JPWO2014156937A1 - 画像処理装置及び内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Abstract

萎縮性胃炎による胃の萎縮時に起こり得る粘膜等の色の変化を強調することができる画像処理装置及び内視鏡システムの作動方法を提供する。Ｂ画像信号とＧ画像信号間の第１信号比（-log(B/G)）を算出し、Ｇ画像信号とＲ画像信号間の第２信号比（-log(G/R)）を算出する。第１範囲内の第１及び第２信号比と、特定範囲内の第１及び第２信号比との差を拡大して、正常粘膜と異常領域（萎縮粘膜領域、深層血管領域）との色差を強調する処理を行う。ＲＧＢ画像信号のうち少なくとも１色の画像信号が狭帯域画像信号である場合の正常粘膜と異常領域との色差は、ＲＧＢ画像信号が全て広帯域画像信号である場合の色差よりも大きい。

Description

本発明は、萎縮性胃炎の診断時に用いる画像を処理する画像処理装置及び内視鏡システムの作動方法に関する。

医療分野においては、光源装置、電子内視鏡、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。また、最近の内視鏡システムにおいては、電子内視鏡に組み込む撮像素子の高感度化や高画素化などハイビジョンシステムによる高解像度化によって、従来の画質を超える高精度な画像を表示できるようになってきている。これにより、微細な血管や粘膜の小さな病変でも極めてリアルに描写することができる。

このようなハイビジョン化によって、病変部の形状や大きさが明瞭化するため、病変部の検出を容易にすることができる。しかしながら、ドクターは、病変部の形状や大きさだけでなく、粘膜のわずかな色の違いからも病変部を見つけ出している。例えば、赤味を帯びているものの粘膜との色の違いが僅かである部分については、早期病変部として検出している。このような僅かに赤味を帯びた部分については、ハイビジョン化して単に解像度だけ上げても、見つけ出すことができない場合がある。

そこで、特許文献１では、赤味の部分はより赤く、白いところは白くする色彩強調処理を施すことによって、病変部の境界を目立たせることが行われている。この色彩強調処理を行うことで、ハイビジョン化だけでは検出できない病変部を見つけ出すことができる。

特許３２２８６２７号公報

近年では、萎縮性胃炎の状態から胃癌などの胃の病変部を検出することが行われている。これは、以下に示すような萎縮性胃炎と胃の病変部との関係性を利用するものである。図２６（Ａ）に示すような正常な胃粘膜構造の場合には、表面の粘膜層は厚みを帯びているため、この粘膜層で大部分の光が吸収・反射する。そのため、図２６（Ｂ）に示すように、正常な胃粘膜下層内の血管は、内視鏡画像上ではほとんど観察することができない。

これに対して、図２７（Ａ）に示すように、萎縮性胃炎が進行した胃粘膜構造の場合には、胃腺細胞の減少により粘膜層は薄くなっている。このような萎縮性胃炎の進行に伴う胃粘膜内部構造の変化は、内視鏡画像上では、下記（A）及び（B）のような変化として現れる。
（A）白に近い色の粘膜筋板が透けて見えることになり、萎縮粘膜部の色は正常部より退色した色になる。
（B）萎縮粘膜部では、萎縮に伴って粘膜層が薄くなるにつれて、粘膜下層の血管が透見されるようになる（図２７（Ｂ）参照）。
したがって、萎縮性胃炎に基づく胃病変部の診断においては、上記２つの特徴（A）、（B）を利用して、萎縮の進行度の判断や、正常部と胃炎部との境界の判別を行っている。

ここで、萎縮が高度に進んだ場合（例えば、ＡＢＣ検診でＣ群やＤ群に含まれる萎縮の場合）には、内視鏡画像上で上記２つの特徴（A）、（B）について明確に観察することができる。しかしながら、萎縮があまり進行していないなど萎縮進行中の場合（例えば、ＡＢＣ検診でＢ群やＣ群に含まれる萎縮の場合）には、内視鏡画像上での萎縮部と正常部との差は僅かであり、萎縮の進行度の判断や、正常部と胃炎部との境界の判別は困難な場合がある。したがって、内視鏡画像上において上記２つの特徴（A）、（B）を明確にして、正常部と胃炎部の境界を明瞭化することが求められている。

これに関して、特許文献１の方法の適用が考えられるが、この特許文献１の方法は、赤味を帯びた部分について更に赤味が増すように強調するものであるため、上記のような胃の萎縮に伴う粘膜の色の変化を強調したり、さらには、胃の萎縮に伴って透見する粘膜下層の血管を強調表示することはできない。

