JP7116251B2 - 内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡システムに関する。

医療分野において、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。内視鏡システムでは、照明光を照射して被写体を照明し、被写体からの反射光を撮像してモニタなどに表示する。また、近年では、下記特許文献１に記載されているように、被写体の外観を撮像して観察するだけでなく、被写体を撮像した画像を用いて、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波長帯域の光を含む照明光を用いて被写体を撮像した画像を用いて演算等することにより算出する。

国際公開２０１７/０８５７９３号公報

しかしながら、生体情報の取得に特化した波長帯域が近接している場合、生体情報を精度良く取得することが難しいといった問題があった。

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、生体情報をより精度良く取得できる内視鏡システムを提供することを目的としている。

本発明の内視鏡システムは、被写体を照明し、被写体からの反射光を撮像する内視鏡システムにおいて、反射光を、複数の波長帯域の光に分光する分光素子と、分光素子により分光された複数の波長帯域の光の各々が入射する複数の撮像素子と、複数の撮像素子の露光期間を、撮像素子毎に制御して撮像を行う撮像制御部と、を備える。

撮像素子に、第1波長を含む第1波長帯域の光が入射する第１撮像素子と、第1波長と波長差が３０ｎｍ以内の第２波長を含む第２波長帯域の光が入射する第２撮像素子と、が含まれ、第１撮像素子と第２撮像素子との少なくとも一方の露光期間が、他の撮像素子の露光期間よりも長いものでもよい。

第１波長帯域の光として第１青色光が第１撮像素子に入射し、第１撮像素子により第１青色画像が撮像され、第２波長帯域の光として第２青色光が第２撮像素子に入射し、第２撮像素子により第２青色画像が撮像されるものでもよい。

第１波長が４４５ｎｍであり、第２波長が４７３ｎｍであってもよい。

第１青色画像と第２青色画像とを用いて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部を設けてもよい。

第１波長帯域の光として第１赤色光が第１撮像素子に入射し、第１撮像素子により第１赤色画像が撮像され、第２波長帯域の光として第２赤色光が第２撮像素子に入射し、第２撮像素子により第２赤色画像が撮像されるものでもよい。

第１波長が６００ｎｍであり、第２波長が６３０ｎｍであってもよい。

第１赤色画像と第２赤色画像とを用いて生体情報を算出する生体情報算出部を設けてもよい。

撮像素子として、第１撮像素子と、第２撮像素子と、が設けられ、分光素子により、反射光から特定波長を含む第１波長帯域の光を分光し、第１波長帯域の光が第１撮像素子に入射し、残りの光が第２撮像素子に入射するものでもよい。

撮像制御部は、全ての撮像素子について、共通のフレームレートで連続して撮像を行うものでもよい。

撮像制御部は、フレームレートよりも長い露光期間で撮像を行う撮像素子が存在する場合に、全ての撮像素子について、フレームレートを露光期間のうち最長の期間よりも長く変更するものでもよい。

フレームレートの変更が行われた場合に、その旨を通知する通知部を設けてもよい。

本発明の内視鏡システムによれば、生体情報をより精度良く取得できる。

内視鏡システムの構成図である。 光源の発光スペクトルを示すグラフである。 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。 カメラヘッドの構成図である。 ダイクロイックミラーの特性図である。 ダイクロイックミラーの特性図である。 ダイクロイックミラーの特性図である。 第１青色光のスペクトルを示すグラフである。 第２青色光のスペクトルを示すグラフである。 緑色光のスペクトルを示すグラフである。 赤色光のスペクトルを示すグラフである。 第２青色光の低下を説明するための説明図である。 各ＣＭＯＳセンサの露光期間を示す説明図である。 光源の発光スペクトルを示すグラフである。 照明光のスペクトルを示すグラフである。 第１青色光のスペクトルを示すグラフである。 第２青色光のスペクトルを示すグラフである。 緑色光のスペクトルを示すグラフである。 赤色光のスペクトルを示すグラフである。 フレームレートを変更した例を示す説明図である。 光学フィルタの特性図である。 照明光のスペクトルを示すグラフである。 ダイクロイックミラーの特性図である。 緑色光のスペクトルを示すグラフである。 ダイクロイックミラーの特性図である。 第１赤色光のスペクトルを示すグラフである。 第２赤色光のスペクトルを示すグラフである。 カメラヘッドの構成図である。 カメラヘッドの構成図である。 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は、内視鏡１２と、光源装置１４と、カメラヘッド１５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、硬質で細長く形成され、被検体内に挿入される。内視鏡１２の内部には、被写体像を結像するための光学系、及び、被写体に照明光を照射するための光学系が設けられている。光源装置１４は、照明光を発生する。カメラヘッド１５は、被写体の撮像を行う。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で撮像した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。

