、青色光Ｂ１を用いて撮影すると、血管９２は青色光Ｂ１を吸収して暗く写る。このため、図１１に示すように、血管９２を撮影したＢ１画像の画素値（以下、Ｂ１画素値という）は、血管９２が、青色光Ｂ１が到達する深さにある位置Ｘ１から位置Ｘ２にかけて最も低い画素値Ｙ１となる。そして、血管９２が深くなるにつれて、青色光Ｂ１が到達し難くなり、血管９２に到達する前に青色光Ｂ１が反射されるようになる。このため、血管９２のある位置が徐々に深くなる位置Ｘ２から位置Ｘ３にかけては、Ｂ１画素値は徐々に大きくなり、位置Ｘ３以降においては一定の画素値Ｙ２（Ｙ２＞Ｙ１）となる。

一方、緑色光Ｇ２は表層においては相対的に反射等され難い代わりに、青色光Ｂ１よりも深く、中層まで到達する。このため、緑色光Ｇ２を用いて血管９２を含む粘膜９１を撮影すると、図１２に示すように、血管９２を撮影したＧ２画像の画素値（以下、Ｇ２画素値という）は、位置Ｘ１から位置Ｘ２にかけて最も高い画素値（簡単のため「Ｙ２」とする）となる。そして、血管９２が深くなるにつれて緑色光Ｇ２の吸収率が高くなるので、位置Ｘ２から位置Ｘ３にかけては、Ｇ２画素値は徐々に小さくなり、位置Ｘ３以降においては最も低い画素値（簡単のため「Ｙ１」とする）となる。

したがって、従来の酸素飽和度を算出する内視鏡システムのように、信号比Ｂ１／Ｇ２を酸素飽和度の算出に用いる場合、信号比Ｂ１／Ｇ２の値は、図１３に示すように、位置Ｘ２から位置Ｘ３にかけて、例えば値Ｖ１から値Ｖ３に変化する。このように信号比Ｂ１／Ｇ２が変化すると、血管９２の酸素飽和度及び血液量が実際には一定であっても、算出する酸素飽和度の値に変化が生じる。すなわち、値Ｖ１から値Ｖ３の変化量Ｄ１は、酸素飽和度のアーチファクトになる。

一方、上記血管９２を撮影したＧ２画像とＢ２画像の対応する画素の値を加算して加算画素値を算出し、この加算画素値を画素の値とするＣｙ画像を生成すると、加算画像であるＣｙ画像の画素値（以下、Ｃｙ画素値という）は、図１４に示すように、例えば、シアン色光Ｃｙの深達度に相当する深さ付近で最小の画素値（簡単のため「Ｙ１」とする）となる。そして、この深さを境界に画素値は上昇し、シアン色光Ｃｙが反射等され難い位置Ｘ１から位置Ｘ２及び位置Ｘ３から位置Ｘ４にかけて、画素値が大きくなる（簡単のため「Ｙ２」とする）。このため、図１５に示すように、信号比Ｂ１／Ｃｙを算出すると、血管９２がシアン色光Ｃｙの深達度相当の深さにある位置Ｘ５においてピークとなり、このピークの値Ｖ２は、信号比Ｂ１／Ｇ２の最大の値Ｖ３と最小の値Ｖ１との中間の値となる（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）。したがって、加算画像であるＣｙ画像を用いると、血管９２の深さの変化に起因した信号比Ｂ１／Ｃｙの変化量を「Ｄ２」（Ｄ２＝Ｖ２－Ｖ１＜Ｄ１＝Ｖ３－Ｖ１）程度に低減できる。その結果、信号比Ｂ１／Ｃｙを用いて算出する酸素飽和度は、信号比Ｂ１／Ｇ２を用いて算出する酸素飽和度よりも、血管等の深さの変化に起因したアーチファクトを低減できる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態においては、青色光Ｂ１を用いて撮影したＢ１画像が酸素飽和度の情報を含むが、内視鏡システム１０は、他の波長または波長帯域の光を用いて酸素飽和度を算出できる。この場合、図１６に示すように、光源部２０に、例えば、中心波長が約４５０ｎｍの青色光Ｂを発光するＢ－ＬＥＤ２１０と、中心波長が約５４０ｎｍの緑色光Ｇを発光するＧ－ＬＥＤ２１１と、中心波長が約６００ｎｍの赤色光Ｒ１を発光するＲ１－ＬＥＤ２１２と、中心波長が約７００ｎｍの赤色光Ｒ２を発光するＲ２－ＬＥＤ２１３と、を備える。そして、図１７に示すように、第１フレームにおいては、青色光Ｂ及び赤色光Ｒ１を含む照明光を使用して被写体を撮影し、その結果、画像取得部５４は、青色画像（以下、Ｂ１画像という）と、赤色画像（以下、Ｒ１画像という）と、を取得する。また、第２フレームにおいては、青色光Ｂ、緑色光Ｇ、及び、赤色光Ｒ２を含む照明光を使用して被写体を撮影し、その結果、画像取得部５４は、青色画像（以下、Ｂ２画像という）と、緑色画像（以下、Ｇ２画像という）と、赤色画像（以下、Ｒ２画像という）と、を取得する。