本発明は、萎縮性胃炎による胃の萎縮時に起こり得る粘膜等の色の変化を強調することができる画像処理装置及び内視鏡システムの作動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像処理装置は、画像信号入力部と、信号比算出部と、色差強調部と、表示部とを備えている。画像信号入力部は、３色の画像信号を入力する。信号比算出部は、３色の画像信号に基づいて、所定の２色の画像信号間の第１信号比と、第１信号比と異なる２色の画像信号間の第２信号比を算出する。色差強調部は、第１範囲内の第１及び第２信号比と、第１範囲と異なる特定範囲内の第１及び第２信号比との差を拡張する拡張処理を行う。表示部は、拡張処理が施された第１及び第２信号比に基づいて、観察対象上の正常粘膜と異常領域との色差を強調した画像を表示する。表示部においては、３色の画像信号のうち少なくとも１色の画像信号が狭帯域画像信号である場合の色差は、３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合の色差よりも大きい。

正常粘膜と異常領域との色差は、正常粘膜と異常領域の反射濃度の差に基づく色差と、色差強調部による色差強調に基づく色差とからなり、３色の画像信号のうち少なくとも１色の画像信号が狭帯域画像信号である場合における正常粘膜と異常領域の反射濃度の差は、３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合よりも大きいことが好ましい。正常粘膜と異常領域の反射濃度の差は、狭帯域画像信号に対応する波長帯域が短波長ほど、大きくなることが好ましい。

異常領域には、萎縮粘膜を含む退色調粘膜、退色調粘膜下の血管領域、ＢＡ（Brownish Area）領域、軽度の発赤領域の少なくとも１つが含まれることが好ましい。狭帯域画像信号は、血液に対する光吸収が高い狭帯域光で照明された検体を撮像して得られることが好ましい。狭帯域画像信号は、血液に対する光吸収が高い青色狭帯域光で照明された検体を撮像して得られる青色狭帯域画像信号、又は血液に対する光吸収が高い緑色狭帯域光で照明された検体を撮像して得られる緑色狭帯域画像信号であることが好ましい。

拡張処理は、第１の範囲内の第１及び第２信号比と特定範囲内の第１及び第２信号比との動径差又は偏角差を拡張する処理であることが好ましい。拡張処理は、第１範囲の第１及び第２信号比を維持した状態で、第１範囲の第１及び第２信号比と特定範囲の第１及び第２信号比との差を拡張し、表示部は、正常粘膜の色を維持した画像を表示することが好ましい。第１範囲内にある第１及び第２信号比の平均値を算出する平均値算出部を有し、色差強調部は、平均値と特定範囲内にある第１及び第２信号比の差を拡張することが好ましい。第１範囲及び特定範囲のうち高輝度エリア又は低輝度エリアについては、色差の強調を抑制する抑制処理を行うことが好ましい。第１信号比は狭帯域画像信号であるB画像信号とG画像信号間のB／G比であり、第２信号比はG画像信号とR画像信号間のG／R比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、画像信号入力ステップと、信号比算出ステップと、色差強調ステップと、表示ステップとを有する。画像信号入力ステップでは、画像信号入力部が、３色の画像信号を入力する。信号比算出ステップでは、信号比算出部が、前記３色の画像信号に基づいて、所定の２色の画像信号間の第１信号比と、第１信号比と異なる２色の画像信号間の第２信号比を算出する。色差強調ステップでは、色差強調部が、第１範囲内の第１及び第２信号比と、第１範囲と異なる特定範囲内の第１及び第２信号比との差を拡張する拡張処理を行う。表示ステップでは、表示部が、拡張処理が施された第１及び第２信号比に基づいて、観察対象上の正常粘膜と異常領域との色差を強調した画像を表示する。表示部においては、３色の画像信号のうち少なくとも１色の画像信号が狭帯域画像信号である場合の色差は、３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合の色差よりも大きい。