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像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。

また、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像に必要な、特定の波長帯域を有する光を発光できる。

図２に、本実施形態の光源部２０が発光する照明光の発光スペクトルを示す。本実施形態において、光源部２０は、中心波長が約４４５ｎｍ（第1波長）の青色の光（第１青色光）を発光する第１ＬＥＤと、中心波長が約４７３ｎｍ（第２波長）の青色の光（第２青色光）を発光する第２ＬＥＤと、を含む。また、光源部２０は、中心波長が約５４０ｎｍの緑色の光（緑色光）を発光する第３ＬＥＤと、中心波長が約６５０ｎｍの赤色の光（赤色光）を発光する第４ＬＥＤと、を含む。

ここで、第１青色光、及び、第２青色光は、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像に必要な、特定の波長帯域を有する光である。つまり、図３に示すように、第１青色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、第２青色光の中心波長である約４７３ｎｍは、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。よって、第１青色光及び第２青色光を含む照明光を照射して被写体の撮像を行い、撮像した画像から第１青色光及び第２青色光の吸光係数を求めることで、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できる。

図１に戻り、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、及び、発光量等を制御する。そして、光源部２０が発光した照明光は、ライトガイド２４を介して内視鏡１２に入射し、内視鏡１２に内蔵された光学系（被写体に照明光を照射するための光学系）を介して内視鏡１２の先端に導光され内視鏡１２の先端から被写体に向けて出射される。この後、照明光は被写体により反射され、被写体からの反射光が内視鏡１２に内蔵された光学系（被写体像を結像するための光学系）を介してカメラヘッド１５に案内される。

図４に示すように、カメラヘッド１５は、ダイクロイックミラー（分光素子）３１、３２、及び３３と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ（撮像素子）４１、４２、４３、及び４４と、を備える。

ダイクロイックミラー３１、３２、及び３３は、照明光によって照明された被写体からの反射光を複数の波長帯域の光に分光するために設けられている。そして、本実施形態では、ダイクロイックミラー３１、３２、及び３３により、被写体からの反射光を、４４５ｎｍ（第１波長）を含む波長帯域（第１波長帯域）の光である第１青色光と、４７３ｎｍ（第２波長）を含む波長帯域（第２波長帯域）の光である第２青色光と、緑色光と、赤色光と、の４つに分光する。

具体的には、ダイクロイックミラー３１、３２、及び３３は、この順番で被写体側から順に並べられており、被写体からの反射光（第１青色光、第２青色光、緑色光、赤色光）は、最初にダイクロイックミラー３１により第１青色光が反射されて、第１青色光とそれ以外の光（第２青色光、緑色光、及び赤色光）とに分光される。ダイクロイックミラー３１を通過した、第２青色光、緑色光、及び赤色光は、ダイクロイックミラー３２により第２青色光が反射されて、第２青色光とそれ以外の光（緑色光、及び赤色光）とに分光される。ダイクロイックミラー３２を通過した緑色光、赤色光は、ダイクロイックミラー３３により緑色光が反射され、赤色光が通過することにより、緑色光と赤色光とに分光される。