青色光Ｂ及び緑色光Ｇの波長は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数にほぼ差がない（図４参照）。また、赤色光Ｒ１と赤色光Ｒ２の波長はどちらも酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数にある程度の差がある（図４参照）。但し、赤色光Ｒ１と赤色光Ｒ２を比較すると、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の差は、赤色光Ｒ１に比べて赤色光Ｒ２の方が約１桁程度小さいので、赤色光Ｒ１と比較すると、赤色光Ｒ２は実質的に酸素飽和度に応じた吸光係数がないものと扱うことができる。

本実施形態においては、「酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光」とは赤色光Ｒ１であり、かつ、「第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像」とは“Ｒ１画像”である。また、「第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光」とは赤色光Ｒ２であり、かつ、「第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像」とは“Ｒ２画像”である。そして、「第２照明光よりも短波長の第３照明光」とは、緑色光Ｇであり、かつ、「第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像」とは“Ｇ２画像”である。また、Ｇ２画像（第３画像）の撮影に使用する緑色光Ｇ（第３照明光）は、少なくとも赤色光Ｒ１（第１照明光）よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい。また、Ｇ２画像（第３画像）の撮影に使用する緑色光Ｇ（第３照明光）は、赤色光Ｒ１（第１照明光）よりも短波長である。

加算画素値算出部７１は、本実施形態においては、Ｇ２画像（第３画像）とＲ２画像（第２画像）の対応する画素の値を重み付けして加算する。Ｇ２画像の画素値に対する重み付け係数を「α２」、Ｒ２画像の画素値に対する重み付け係数を「β２」とし、かつ、α２＋β２＝１、α２＞０、及びβ２＞０の条件のもとで、加算画素値算出部７１は、α２×Ｇ２画像値＋β２×Ｒ２画像値により加算画像を生成する。なお、重み付け係数「α２」及び「β２」は、例えば、α２＝０．５、かつ、β２＝０．５である。

Ｇ２画像とＲ２画像の対応する画素の値を加算した加算画素値を画素の値とする加算画像は、重み付け比率にも依るが、血管等の見え方等が例えば緑色光Ｇと赤色光Ｒ２の中間の深達度を有する黄色光Ｙｅを用いて撮影した画像に近くなる。このため、以下、Ｇ２画像とＲ２画像の対応する画素の値を加算した加算画素値を画素の値とする加算画像をＹｅ画像という。

信号比算出部７２は、本実施形態においては、Ｒ１画像の画素値を分子に使用し、かつ、加算画像であるＹｅ画像の画素値（加算画素値）を分母に使用した信号比Ｒ１／Ｙｅを生成する。また、信号比算出部７２は、Ｒ２画像の画素値を分子に使用し、かつ、Ｇ２画像の画素値を分母に使用した信号比Ｒ２／Ｇ２を算出する。信号比Ｒ１／Ｙｅは酸素飽和度と血液量に依存し、かつ、信号比Ｒ２／Ｇ２は血液量に依存する。