本発明によれば、萎縮性胃炎による胃の萎縮時に起こり得る粘膜等の色の変化を強調することができる。

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機能を示すブロック図である。 白色光の分光強度を示すグラフである。 特殊光の分光強度を示すグラフである。 異常領域強調部の内部構成を示すブロック図である。 第１〜第５範囲の位置関係を示すグラフである。 特殊光（青色レーザ光の発光強度が青紫色レーザ光の発光強度よりも大きい）照明時に得られる第１及び第２信号比の分布を示す実測データを示すグラフである。 色差強調処理前の二次元空間（縦軸（-log(B/G)）、横軸（-log(G/R)））での第２範囲及び第３範囲の位置を示す説明図である。 色差強調処理後の二次元空間上での第２範囲及び第３範囲の位置を示す説明図である。 二次元空間と色度との関係、及び萎縮性胃炎の進行に伴う第１及び第２信号比の分布の変化を示す説明図である。 萎縮性胃炎の診断における一連の流れを示すフローチャートである。 青色狭帯域光を含む特殊光を用いた場合の異常領域と青色広帯域光を含む照明光を用いた場合の二次元空間上での第１〜第５範囲の位置関係を示す説明図である。 反射濃度と吸収体の吸収係数及び分布密度との関係を示すグラフである。 ヘモグロビンの吸光係数の分布を示すグラフである。 ＢＡ領域の反射濃度分布を表すグラフである。 粘膜層内の血液密度が表層で局所的に高くなるＢＡを示す説明図である。 狭帯域B光を用いた場合の第４範囲と広帯域B光を用いた場合の第４範囲の二次元空間上での位置関係を示す説明図である。 発赤領域の反射濃度分布を表すグラフである。 粘膜層内の血液密度が粘膜全体で局所的に高くなる発赤を示す説明図である。 狭帯域B光を用いた場合の第５範囲と広帯域B光を用いた場合の第５範囲の二次元空間上での位置関係を示す説明図である。 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実施形態の特殊光画像処理部の機能を示すブロック図である。 第１範囲、第２範囲、第３範囲の動径を示す説明図である。 第１範囲、第４範囲、第５範囲の動径を示す説明図である。 動径ｒと動径Ｅｒとの関係を示すグラフである。 第１範囲、第２範囲、第３範囲の偏角を示す説明図である。 第１範囲、第４範囲、第５範囲の偏角を示す説明図である。 偏角θと偏角Ｅθとの関係を示すグラフである。 （Ａ）は正常粘膜における粘膜構造の断面図であり、（Ｂ）は正常粘膜を表層側から見た場合の平面図である。 （Ａ）は萎縮性胃炎時における粘膜構造（胃腺細胞の減少、又は胃組織と腸、繊維組織との置換により胃粘膜層が薄くなっている）の断面図であり、（Ｂ）は萎縮性胃炎時における粘膜を表層側から見た場合の平面図である。

［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と、モニタ１８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、検体内に挿入される挿入部２１と、挿入部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る湾曲部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。この湾曲動作に伴って、先端部２４が所望の方向に向けられる。

また、操作部２２には、アングルノブ２２aの他、モード切替SW２２ｂと、ズーム操作部２２ｃが設けられている。モード切替SW２２ｂは、通常観察モードと、特殊観察モードの２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、検体内の照明に白色光を用いるモードである。特殊観察モードは、検体内の照明に青味を帯びた特殊光を用いるモードであり、萎縮性胃炎による胃の萎縮時に起こり得る粘膜の色の変化や血管の透見を強調するモードである。ズーム操作部２２ｃは、内視鏡１２内のズーミングレンズ４７（図２参照）を駆動させて、検体を拡大させるズーム操作に用いられる。なお、特殊観察モードでは、特殊光に代えて、白色光を用いてもよい。

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、画像情報等を出力表示する。コンソール２０は、機能設定等の入力操作を受け付けるUI（ユーザーインターフェース）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、光源装置１４は、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光を発する青色レーザ光源（４４５ＬＤ）３４と、中心波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を発する青紫色レーザ光源（４０５ＬＤ）３６とを発光源として備えている。これら各光源３４、３６の半導体発光素子からの発光は、光源制御部４０により個別に制御されており、青色レーザ光源３４の出射光と、青紫色レーザ光源３６の出射光の光量比は変更自在になっている。光源制御部４０は、通常観察モードの場合には、主として青色レーザ光源３４を駆動させ、青紫色レーザ光をわずかに発光するように制御している。なお、この通常観察モードの場合に、青紫色レーザ光源３６を駆動してもよい。ただし、この場合には、青紫色レーザ光源３６の発光強度を低く抑えることが好ましい。

これに対して、特殊観察モードの場合には、青色レーザ光源３４と青紫色レーザ光源３６の両方を駆動させるとともに、青色レーザ光の発光比率を青紫色レーザ光の発光比率よりも大きくなるように制御している。なお、青色レーザ光又は青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、青色レーザ光源３４及び青紫色レーザ光源３６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よい。

これら各光源３４、３６から出射されるレーザ光は、集光レンズ、光ファイバ、合波器などの光学部材（いずれも図示せず）を介して、ライトガイド（ＬＧ）４１に入射する。ライトガイド４１は、光源装置１４、内視鏡１２、及びユニバーサルコード（内視鏡１２と光源装置とを接続するためのコード（図示せず））内に内蔵されている。中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光又は中心波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光は、ライトガイド４１を介して、内視鏡１２の先端部２４まで伝搬される。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、ライトガイド４１からの中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光又は中心波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光が入射する蛍光体４４と、照明レンズ４５が設けられている。蛍光体４４に、青色レーザ光が照射されることで、蛍光体４４から蛍光が発せられる。また、一部の青色レーザ光は、そのまま蛍光体４４を透過する。青紫色レーザ光は、蛍光体４４を励起させることなく透過する。蛍光体４４を出射した光は、照明レンズ４５を介して、検体内に照射される。