図５に示すように、本実施形態では、ダイクロイックミラー３１として、４４９ｎｍの反射率が１００％で透過率が０％であり、４７４ｎｍの反射率が０％で透過率が１００％であり、４４９ｎｍから４７４ｎｍの間は、反射率が波長に反比例して低下し、透過率が波長に比例して増加する特性を有するものを用いている。すなわち、本実施形態では、被写体からの反射光のうち、４７４ｎｍ未満の光が第１青色光である（図８参照）。なお、図５、並びに、後述する図６、図７、図２３、及び、図２５については、反射される光の波長と反射率との関係を示す線に符号４６を付し、透過する光の波長と透過率との関係を示す線に符号４８を付している。

また、図６に示すように、本実施形態では、ダイクロイックミラー３２として、４７２ｎｍの反射率が１００％で透過率が０％であり、４９７ｎｍの反射率が０％で透過率が１００％であり、４７２ｎｍから４９７ｎｍの間は、反射率が波長に反比例して低下し、透過率が波長に比例して増加する特性を有するものを用いている。すなわち、本実施形態では、被写体からの反射光のうち、４４９ｎｍより大きく４９７ｎｍ未満の光が第２青色光である（図９参照）。

さらに、図７に示すように、本実施形態では、ダイクロイックミラー３３として、５８３ｎｍの反射率が１００％で透過率が０％であり、６０８ｎｍの反射率が０％で透過率が１００％であり、５８３ｎｍから６０８ｎｍの間は、反射率が波長に反比例して低下し、透過率が波長に比例して増加する特性を有するものを用いている。すなわち、本実施形態では、被写体からの反射光のうち、４７３ｎｍより大きく６０８ｎｍ未満の光が緑色光である（図１０参照）。また、本実施形態では、被写体からの反射光のうち、５８３ｎｍより大きい光が赤色光である（図１１参照）。

ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４は、被写体の撮像を行うために設けられている。本実施形態では、ダイクロイックミラー３１に反射された第１青色光がＣＭＯＳセンサ４１に入射して撮像され、ダイクロイックミラー３２に反射された第２青色光がＣＭＯＳセンサ４２に入射して撮像され、ダイクロイックミラー３３に反射された緑色光がＣＭＯＳセンサ４３に入射して撮像され、全てのダイクロイックミラー３１、３２、及び３３を通過した赤色光がＣＭＯＳセンサ４４に入射して撮像される。なお、撮像素子として、ＣＭＯＳセンサに代えてＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサなど、ＣＭＯＳセンサ以外の撮像素子を用いてもよい。

ダイクロイックミラー３１、３２、及び３３の特性は、前述の通りである（図５～図７参照）ので、被写体からの反射光のスペクトルが図２に示すスペクトルである場合には、ＣＭＯＳセンサ４１に入射する第１青色光のスペクトルは図８に示すものとなり、ＣＭＯＳセンサ４２に入射する第２青色光のスペクトルは図９に示すものとなり、ＣＭＯＳセンサ４３に入射する緑色光のスペクトルは図１０に示すものとなり、ＣＭＯＳセンサ４４に入射する赤色光のスペクトルは図１１に示すものとなる。なお、分光素子としてダイクロイックミラーを用いる例で説明をしたが、分光素子として、例えば、プリズムなどダイクロイックミラー以外の光学素子を用いてもよい。

ここで、ＣＭＯＳセンサ４２に入射した第２青色光（図９参照）は、被写体からの反射光に含まれる第２青色光（図２参照）と比較して光量が低下している。これは、第１青色光の中心波長である第１波長（本実施形態では４４５ｎｍ）と、第２青色光の中心波長である第２波長（本実施形態では４７３ｎｍ）と、が近接していること（差が３０ｎｍ以内であること）、並びに、ダイクロイックミラーの反射率（透過率）が０％と１００％との２値ではなく、０％となる波長と１００％となる波長との間においては、波長と反射率（透過率）との関係が、例えば、比例（または反比例）の関係となる（０％または１００％以外の値となる）ことに起因して生じる。