信号比算出部７２が算出する信号比に対応し、相関関係記憶部７４は、信号比Ｒ１／Ｙｅ及び信号比Ｒ２／Ｇ２と、酸素飽和度と、を対応付ける相関関係を記憶する。そして、酸素飽和度算出部７３は、上記相関関係を参照し、具体的な、信号比Ｒ１／Ｙｅ及び信号比Ｒ２／Ｇ２の具体的な値から酸素飽和度を算出する。

上記のように、酸素飽和度を算出する際に、加算画像であるＹｅ画像を酸素飽和度の算出に用いる信号比に使用することにより、酸素飽和度の算出に用いる信号比（特に酸素飽和度の情報を含む信号比）において、分子に使う画像の撮影に使用する照明光と、分母に使う画像の撮影に使用する照明光と、の実質的な波長差を低減し、これら各照明光の深達度を近づける。その結果、信号比の分子に使う画像と分母に使う画像においてそれぞれ観察し得る血管等の像の違いが従来よりも小さくなる。したがって、赤色光を用いて酸素飽和度を算出する際に、酸素飽和度の情報を含むＲ１画像をＧ２画像で規格化した信号比Ｒ１／Ｇ２を用いる場合と比較して、酸素飽和度のアーチファクトを低減できる。なお、本実施形態は、粘膜９１の深層等、比較的深い位置にある血管の酸素飽和度を算出する際に特に有用であり、こうした比較的深い位置にある血管の深さが位置によって変化している場合でもアーチファクトを低減して酸素飽和度を算出できる。

［第３実施形態］
第１実施形態のように酸素飽和度の情報を得るために青色光Ｂ１を用いる場合も、光源部２０をＬＥＤで構成できる。この場合、図１８に示すように、光源部２０には、中心波長が約４７０ｎｍの青色光Ｂ１を発光するＢ１－ＬＥＤ３１０と、中心波長が約４５０ｎｍの青色光Ｂ２を発光するＢ２－ＬＥＤ３１１と、中心波長が約５４０ｎｍの緑色光Ｇを発光するＧ－ＬＥＤ３１２と、中心波長が約６５０ｎｍの赤色光Ｒを発光するＲ－ＬＥＤ３１３と、を備える。そして、図１９に示すように、第１フレームにおいては、青色光Ｂ１と、赤色光Ｒと、を含む照明光を使用して被写体を撮影し、その結果、画像取得部５４は、青色画像（以下、Ｂ１画像という）と、赤色画像（以下、Ｒ１画像という）と、を取得する。また、第２フレームにおいては、青色光Ｂ２と、緑色光Ｇと、赤色光Ｒと、を含む照明光を用いて被写体を撮影し、その結果、画像取得部５４は、青色画像（以下、Ｂ２画像という）と、緑色画像（以下、Ｇ２画像という）と、赤色画像（以下、Ｒ２画像という）と、を取得する。

青色光Ｂ１の波長は、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（図４参照）。そして、青色光Ｂ２、緑色光Ｇ、及び、赤色光Ｒは、いずれも、青色光Ｂ１に比べると、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小さい（図４参照）。したがって、本実施形態においては、「酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光」とは青色光Ｂ１であり、かつ、「第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像」とは“Ｂ１画像”である。また、「第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光」とは緑色光Ｇであり、かつ、「第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像」とは“Ｇ２画像”である。そして、「第２照明光よりも短波長の第３照明光」とは、青色光Ｂ２であり、かつ、「第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像」とは“Ｂ２画像”である。また、Ｂ２画像（第３画像）の撮影に使用する青色光Ｂ２（第３照明光）は、少なくとも青色光Ｂ１（第１照明光）よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい。また、Ｂ２画像（第３画像）の撮影に使用する青色光Ｂ２（第３照明光）は、青色光Ｂ１（第１照明光）よりも短波長である。