ここで、通常観察モードにおいては、主として青色レーザ光が蛍光体４４に入射するため、図３A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４４から励起発光する蛍光を合波した白色光が、検体内に照射される。一方、特殊観察モードにおいては、青紫色レーザ光と青色レーザ光の両方が蛍光体４４に入射するため、図３Bに示すような、青紫色レーザ光、青色レーザ光、及び青色レーザ光により蛍光体４４から励起発光する蛍光を合波した特殊光が、検体内に照射される。この特殊観察モードでは、青色成分に発光強度が高い青色レーザ光に加えて、青紫色レーザ光が含まれているため、特殊光は、青色成分を多く含み且つ波長範囲がほぼ可視光全域に及ぶ広帯域光となっている。

なお、蛍光体４４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ＹＡＧ系蛍光体、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）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。本構成例のように、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。

図２に示すように、内視鏡１２の撮像光学系２４ｂは、撮像レンズ４６、ズーミングレンズ４７、撮像センサ４８を有している。検体からの反射光は、撮像レンズ４６及びズーミングレンズ４７を介して、撮像センサ４８に入射する。これにより、撮像センサ４８に検体の反射像が結像される。ズーミングレンズ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。ズーミングレンズ４７がワイド端側に移動すると検体の反射像が縮小する一方で、テレ端側に移動することで、検体の反射像が拡大する。

撮像センサ４８はカラーのイメージセンサであり、検体の反射像を撮像して画像信号を出力する。なお、撮像センサ４８は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等であることが好ましい。本発明で用いられるイメージセンサは、撮像面にＲＧＢカラーフィルタが設けられたＲＧＢｃｈを有するＲＧＢイメージセンサであり、各ｃｈで光電変換をすることによって、Ｒ（赤）のカラーフィルタが設けられたＲ画素からＲ画像信号を出力し、Ｇ（緑）のカラーフィルタが設けられたＧ画素からＧ画像信号を出力し、Ｂ（青）のカラーフィルタが設けられたＢ画素からＢ画像信号を出力する。

なお、撮像センサ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（緑）のＣＭＹＧフィルタを備えたイメージセンサであっても良い。ＣＭＹＧフィルタを備えたイメージセンサの場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号から色変換によってＲＧＢの３色の画像信号を得ることができる。この場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号からＲＧＢの３色の画像信号に色変換する色変換手段を、内視鏡１２、光源装置１４又はプロセッサ装置１６のいずれかに備えている必要がある。

撮像センサ４８から出力される画像信号は、ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０に送信される。ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０は、アナログ信号である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、ガンマ変換部５１でガンマ変換が施される。これにより、モニタ１８などの出力デバイスに適した階調を有する画像信号が得られる。このガンマ変換後の画像信号は、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）５２により、デジタル画像信号に変換される。Ａ／Ｄ変換されたデジタル画像信号は、プロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、受信部５４と、画像処理切替部６０と、通常光画像処理部６２と、特殊光画像処理部６４と、画像表示信号生成部６６とを備えている。受信部５４は内視鏡１２からのデジタル画像信号を受信する。この受信部５４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６とノイズ除去部５８を備えている。ＤＳＰ５６は、デジタル画像信号に対してガンマ補正、色補正処理を行う。ノイズ除去部５８は、ＤＳＰ５６でガンマ補正等が施されたデジタル画像信号に対してノイズ除去処理（例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等）を施すことによって、デジタル画像信号からノイズを除去する。ノイズが除去されたデジタル画像信号は、画像処理切替部６０に送信される。なお、本発明の「画像信号入力部」は、受信部５４を含む構成に対応している。

画像処理切替部６０は、モード切替ＳＷ２２ｂにより通常観察モードにセットされている場合には、デジタル画像信号を通常光画像処理部６２に送信し、特殊観察モードに設定されている場合には、デジタル画像信号を特殊光画像処理部６４に送信する。

通常光画像処理部６２は、色変換部６８と、色彩強調部７０と、構造強調部７２とを有する。色変換部６８は、入力されたＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号を、それぞれＲ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データに割り付ける。これらＲＧＢの画像データに対しては、更に、３×３のマトリックス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ処理などの色変換処理を行い、色変換処理済ＲＧＢ画像データに変換する。

色彩強調部７０は、色変換済ＲＧＢ画像データに対して、各種色彩強調処理を施す。構造強調部７２は、色彩強調処理済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行う。構造強調部７２で構造強調処理が施されたＲＧＢ画像データは、通常光画像として通常光画像処理部６２から画像表示信号生成部６６に入力される。