具体的には、図１２に示すように、被写体からの反射光が、中心波長が４４５ｎｍの光（符号５１を付したスペクトルの光）と、中心波長が４７３ｎｍの光（符号５２を付したスペクトルの光）と、を含み、また、図中破線で示すように、４５０ｎｍの反射率が１００％であり、かつ、４７０ｎｍの反射率が０％であり、かつ、４５０ｎｍから４７０ｎｍの間の反射率が波長と反比例の関係となる特性のダイクロイックミラーで分光する場合、領域５３Ａについては、本来、第１青色光として分光されるべきであるにも関わらず第２青色光として分光される光が多くなり、反対に、領域５３Ｂについては、本来、第２青色光として分光されるべきであるにも関わらず第１青色光として分光される光が多くなる。このように、第１青色光と第２青色光とを正確に分離（分光）することができないので、前述のような光量の低下が発生する。

図１に戻り、プロセッサ装置１６は、制御部（撮像制御部）５９と、画像取得部６０と、画像処理部６１と、表示制御部６６と、を有する。

制御部５９は、照明制御（光源装置１４の制御）及び撮影制御（カメラヘッド１５の制御）等、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５９は、その設定を、光源制御部２２、カメラヘッド１５、及び／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。

制御部５９は、カメラヘッド１５のＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４のそれぞれを駆動し、予め設定された撮像サイクル（フレームレート）で連続して撮像を行う。本実施形態では、ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４の全てについて、フレームレートが６０ｆｐｓ（frames per second）となっている。すなわち、本実施形態では、予め設定された撮像サイクル（フレームレート）が、６０ｆｐｓであり、このフレームレートは、全ての撮像素子（ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４の全て）に共通である。これにより、本実施形態では、ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４のそれぞれにより1秒間に６０フレーム（枚）の画像が撮像される。

また、図１３に示すように、制御部５９は、ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４のそれぞれによる撮像にあたって各ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４の電子シャッタのシャッタスピード、すなわち、露光期間を、ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４毎に独立して制御する。前述のように、本実施形態では、被写体からの反射光に含まれる第２青色光（図２参照）と比較して、ＣＭＯＳセンサ４２に入射する第２青色光（図９参照）の光量が低下する。このため、制御部５９は、ＣＭＯＳセンサ４２の露光期間Ｔ２を、ＣＭＯＳセンサ４１、４３、及び４４の露光期間Ｔ１、Ｔ３、及びＴ４よりも長くする。このように、入射光量が低下する撮像素子の露光期間を、他の撮像素子の露光期間よりも長くして、光量の低下を補うことで、生体情報をより精度良く取得できる。また、例えば、光量の低下を補うために、入射光量が低下する撮像素子が撮像した画像の信号値の増幅率を、他の撮像素子により撮像された画像の信号値の増幅率よりも高くする場合と比較して、ノイズ成分が増幅されてしまうといったこともない。

画像取得部６０は、ＣＭＯＳセンサ４１により撮像された画像（以下、第１青色画像）と、ＣＭＯＳセンサ４２により撮像された画像（以下、第２青色画像）と、ＣＭＯＳセンサ４３により撮像された画像（以下、緑色画像）と、ＣＭＯＳセンサ４４により撮像された画像（以下、赤色画像）と、を取得する。これにより、画像取得部６０は、特定の生体情報の算出に必要な画像を取得する。特定の生体情報とは、酸素飽和度、血管の深さ、もしくは、血管の密度等、または、被写体を撮像した画像を用いて演算等することによって得るその他の情報である。本実施形態においては、特定の生体情報とは、酸素飽和度である。

画像処理部６１は、画像取得部６０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に、相関関係記憶部６８と、酸素飽和度算出部７０と、が設けられている。相関関係記憶部６８には、画像取得部６０が取得した画像の信号値及び/または信号値の比と、酸素飽和度との相関関係を示す相関関係情報が記憶されている。酸素飽和度算出部７０は、相関関係記憶部６８から相関関係情報を読み出し、相関関係情報を用いて酸素飽和度を算出する。