したがって、加算画素値算出部７１は、第１実施形態と同様に、Ｇ２画像（第２画像）とＢ２画像（第３画像）の対応する画素の値を重み付け加算して加算画素値を算出し、この加算画素値を画素の値とするＣｙ画像を生成する。そして、信号比算出部７２は、信号比Ｂ１／Ｃｙと信号比Ｒ２／Ｇ２とを算出し、酸素飽和度算出部７３は、これらの信号比を用いて酸素飽和度を算出する。こうして酸素飽和度を算出する際に、加算画像であるＣｙ画像を酸素飽和度の算出に用いる信号比に使用することにより、酸素飽和度の算出に用いる信号比（特に酸素飽和度の情報を含む信号比）において、分子に使う画像の撮影に使用する照明光と、分母に使う画像の撮影に使用する照明光と、の実質的な波長差を低減し、これら各照明光の深達度を近づける。その結果、信号比の分子に使う画像と分母に使う画像においてそれぞれ観察し得る血管等の像の違いが従来よりも小さくなるので、従来のように信号比Ｂ１／Ｇ２を酸素飽和度の算出に用いる場合よりも、酸素飽和度のアーチファクトを低減できる。

［第４実施形態］
上記各実施形態においては、酸素飽和度の情報を含む画像（第１実施形態のＢ１画像等）を、緑色光画像で規格化した信号比を酸素飽和度の算出に用いているが、信号比に加算画像を使用する場合、緑色光画像を含まない加算画像を使用することができる。例えば、図２０に示すように、光源部２０に、第３実施形態と同様の中心波長が約４７０ｎｍの青色光Ｂ１を発光するＢ１－ＬＥＤ３１０と、中心波長が約４５０ｎｍの青色光Ｂ２を発光するＢ２－ＬＥＤ３１１と、中心波長が約５４０ｎｍの緑色光Ｇを発光するＧ－ＬＥＤ３１２と、を備え、第３実施形態のＲ－ＬＥＤ３１３の代わりに、中心波長が約６００ｎｍの赤色光Ｒを発光するＲ－ＬＥＤ４１３を備える。

そして、図２１に示すように、第１フレームにおいては、青色光Ｂ１と赤色光Ｒとを含む照明光を用いて被写体を撮影し、その結果、画像取得部５４は青色画像（以下、Ｂ１画像という）と赤色画像（以下、Ｒ１画像という）とを取得する。また、第２フレームにおいては、青色光Ｂ２と緑色光Ｇとを含む照明光を用いて被写体を撮影し、その結果、画像取得部５４は青色画像（以下、Ｂ２画像という）と緑色画像（以下、Ｇ２画像という）とを取得する。

本実施形態においては、「酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光」とは青色光Ｂ１であり、かつ、「第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像」とは“Ｂ１画像”である。また、「第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光」とは赤色光Ｒであり、かつ、「第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像」とは“Ｒ１画像”である。そして、「第２照明光よりも短波長の第３照明光」とは、青色光Ｂ２であり、かつ、「第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像」とは“Ｂ２画像”である。また、Ｂ２画像（第３画像）の撮影に使用する青色光Ｂ２（第３照明光）は、少なくとも青色光Ｂ１（第１照明光）よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい。また、Ｂ２画像（第３画像）の撮影に使用する青色光Ｂ２（第３照明光）は、青色光Ｂ１（第１照明光）よりも短波長である。

加算画素値算出部７１は、本実施形態においては、Ｒ１画像（第２画像）とＢ２画像（第３画像）の対応する画素の値を重み付けして加算する。Ｒ１画像の画素値に対する重み付け係数を「α４」、Ｂ２画像の画素値に対する重み付け係数を「β４」とし、かつ、α４＋β４＝１、α４＞０、及びβ４＞０の条件のもとで、加算画素値算出部７１は、α４×Ｒ１画像値＋β４×Ｂ２画像値により加算画素値を算出する。