特殊光画像処理部６４は、逆ガンマ変換部７６と、異常領域強調部７７と、構造強調部７８とを有する。逆ガンマ変換部７６は、入力されたＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号に対して逆ガンマ変換を施す。この逆ガンマ変換後のＲＧＢ画像信号は、検体からの反射率に対してリニアな反射率リニアＲＧＢ信号であるため、検体の各種生体情報（本実施形態で言えば、萎縮性胃炎に伴う色の変化等など胃の萎縮に関する情報）が多く含まれている。

異常領域強調部７７は、反射率リニアＲＧＢ信号に基づいて、正常粘膜領域と、胃癌などの病変部を含む可能性がある異常領域の色の差を強調する色差強調処理を行う。この異常領域強調部７７の詳細については後述する。構造強調部７８は、色差強調処理済みの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行う。構造強調部７８で構造強調処理が施されたＲＧＢ画像データは、特殊光画像として特殊光画像処理部６４から画像表示信号生成部６６に入力される。

画像表示信号生成部６６は、通常光画像処理部６２又は特殊光画像処理部６４から入力された通常光画像又は特殊光画像を、モニタ１８で表示可能画像として表示するための表示画像信号に変換する。この変換後の表示画像信号に基づいて、モニタ１８は、通常光画像又は特殊光画像を表示する。

図４に示すように、異常領域強調部７７は、信号比算出部８０と、色差強調部８２と、ＲＧＢ変換部８３と、ガンマ変換部８４とを備えている。信号比算出部８０は、反射率リニアＲＧＢ信号のうち、Ｂ信号とＧ信号間の第１信号比（-log(B/G)）を算出するとともに、Ｇ信号とＲ信号間の第２信号比（-log(G/R)）を算出する。これら第１及び第２信号比はそれぞれＧ信号、Ｒ信号で規格化されているため、観察対象からの距離や観察エリアの明るさなどによって影響を受けることは、ほとんどない。その一方で、第１及び第２信号比は、粘膜内の吸収成分（ヘモグロビン）の濃度の変化や粘膜内部構造の変化などに相関があるＢ信号とＧ信号をそれぞれ含んでいるため、吸収成分濃度や粘膜内部構造に変化が生じると大きく変動する。なお、上記Ｂ信号は撮像センサ４８のＢ画素から出力されるＢ画像信号に対応しており、上記Ｇ信号は撮像センサ４８のＧ画素から出力されるＧ画像信号に対応しており、上記Ｒ信号は撮像センサ４８のＲ画素から出力されるＲ画像信号に対応している。

例えば、第１信号比は血管深さ（粘膜の深さ方向における血管の位置）と相関があるため、深層血管のような太い血管がある部分の第１信号比は、深い位置にあるほど値が大きくなる一方、浅い位置にあるほど値が小さくなる。また、第１信号比及び第２信号比のいずれも、ヘモグロビンの吸収と相関があるため、光の吸収が強いほど値は大きくなる。

また、信号比算出部８０は、反射率リニアＲＧＢ信号のうち輝度値が上限値以上の高輝度エリアと下限値以下の高輝度・低輝度エリアを判別する高輝度・低輝度エリア判別部８０ａを備えている。高輝度・低輝度エリアにはノイズが多く含まれるため、この高輝度・低輝度エリアの信号を用いて第１又は第２信号比を算出した場合には、第１又は第２信号比が極めて大きくなって、ノイズが強調されるおそれがある。そのため、高輝度・低輝度エリア判別部８０ａで高輝度・低輝度エリアと判別された領域の強調処理については、後述するように、他のエリアと比べて、強調処理のレベルを抑制している。なお、反射率リニアＲＧＢ信号のうち反射光の光量に連動して変化するのはＲ信号であるので、Ｒ信号に基づいて高輝度・低輝度エリアを判別することが好ましい。

色差強調部８２は平均値算出部８２ａと、萎縮粘膜領域強調部８２ｂと、深層血管領域強調部８２ｃと、ＢＡ領域強調部８２ｄと、発赤領域強調部８２ｅとを備えている。この色差強調部８２では、図５の二次元空間（縦軸：第１信号比（-log(B/G)）、横軸：第２信号比（-log(G/R)））において、第１範囲の第１及び第２信号比と第２〜第５範囲の第１及び第２信号比との差を拡大することによって、観察領域上の正常粘膜と異常部位（萎縮粘膜、ＢＡ、発赤等）との色差を強調する。