また、画像処理部６１は、例えば、第１青色画像と、第２青色画像と、緑色画像と、赤色画像とを用いて、被写体に白色光を照射した場合に視認される画像と同等の画像、いわゆる白色画像を生成する。そして、画像処理部６１は、白色画像を、酸素飽和度算出部７０が算出した酸素飽和度の値を用いて色付けすることにより、表示用の画像として、酸素飽和度の値を色で表す酸素飽和度画像を生成する。

表示制御部６６は、画像処理部６１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に酸素飽和度画像が表示される。

［第２実施形態］
上記第１実施形態は、図２に示すスペクトルの照明光を被写体に照射する例で説明をしている。これに対し、第２実施形態では、図１４に示すスペクトルの照明光を発光するキセノンランプを光源として用い、さらに、光学フィルタにより４２５ｎｍ以下の光をカットして、図１５に示すスペクトルの照明光を被写体に照射する。なお、キセノンランプのように白色光を発光する光源に加えて、補助的な光源を設けてもよい。この場合、例えば、第１実施形態で説明した第１ＬＥＤ及び／または第２ＬＥＤを設けるといったように、特定の生体情報の取得に特化した特定の波長帯域の光を発光する補助光源を設けることが好ましい。

第２実施形態においては、ダイクロイックミラー３１（図４、及び図５参照）に反射された、図１６に示すスペクトルの第１青色光がＣＭＯＳセンサ４１（図４参照）に入射する。また、ダイクロイックミラー３２（図４、及び図６参照）に反射された、図１７に示すスペクトルの第２青色光がＣＭＯＳセンサ４２（図４参照）に入射する。さらに、ダイクロイックミラー３３（図４、及び図７参照）に反射された、図１８に示すスペクトルの緑色光がＣＭＯＳセンサ４３（図４参照）に入射し、ダイクロイックミラー３３を透過した、図１９に示すスペクトルの赤色光がＣＭＯＳセンサ４４（図４参照）に入射する。

この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、第２青色光が低下する（図１５、及び図１７参照）。このため、第２実施形態においても、制御部５９が、ＣＭＯＳセンサ４２の露光期間Ｔ２を、ＣＭＯＳセンサ４１、４３、及び４４の露光期間Ｔ１、Ｔ３、及びＴ４よりも長くする（図１３参照）。こうすることで、第１実施形態と同様に、生体情報をより精度良く取得できる。

なお、第１、及び第２実施形態では、第１青色光と第２青色光とのうち第２青色光の光量が低下する例で説明をしたが、用いるダイクロイックミラーの特性等によっては第１青色光の光量が低下する構成となる場合もある。このような場合には、第１青色光の撮像を行う撮像素子の露光期間（第１、及び第２実施形態では、ＣＭＯＳセンサ４１の露光期間Ｔ１）を、他の撮像素子の露光期間（第１、及び第２実施形態では、ＣＭＯＳセンサ４２、４３、及び４４の露光期間Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４）よりも長くすればよい。また、用いるダイクロイックミラーの特性等によっては、第１青色光と第２青色光との両方の光量が低下する構成となる場合もある。このような場合には、露光期間Ｔ１、及びＴ２の両方を、露光期間Ｔ３、及びＴ４よりも長くすればよい。もちろん露光期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４は、それぞれ独立して設定できるので、例えば、「Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＝Ｔ４」を満たすように各露光期間を制御してもよい。