Ｒ１画像とＢ２画像の対応する画素の値を加算した加算画素値を画素の値とする加算画像は、重み付け比率にも依るが、血管等の見え方等が例えば赤色光Ｒ１と青色光Ｂ２の中間の深達度を有するマゼンダ色光Ｍａを用いて撮影した画像に近くなる。このため、以下、Ｒ１画像とＢ２画像の対応する画素の値を加算した加算画素値を画素の値とする加算画像をＭａ画像という。

信号比算出部７２は、本実施形態においては、Ｂ１画像の画素値を分子に使用し、かつ、加算画像であるＭａ画像の画素値（加算画素値）を分母に使用した信号比Ｒ１／Ｍａを生成する。また、信号比算出部７２は、Ｒ１画像の画素値を分子に使用し、かつ、Ｇ２画像の画素値を分母に使用した信号比Ｒ１／Ｇ２を算出する。信号比Ｂ１／Ｍａは酸素飽和度と血液量に依存し、かつ、信号比Ｒ１／Ｇ２は血液量に依存する。

信号比算出部７２が算出する信号比に対応し、相関関係記憶部７４は、信号比Ｂ１／Ｍａ及び信号比Ｒ１／Ｇ２と、酸素飽和度と、を対応付ける相関関係を記憶する。そして、酸素飽和度算出部７３は、上記相関関係を参照し、具体的な、信号比Ｂ１／Ｍａ及び信号比Ｒ１／Ｇ２の具体的な値から酸素飽和度を算出する。

上記のように、酸素飽和度を算出する際に、加算画像であるＭａ画像を酸素飽和度の算出に用いる信号比に使用する場合も適切に酸素飽和度を算出できる。また、Ｂ２画像の画素値とＲ１画像の画素値に対する重み付け比率を適切に調節することにより、従来のように信号比Ｂ１／Ｇ２を用いて酸素飽和度を算出する場合よりもアーチファクトを低減できる。

［第５実施形態］
上記第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、及び第４実施形態においては、分母に加算画像の画素値（加算画素値）を使用しているが、酸素飽和度の算出に用いる信号比の分子に加算画像の画素値（加算画素値）を使用できる。この場合、画像取得部５４は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像と、第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像と、第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて被写体を撮影した第４画像と、を取得する。そして、加算画素値算出部７１は、第１画像と第４画像の対応する画素の値を加算して第２加算画素値を算出し、この第２加算画素値を画素の値とする第２加算画像を生成及び出力する。信号比算出部７２は、第２加算画像の画素値（第２加算画素値）と第２画像の画素値との信号比を算出する。酸素飽和度算出部７３は、この「第２加算画像の画素値（第２加算画素値）と第２画像の画素値との信号比」を用いて酸素飽和度を算出する。

例えば、第２実施形態と同様に、画像取得部５４が、中心波長が約４５０ｎｍの青色光Ｂを用いて被写体を撮影したＢ画像、中心波長が約５４０ｎｍの緑色光Ｇを用いて被写体を撮影したＧ画像、中心波長が約６００ｎｍの赤色光Ｒ１を用いて被写体を撮影したＲ１画像、中心波長が約７００ｎｍの赤色光Ｒ２を用いて被写体を撮影したＲ２画像を取得する。この場合、「酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光」とは赤色光Ｒ１であり、かつ、「第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像」とは“Ｒ１画像”である。また、「第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光」とは赤色光Ｒ２であり、かつ、「第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像」とは“Ｒ２画像”である。また、「第１照明光よりも長波長の第４照明光」を“赤色光Ｒ２”とし、かつ、「第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて被写体を撮影した第４画像」を“Ｒ４画像”とする。