第１範囲には、図６の実測データが示すように、正常粘膜がある部分の第１及び第２信号比が多く含まれており（図６では正常粘膜を「○」で表記）、この第１範囲は二次元空間上でほぼ中央に位置している。また、第２範囲には、萎縮粘膜がある部分の第１及び第２信号比が多く含まれており（図６では萎縮粘膜を「×」で表記）、この第２範囲は二次元空間上で第１範囲の斜め左下に位置している。第３範囲には、深層血管がある部分の第１及び第２信号比が多く含まれており（図６では深層血管を「□」で表記）、この第３範囲は第１範囲の右斜め下に位置している。第４範囲には、ＢＡがある部分の第１及び第２信号比が多く含まれており（図６ではＢＡを「◇」で表記）、この第４範囲は第１範囲の右斜め上に位置している。第５範囲には、発赤がある部分の第１及び第２信号比が多く含まれており（図６では発赤を「△」で表記）、この第５範囲は第１範囲の右側に位置している。なお、本発明の「特定範囲」には、少なくとも第２範囲、第３範囲、第４範囲、第５範囲が含まれる。

平均値算出部８２ａは、第１範囲内の第１及び第２信号比の平均値を算出する。そして、算出された平均値を極座標変換することによって、極座標変換済みの第１範囲平均値（rm、θm）を得る。

萎縮粘膜領域強調部８２ｂは、第２範囲内の第１及び第２信号比を極座標変換することにより、極座標変換済みの第２範囲信号（ri、θi）を得る。そして、図７に示す極座標変換済みの第１範囲平均値（rm、θm）と第２範囲信号（ri、θi）との間の動径差Δｒを拡張する第１拡張処理を行う。この第１拡張処理は、下記式（１）により、行われる。これにより、強調第２範囲信号（Eri、θi）が得られる。この強調第２範囲信号（Eri、θi）と第１範囲平均値（rm、θm）との動径差は、図８Ａに示すように、Δｒよりも大きいＥΔｒとなっている。
（１）：Eri=(ri−rm)・α＋rm （ただし、α≧１）

萎縮粘膜領域強調部８２ｂでの第１拡張処理は、図７、８に示すように、色相を維持した状態で、動径差Δｒを彩度が低くなる方向に拡張するものである。この第１拡張処理による色の変化は、図９に示すような、萎縮性胃炎の進行とともに、退色調になる粘膜の色の変化に合わせている。この図９では、進行２は進行１よりも萎縮性胃炎の進行が進んでいることを示しており、進行１の場合は正常粘膜領域との差が小さいのに対して、進行２の場合には、色相はほぼそのままで、彩度のみが低下することにより、正常粘膜領域との差が大きくなっていることが分かる。

したがって、強調第２範囲信号（Eri、θi）に基づいてモニタ１８上に表示される特殊光画像上では、萎縮粘膜領域が正常粘膜領域と異なる色で明瞭に表示されるとともに、萎縮粘膜領域の色は萎縮性胃炎時の粘膜の色とほぼ同等に表示される。これにより、正常粘膜領域と萎縮粘膜領域の境界の判別を確実に行うことができる。第１拡張処理は、正常粘膜領域と萎縮粘膜領域との色の差が僅かである場合（例えば、萎縮進行中で、ＡＢＣ検診でＢ群やＣ群に含まれるような場合）に、特に有効的である。

なお、正常粘膜領域と萎縮粘膜領域の色の差を更に強調する場合には、彩度方向の拡張（動径差の拡張）だけでなく、色相方向の拡張（偏角差の拡張）を行ってもよい。また、高輝度・低輝度エリアについては、αの値を小さくして拡張を抑制する。また、萎縮が高度に進んでいる場合には、式（１）のαの値が大きすぎると、萎縮粘膜領域の色が青味を帯びてくるので、この場合には、αの値を小さくすること（コンソール２０による操作で調整）で、萎縮粘膜領域の色を実際の萎縮粘膜の色（退色調の色）に合わせることができる。

深層血管領域強調部８２ｃは、第３範囲内の第１及び第２信号比を極座標変換することにより、極座標変換済みの第３範囲信号（rv、θv）を得る。そして、図７に示す極座標変換済みの第１範囲平均値（rm、θm）と第３範囲信号（rv、θv）との間の偏角差Δθを拡張する第２拡張処理を行う。この第２拡張処理は、下記式（２）により、行われる。これにより、強調第３範囲信号（rv、Eθv）が得られる。この強調第３範囲信号（rv、Eθv）と第１範囲平均値（rm、θm）との偏角差は、図８に示すように、Δθよりも大きいＥΔθとなっている。
（２）：Eθv=(θv−θm)・β＋θm （ただし、β≧１）

深層血管領域強調部８２ｃでの第２拡張処理は、図７、８に示すように、彩度を維持した状態で、色相方向に偏角差Δθを拡張するものである。この第２拡張処理による色の変化は、図９に示すように、萎縮性胃炎の進行とともに、深層血管の色が顕在化してくる色の変化に合わせている。この図９では、進行２は進行１よりも萎縮性胃炎の進行が進んでいることを示しており、進行１の場合は正常粘膜領域との差が小さいのに対して、進行２の場合には、彩度はほぼそのままで、色相のみが変化することにより、正常粘膜領域との差が大きくなっていることが分かる。