さらに、用いるダイクロイックミラーの特性等によっては、第１青色光及び／または第２青色光の光量の低下が大きく、予め設定されたフレームレート（ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４の全てに共通のフレームレートであり、第１、及び第２実施形態では、６０ｆｐｓ（１フレームあたり６０分の１秒））の範囲内で露光期間を最大としても露光期間が十分とは言い難い場合もある。このような場合には、図２０に示すように、露光期間を長くできるようにフレームレートを変更してもよい。この場合、フレームレートを、ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４の露光期間のうち最大の露光期間よりも長く設定すればよい。例えば、ＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４の露光期間のうち最大の露光期間が３０分の１秒である場合には、フレームレートを３０ｆｐｓ以下へと変更すればよい。なお、フレームレートの変更は、制御部５９が行えばよい。また、このようにフレームレートを変更した場合には、制御部５９を通知部として機能させ、この旨をモニタ１８等に表示するなどしてユーザーに報知（通知）することが好ましい。

［第３実施形態］
上記第１、及び第２実施形態は、被写体からの反射光を、４４５ｎｍを含む波長帯域の光である第１青色光と、４７３ｎｍを含む波長帯域の光である第２青色光と、緑色光と、赤色光と、の４つに分光している。これに対し、第３実施形態では、被写体からの反射光を、青色光と、５４０ｎｍを含む波長帯域の光である緑色光と、６００ｎｍ（第１波長）を含む波長帯域（第１波長帯域）の光である第１赤色光と、６３０ｎｍ（第２波長）を含む波長帯域（第２波長帯域）の光である第２赤色光とに分光する。このように、第３実施形態では、分光される光のうち、近接する（第１波長と第２波長との波長差が３０ｎｍ以内である）波長帯域の光が第１赤色光と第２赤色光である。赤色光（第１赤色光、及び第２赤色光等）は、青色光（第１青色光、及び第２青色光等）と比較して長波長であり、青色光よりも奥（被写体のより深層部）まで到達する性質を有する。つまり、青色光は被写体の表層部の生体情報の取得に適しているのに対し、赤色光は被写体の深層部の生体情報の取得に適している。

第３実施形態では、光源として第２実施形態と同様のスペクトルの照明光を発光するキセノンランプを用いている（図１４参照）。また、第３実施形態では、波長と透過率との関係が図２１に示す関係となる光学フィルタにより、図２２に示すスペクトルの照明光を被写体に照射している。

また、第３実施形態では、ダイクロイックミラー３１（図４参照）として、４６９ｎｍの反射率が１００％で透過率が０％であり、４９４ｎｍの反射率が０％で透過率が１００％であり、４６９ｎｍから４９４ｎｍの間は、反射率が波長に反比例して低下し、透過率が波長に比例して増加する特性を有するものを用いている。これにより、４９４ｎｍ未満の光が青色光としてＣＭＯＳセンサ４１に入射する。なお、第３実施形態では、青色光に該当する照明光を光学フィルタによりカットする構成（図２１、図２２参照）であるため、ＣＭＯＳセンサ４１に入射する光が存在しないが、光学フィルタを廃止、または、特性を変更するなどして、青色光がＣＭＯＳセンサ４１に入射する構成としてもよい。すなわち、後述する緑色光、第１赤色光、及び、第２赤色光だけでなく、青色光も用いて生体情報を取得してもよい。

ダイクロイックミラー３１を透過した光（緑色光、第１赤色光、及び第２赤色光）は、ダイクロイックミラー３２（図４参照）に入射する。図２３に示すように、第３実施形態では、ダイクロイックミラー３２として、５６２ｎｍの反射率が１００％で透過率が０％であり、５８７ｎｍの反射率が０％で透過率が１００％であり、５６２ｎｍから５８７ｎｍの間は、反射率が波長に反比例して低下し、透過率が波長に比例して増加する特性を有するものを用いている。これにより、図２４に示すように、４６９ｎｍより大きく５８７ｎｍ未満の光が緑色光としてＣＭＯＳセンサ４２に入射する。