そして、加算画素値算出部７１は、Ｒ１画像（第１画像）とＲ２画像（第４画像）の対応する画素の値を必要に応じて重み付けして加算することにより第２加算画素値を算出し、算出した第２加算画素値を画素の値とする第２加算画像を生成及び出力する。信号比算出部７２は、この第２加算画像の画素値（第２加算画素値）を分子に使用し、かつ、Ｇ２画像の画素値を分母に使用して、第２加算画素値とＧ２画像の信号比を算出する。この場合、第２加算画像は、酸素飽和度の情報を含むＲ１画像と、Ｒ１画像よりも変化量が少ないものの、Ｒ１画像と同様に酸素飽和度に応じて変化する画素値を有するＲ２画像と、の和なので、第２加算画像は全体として酸素飽和度に応じて変化する画像となっている。このため、第２加算画像とＧ２画像を用いて算出する信号比は、酸素飽和度の情報を含む信号比となっており、かつ、従来であれば使用するであろう「信号比Ｒ１／Ｇ２」よりも、分子に使う画像の撮影に使用する照明光と、分母に使う画像の撮影に使用する照明光と、の実質的な波長差を小さくできる。したがって、信号比の分子に加算画像（第２加算画像）の画素値である第２加算画素値を用いる場合も、酸素飽和度のアーチファクトを低減できる。

なお、上記第２画像は、酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい画像であって、酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が大きく、酸素飽和度の情報を含む第１画像を規格化するための画像である。そして、第４画像は、酸素飽和度の情報を含む第１画像に加算するので、酸素飽和度の情報を含み、かつ、第１画像と同様に酸素飽和度に応じて吸光係数が大きく変化する画像であることが好ましい。この結果、第４画像の撮影に使用する第４照明光は、少なくとも第２照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が大きいことが好ましい。

また、第４画像の撮影に使用する第４照明光は、第２照明光よりも長波長であることが好ましい。これは、第２加算画像を撮影して得る場合に使用する照明光の波長を、信号比の分母に使用する第２画像の撮影に使用する緑色光Ｇの波長に近づけるためである。上記第５実施形態においては、赤色光Ｒ２（第４照明光）は、緑色光Ｇ（第２照明光）よりも長波長である。

［第６実施形態］
上記第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、及び第４実施形態においては、分母に加算画像の画素値（加算画素値）を使用しているが、酸素飽和度の算出に用いる信号比の分子及び分母の両方に加算画像の画素値（加算画素値）を使用できる。この場合、画像取得部５４は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像と、第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像と、第２照明光よりも短波長の第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像と、第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて被写体を撮影した第４画像と、を取得する。そして、加算画素値算出部７１は、第２画像と第３画像の対応する画素の値を加算した第１加算画素値と、第１画像と第４画像の対応する画素の値を加算した第２加算画素値と、を算出し、第１加算画素値を画素の値とする第１加算画像と、第２加算画素値を画素の値とする第２加算画像と、を生成及び出力する。信号比算出部７２は、第２加算画像の画素値（第２加算画素値）と第１加算画像の画素値（第１加算画素値）との信号比を算出する。

例えば、第２実施形態と同様に、画像取得部５４が、中心波長が約４５０ｎｍの青色光Ｂを用いて被写体を撮影したＢ画像、中心波長が約５４０ｎｍの緑色光Ｇを用いて被写体を撮影したＧ画像、中心波長が約６００ｎｍの赤色光Ｒ１を用いて被写体を撮影したＲ１画像、中心波長が約７００ｎｍの赤色光Ｒ２を用いて被写体を撮影したＲ２画像を取得する。

この場合、「酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光」とは赤色光Ｒ１であり、かつ、「第１照明光を用いて被写体を撮影した第１画像」とは“Ｒ１画像”である。また、「第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光」とは赤色光Ｒ２であり、かつ、「第２照明光を用いて被写体を撮影した第２画像」とは“Ｒ２画像”である。そして、「第２照明光よりも短波長の第３照明光」とは、緑色光Ｇとし、かつ、「第３照明光を用いて被写体を撮影した第３画像」とは“Ｇ２画像”とする。また、「第１照明光よりも長波長の第４照明光」を“赤色光Ｒ２”とし、かつ、「第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて被写体を撮影した第４画像」を“Ｒ２画像”とする。