したがって、強調第３範囲信号（rv、Eθv）に基づいてモニタ１８上に表示される特殊光画像上では、深層血管領域が正常粘膜領域と異なる色で明瞭に表示されるとともに、深層血管の色の顕在化により、深層血管が確実に透見するようになる。これにより、正常粘膜領域と深層血管領域の境界の判別を確実に行うことができる。第２拡張処理は、深層血管がそれほど透見していない場合（例えば、萎縮進行中で、ＡＢＣ検診でＢ群やＣ群に含まれるような場合）に、特に有効的である。

なお、正常粘膜領域と深層血管領域の色の差を更に強調する場合には、色相方向の拡張（偏角差の拡張）だけでなく、彩度方向の拡張（動径差の拡張）を行ってもよい。また、高輝度・低輝度エリアについては、βの値を小さくして拡張を抑制する。また、萎縮が高度に進んでいる場合には、式（２）のβの値が大きすぎると、深層血管領域の色がマゼンタ調になるので、この場合には、βの値を小さくすること（コンソール２０による操作で調整）で、深層血管領域の色を深層血管の色に合わせることができる。

ＢＡ領域強調部８２ｄは、第４範囲内の第１及び第２信号比を極座標変換することにより、極座標変換済みの第４範囲信号（rk、θk）を得る。そして、下記式（３）、（４）により、極座標変換済みの第１範囲平均値（rm、θm）と第４範囲信号（rk、θk）との間の動径差Δｒ、偏角差Δθを拡張する第３拡張処理を行う。これにより、動径差Δｒ、偏角差Δθが共に拡張された強調第４範囲信号（Erk、Eθk）が得られる。
（３）：Erk=(rk−rm)・α＋rm （ただし、α≧１）
（４）：Eθk=(θk−θm)・β＋θm （ただし、β≧１）

強調第４範囲信号（Erk、Eθk）に基づいてモニタ１８上に表示される特殊光画像上では、ＢＡ領域が正常粘膜領域と異なる色で明瞭に表示される。これにより、正常粘膜領域とＢＡ領域の境界の判別を確実に行うことができる。なお、ＢＡ領域強調部８２ｄでは、動径差Δｒ、偏角差Δθの両方を拡張することに代えて、動径差Δｒ、偏角差Δθのいずれか一方を拡張してもよい。また、高輝度・低輝度エリアについては、α、βの値を小さくして拡張を抑制する。

発赤領域強調部８２ｅは、第５範囲内の第１及び第２信号比を極座標変換することにより、極座標変換済みの第５範囲信号（rj、θj）を得る。そして、下記式（５）、（６）により、極座標変換済みの第１範囲平均値（rm、θm）と第５範囲信号（rj、θj）との間の動径差Δｒ、偏角差Δθを拡張する第４拡張処理を行う。これにより、動径差Δｒ、偏角差Δθが共に拡張された強調第５範囲信号（Erj、Eθj）が得られる。
（５）：Erj=(rj−rm)・α＋rm （ただし、α≧１）
（６）：Eθj=(θj−θm)・β＋θm （ただし、β≧１）

強調第５範囲信号（Erj、Eθj）に基づいてモニタ１８上に表示される特殊光画像上では、発赤領域が正常粘膜領域と異なる色で明瞭に表示される。これにより、正常粘膜領域と発赤領域の境界の判別を確実に行うことができる。なお、発赤領域強調部８２eでは、動径差Δｒ、偏角差Δθの両方を拡張することに代えて、動径差Δｒ、偏角差Δθのいずれか一方を拡張してもよい。また、高輝度・低輝度エリアについては、α、βの値を小さくして拡張を抑制する。

ＲＧＢ変換部８３は、色差強調部８２で得られた色差強調信号（強調萎縮粘膜信号、強調深層血管信号、強調ＢＡ信号、強調発赤信号）を、ＲＧＢ画像データに再変換する。このＲＧＢ変換部８３では、極座標空間の値で表現された色差強調信号を、ＲＧＢの値に変換する処理が行われる。ガンマ変換部８４は、色差強調済みのＲＧＢ画像データに対してガンマ変換を施す。これにより、モニタ１８などの出力デバイスに適した階調を有する色差強調済みのＲＧＢ画像データが得られる。