ダイクロイックミラー３２を透過した光（第１赤色光、及び第２赤色光）は、ダイクロイックミラー３３（図４参照）に入射する。図２５に示すように、第３実施形態では、ダイクロイックミラー３３として、６０４ｎｍの反射率が１００％で透過率が０％であり、６２９ｎｍの反射率が０％で透過率が１００％であり、６０４ｎｍから６２９ｎｍの間は、反射率が波長に反比例して低下し、透過率が波長に比例して増加する特性を有するものを用いている。これにより、図２６に示すように、５６２ｎｍより大きく６２９ｎｍ未満の光が第１赤色光としてＣＭＯＳセンサ４３に入射する。また、図２７に示すように、６０４ｎｍより大きい光が第２赤色光としてＣＭＯＳセンサ４３に入射する。

この第３実施形態では、第２赤色光の光量が低下する（図２２、及び図２７参照）。このため、第３実施形態においては、制御部５９が、ＣＭＯＳセンサ４４の露光期間Ｔ４を、ＣＭＯＳセンサ４１、４２、及び４３の露光期間Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３よりも長くする。こうすることで、生体情報をより精度良く取得できる。

なお、上記実施形態では、４つの撮像素子を備えたカメラヘッドを用いる例で説明をしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２８、または図２９に示すように、２つの撮像素子を備えたカメラヘッド１００、または１１０を用いてもよい。なお、図２８以降の図面を用いた説明では、前述した実施形態と同様の部材については、同様の符号を付して説明を省略している。

図２８において、カメラヘッド１００は、ダイクロイックミラー３１として、図５に示す特性を有するものを用いている。そして、図２８の例では、光源が第１青色光と第２青色光とを発光し、この光源により照明された被写体からの反射光をダイクロイックミラー３１により第１青色光と第２青色光とに分光し、第１青色光についてはＣＭＯＳセンサ４１で撮像し、第２青色光についてはＣＭＯＳセンサ４２で撮像している。このようなカメラヘッド１００を用いた場合についても上記実施形態と同様に、ＣＭＯＳセンサ４１、及び４２のいずれか一方（入射光量が低下する方）の露光期間を長くすればよい。

他方、図２９において、カメラヘッド１１０は、分光素子１１２と、撮像素子１１４、及び１１６とを備えている。分光素子１１２は、被写体からの反射光のうち、特定波長帯域の光を分光するために設けられ、例えば、特定波長帯域の光を反射するダイクロイックミラー、または、特定波長帯域の光の一部を反射するハーフミラーである。撮像素子１１４、及び１１６は、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサなどであり、撮像素子１１４は、カラーフィルタを備えないモノクロセンサ、すなわち、前述したＣＭＯＳセンサ４１、４２、４３、及び４４と同様のセンサである。これに対し、撮像素子１１６は、カラーフィルタ１１８を備えている。カラーフィルタ１１８としては、例えば、原色系のカラーフィルタを用いることができる。原色系のカラーフィルタは、撮像素子１１６のＢ画素（青色画素）に相当する位置に青色カラーフィルタ、Ｇ画素（緑色画素）に相当する位置に緑色カラーフィルタ、また、Ｒ画素（赤色画素）に相当する位置に赤色カラーフィルタが設けられたものである。このように、カラーフィルタ１１８を有することで、１つの撮像素子１１６による１回の撮像で、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。もちろん、カラーフィルタ１１８として、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、及びＣ（シアン）の３つのカラーフィルタからなる補色系のカラーフィルタを用いてもよい。このようなカメラヘッド１１０を用いた場合についても上記実施形態と同様に、撮像素子１１４と撮像素子１１６とのいずれか一方（入射光量が低下する方）の露光期間を長くすればよい。

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、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７０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７０は、その画像を生成するために画像の信号値及び／または信号値の比を用いて必要な演算をする演算部とできる。

また、上記実施形態等においては、全ての撮像素子について共通のフレームレートで撮像を行う例で説明をしているが、本発明はこれに限定されない。撮像素子毎にフレームレートを異ならせてもよい。

この他、図３０に示すように、内視鏡システム１０のうち画像処理部６１及び／または制御部５９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３１に示すように、内視鏡システム１０のうち画像処理部６１及び／または制御部５９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で撮像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３２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及び／または制御部５９の一部または全部を設けることができる。