加算画素値算出部７１は、第２実施形態と同様に、Ｇ２画像（第３画像）とＲ２画像（第２画像）の対応する画素の値を必要に応じて重み付け加算し、第１加算画素値を算出する。そして、第１加算画素値を画素の値とする第１加算画像を生成及び出力する。また、加算画素値算出部７１は、第５実施形態と同様に、Ｒ１画像（第１画像）とＲ２画像（第４画像）の対応する画素の値を必要に応じて重み付け加算し、第２加算画素値を算出する。そして、第２加算画素値を画素の値とする第２加算画像を生成及び出力する。信号比算出部７２は、第１加算画像の画素値（第１加算画素値）を分母に使用し、第２加算画像の画素値（第２加算画素値）を分子に使用して、信号比を生成する。第２実施形態または第５実施形態から分かるように、この信号比を用いれば、酸素飽和度算出部７３は、酸素飽和度を算出することができる。

なお、上記実施形態等においては、酸素飽和度を算出しているが、本発明は、被写体への深達度が異なる照明光を用いて撮影した複数の画像の画素値の比（信号比）を用いて求め得る他の生体情報を表す画像等（血液量または特定の深さにある血管の画像等）を生成する際にも有用である。他の生体情報を明示的に算出する場合、酸素飽和度算出部７３は生体情報算出部とする。また、結果として他の生体情報を表す画像を生成する場合、酸素飽和度算出部７３は、その画像を生成するために信号比を用いて必要な演算をする演算部とできる。

この他、図２２に示すように、内視鏡システム１０のうち画像処理部６１を構成する各部の一部または全部は、例えばプロセッサ装置１６と通信して内視鏡システム１０と連携する医療画像処理装置７０１に設けることができる。また、図２３に示すように、内視鏡システム１０のうち画像処理部６１を構成する各部の一部または全部は、例えば内視鏡システム１０から直接的に、または、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication Systems）７１０から間接的に、内視鏡１２で撮影した画像を取得する診断支援装置７１１に設けることができる。また、図２４に示すように、内視鏡システム１０を含む、第１検査装置７２１、第２検査装置７２２、…、第Ｎ検査装置７２３等の各種検査装置と、ネットワーク７２６を介して接続する医療業務支援装置７３０に、内視鏡システム１０のうち画像処理部６１を構成する各部の一部または全部を設けることができる。

上記実施形態において、光源制御部２２、制御部５２、画像取得部５４及び画像取得部５４を構成する各部、画像処理部６１及び画像処理部６１を構成する各部、並びに、表示制御部６６等といった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、ソフトウエア（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)、ＧＰＵ（Graphical 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）、各種の処理を実行す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つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合せ（例えば、複数のＦＰＧＡ、ＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ、またはＣＰＵとＧＰＵの組み合わせ等）で構成されてもよい。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。複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウエアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:ＳｏＣ）などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを１つ以上用いて構成される。

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形態の電気回路（circuitry）である。

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
１３ ズーム操作部
１４ 光源装置
１６ プロセッサ装置
１８ モニタ
１９ コンソール
２０ 光源部
２２ 光源制御部
３０ａ 照明光学系
３０ｂ 撮影光学系
４１ ライトガイド
４２ 蛍光体
４５ 照明レンズ
４６ 対物レンズ
４７ ズームレンズ
４８ イメージセンサ
５２ 制御部
５４ 画像取得部
５６ ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）
５８ ノイズ低減部
５９ 変換部
６１ 画像処理部
６６ 表示制御部
７１ 加算画素値算出部
７２ 信号比算出部
７３ 酸素飽和度算出部
７４ 相関関係記憶部
７５ 画像生成部
９１ 粘膜
９２ 血管
２１０ Ｂ２－ＬＥＤ
２１１ Ｇ－ＬＥＤ
２１２ Ｒ１－ＬＥＤ
２１３ Ｒ２－ＬＥＤ
３１０ Ｂ１－ＬＥＤ
３１１ Ｂ２－ＬＥＤ
３１３ Ｒ－ＬＥＤ
４１３ Ｒ－ＬＥＤ
７０１ 医療画像処理装置
７１０ ＰＡＣＳ
７１１ 診断支援装置
７２１ 第１検査装置
７２２ 第２検査装置
７２３ 検査装置
７２６ ネットワーク
７３０ 医療業務支援装置
Ｂ 青色光
Ｂ１ 青色光
Ｂ２ 青色光
Ｃｂ 色差チャンネル
Ｃｒ 色差チャンネル
Ｃｙ シアン色光
Ｄ１、Ｄ２ 変化量
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 緑色光
Ｈｂ 還元ヘモグロビン
ＨｂＯ 酸化ヘモグロビン
Ｍａ マゼンダ色光
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ 赤色光
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４ ステップ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４ 画素値
Ｗ１ 第１白色光
Ｗ２ 第２白色光
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５ 位置
Ｙ１、Ｙ２ 画素値
Ｙｅ 黄色光