１０ 内視鏡システム
１２ 内視鏡
１４ 光源装置
１５、１００、１１０ カメラヘッド
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
２４ ライトガイド
３１、３２、３３ ダイクロイックミラー（分光素子）
４１、４２、４３、４４ ＣＭＯＳセンサ（撮像素子）
４６ 反射される光の波長と反射率との関係を示す線
４８ 透過する光の波長と透過率との関係を示す線
５１ 中心波長が４４５ｎｍの光のスペクトル
５２ 中心波長が４７３ｎｍの光のスペクトル
５３Ａ、５３Ｂ 領域
５９ 制御部（撮像制御部）
６０ 画像取得部
６１ 画像処理部
６６ 表示制御部
６８ 相関関係記憶部
７０ 酸素飽和度算出部
１１２ 分光素子
１１４、１１６ 撮像素子
１１８ カラーフィルタ
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 第Ｎ検査装置
７２６ ネットワーク
７３０ 医療業務支援装置
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ 露光期間

Claims (11)

1. 被写体を照明し、被写体からの反射光を撮像する内視鏡システムにおいて、
   前記反射光を、複数の波長帯域の光に分光する分光素子と、
   前記分光素子により分光された複数の波長帯域の光の各々が入射する複数の撮像素子と、
   前記複数の撮像素子の露光期間を、前記撮像素子毎に制御して撮像を行う撮像制御部と、を備え、
   前記撮像素子に、第1波長を含む第1波長帯域の光が入射する第１撮像素子と、前記第1波長と中心波長の波長差が３０ｎｍ以内の第２波長を含む第２波長帯域の光が入射する第２撮像素子と、が含まれ、
   前記第１、第２波長帯域には、重複部分が存在し、
   前記第１、第２撮像素子のうち、前記分光により入射光量が減少する一方の撮像素子の露光期間が他方の撮像素子の露光期間よりも長い内視鏡システム。
2. 前記第１波長帯域の光として第１青色光が前記第１撮像素子に入射し、前記第１撮像素子により第１青色画像が撮像され、
   前記第２波長帯域の光として第２青色光が前記第２撮像素子に入射し、前記第２撮像素子により第２青色画像が撮像される請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記第１波長が４４５ｎｍであり、前記第２波長が４７３ｎｍである請求項２記載の内視鏡システム。
4. 前記第１青色画像と前記第２青色画像とを用いて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部を備えた請求項２または３記載の内視鏡システム。
5. 前記第１波長帯域の光として第１赤色光が前記第１撮像素子に入射し、前記第１撮像素子により第１赤色画像が撮像され、
   前記第２波長帯域の光として第２赤色光が前記第２撮像素子に入射し、前記第２撮像素子により第２赤色画像が撮像される請求項１記載の内視鏡システム。
6. 前記第１波長が６００ｎｍであり、前記第２波長が６３０ｎｍである請求項５記載の内視鏡システム。
7. 前記第１赤色画像と前記第２赤色画像とを用いて生体情報を算出する生体情報算出部を備えた請求項５または６記載の内視鏡システム。
8. 前記撮像素子として、第１撮像素子と、第２撮像素子と、が設けられ、
   前記分光素子により、前記反射光から特定波長を含む第１波長帯域の光を分光し、
   前記第１波長帯域の光が前記第１撮像素子に入射し、残りの光が前記第２撮像素子に入射する請求項１記載の内視鏡システム。
9. 前記撮像制御部は、全ての撮像素子について、共通のフレームレートで連続して撮像を行う請求項１～８のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
10. 前記撮像制御部は、前記フレームレートよりも長い露光期間で撮像を行う撮像素子が存在する場合に、全ての撮像素子について、前記フレームレートを前記露光期間のうち最長の期間よりも長く変更する請求項９記載の内視鏡システム。
11. 前記フレームレートの変更が行われた場合に、その旨を通知する通知部を備えた請求項１０記載の内視鏡システム。

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