Claims (9)

1. 各々異なる波長帯域を有する照明光を用いて被写体を撮影した複数種類の画像を取得する画像取得部と、
   複数種類の前記画像のうち複数の前記画像の対応する画素の値を加算した加算画素値を１または複数種類算出する加算画素値算出部と、
   分母または分子の少なくともいずれか一方に前記加算画素値を使用した信号比を算出する信号比算出部と、
   前記信号比を用いて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部とを備え、
   前記画像取得部は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて前記被写体を撮影した第１画像と、前記第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて前記被写体を撮影した第２画像と、前記第２照明光よりも短波長の第３照明光を用いて前記被写体を撮影した第３画像と、を取得し、
   前記加算画素値算出部は、前記第２画像と前記第３画像の対応する画素の値とを加算して第１加算画素値を生成し、かつ、
   前記信号比算出部は、前記第１画像の画素値と前記第１加算画素値との信号比を算出し、
   前記第１画像はＢ１画像、前記第２画像はＧ２画像、前記第３画像はＢ２画像である場合、又は、前記第１画像はＲ１画像、前記第２画像はＲ２画像、前記第３画像はＧ２画像である場合のいずれかである内視鏡システム。
2. 前記第３画像の撮影に使用する前記第３照明光は、少なくとも前記第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記第３画像の撮影に使用する前記第３照明光は、前記第１照明光よりも短波長である請求項１記載の内視鏡システム。
4. 前記加算画素値算出部は、前記第２画像と前記第３画像の対応する画素の値に重み付けをして加算する請求項１～３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
5. 前記画像取得部は、前記第１画像と、前記第２画像とに加えて、前記第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて前記被写体を撮影した第４画像と、を取得し、
   前記加算画素値算出部は、前記第１画像と前記第４画像の対応する画素の値を加算して第２加算画素値を生成し、かつ、
   前記信号比算出部は、前記第２画像の画素値と前記第２加算画素値との信号比を算出する請求項１に記載の内視鏡システム。
6. 前記第４画像の撮影に使用する第４照明光は、少なくとも前記第２照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が大きい請求項５に記載の内視鏡システム。
7. 前記第４画像の撮影に使用する第４照明光は、前記第２照明光よりも長波長である請求項５または６に記載の内視鏡システム。
8. 前記加算画素値算出部は、前記第１画像と前記第４画像の対応する画素の値に重み付けをして加算する請求項５～７のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
9. 前記画像取得部は、酸素飽和度に応じて吸光係数が変化する第１照明光を用いて前記被写体を撮影した第１画像と、前記第１照明光よりも酸素飽和度に応じた吸光係数の変化が小さい第２照明光を用いて前記被写体を撮影した第２画像と、前記第２照明光よりも短波
   長の第３照明光を用いて前記被写体を撮影した第３画像と、前記第１照明光よりも長波長の第４照明光を用いて前記被写体を撮影した第４画像と、を取得し、
   前記加算画素値算出部は、前記第２画像と前記第３画像の対応する画素の値を加算した第１加算画素値と、前記第１画像と前記第４画像の対応する画素の値を加算した第２加算画素値と、を生成し、かつ、
   前記信号比算出部は、前記第２加算画素値と前記第１加算画素値との信号比を算出する請求項１に記載の内視鏡システム。

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