次に、本実施形態における一連の流れを図１０のフローチャートに沿って説明する。まず、通常観察モードにセットし、内視鏡１２の挿入部２１を検体内に挿入する。挿入部２１の先端部２４が胃に到達したら、萎縮性胃炎が起こっているかどうかを診断する。ここで、通常光画像から、粘膜が退色調になっており、または、樹枝状の深層血管が透見している部位と透見していな部位の境界（内視鏡的腺境界と呼ぶ）を読み取ることができた場合には、ドクターは、萎縮性胃炎により胃癌などの病変が発生している病的所見と判断する（木村・竹本分類による判断手法）。なお、このような胃癌は、ピロリ菌の感染による胃粘膜の萎縮により発生することも分かっている。

一方、通常光画像からは、退色調の粘膜、または、内視鏡的腺境界の存在を読み取ることができなかった場合には、更に確実に診断を行うために、モード切替SW２２ｂを操作して、特殊観察モードに切り替える。この特殊観察モードの切り替えにより、青色レーザ光及び青紫色レーザ光の両方を含む特殊光が発光される。この特殊光発光時に得られるＲＧＢ画像信号から、第１及び第２信号比を算出する。

算出した第１及び第２信号比のうち、第１範囲内の第１及び第２信号比の平均値を求めるとともに、この第１範囲平均値を極座標変換する。また、第２〜第５範囲内の第１及び第２信号比を極座標変換して、極座標変換済みの第２〜第５範囲信号を得る。そして、極座標変換済みの第１範囲平均値と第２〜第５範囲信号との動径差又は偏角差を拡張する。これにより、正常粘膜と異常領域の色の差が強調された色差強調信号（強調第２範囲信号、強調第３範囲信号、強調第４範囲信号、強調第５範囲信号）が得られる。この色差強調信号に基づいて、モニタ１８に特殊光画像が表示される。

特殊光画像上では、胃の萎縮が全く無い場合には、粘膜は通常通りの色で表示される。この場合には、ドクターは、萎縮性胃炎による胃癌などの病変部の発生は無い正常所見と判断する。これに対して、胃の萎縮が僅かでも進んでいる場合には、萎縮粘膜の色は退色調で表示され、また、深層血管が透見して表示される。これにより、内視鏡的腺境界を明瞭に表示することができる。したがって、実際の胃の中は、萎縮粘膜の色はさほど退色調で表示されておらず、また、深層血管がそれほど透見していない場合であっても、ドクターは、萎縮性胃炎により胃癌などの病変が発生している病的所見と判断することができるようになる。

なお、上記実施形態では、特殊観察モードにおいて、粘膜の吸収物質に対して光吸収性が高い青色狭帯域成分（青色レーザ光及び青紫色レーザ光）を含む特殊光を用いているため、青色広帯域成分を含む照明光を用いた場合と比較して、以下示すような理由から、観察領域上の異常領域の中の萎縮粘膜、深層血管領域、ＢＡ領域と正常粘膜領域との色差は、大きくなっている。

図１１は、上記実施形態のように、青色狭帯域成分（青色レーザ光及び青紫色レーザ光）を含む特殊光を用いた場合の二次元空間上での第２〜第５範囲の位置と、青色広帯域成分（例えば、４００〜５２０nm）を含む照明光を用いた場合の二次元空間上での第１範囲の位置を示している。この図１１では、第２範囲Ｍｎは、青色狭帯域成分を含む特殊光を用いた場合に得られ、萎縮粘膜部分の信号を多く含む範囲を示している。第２範囲Ｍｂは、青色広帯域成分を含む照明光を用いた場合に得られ、萎縮粘膜部分の信号を多く含む範囲を示している。

また、第３範囲Ｖｎ、第４範囲Ｘｎ、第５範囲Ｙｎについては、青色狭帯域成分を含む特殊光を用いた場合に得られ、深層血管部分の信号、ＢＡ部分の信号、発赤部分の信号を多く含む範囲をそれぞれ示している。第３範囲Ｖｂ、第４範囲Ｘｂ、第５範囲Ｙｂについては、青色広帯域成分を含む照明光を用いた場合に得られ、深層血管部分の信号、ＢＡ部分の信号、発赤部分の信号を多く含む範囲をそれぞれ示している。

この図１１に示すように、第２範囲Ｍｎ、第３範囲Ｖｎ、第４範囲Ｘｎについては、第１範囲との差が大きいのに対して、第２範囲Ｍｂ、第３範囲Ｖｂ、第４範囲Ｘｂについては第１範囲と差があまりない。したがって、青色狭帯域成分を含む特殊光を用いることで、第１範囲と第２〜第４範囲Ｍｎ、Ｖｎ，Ｘｎとの差を十分に付けることができる。これに加えて、色差強調部８２での動径差又は偏角差の拡張により、更に第１範囲と第２〜第４範囲Ｍｎ、Ｖｎ，Ｘｎとの差が大きくなる。以上から、青色狭帯域成分を含む特殊光を用いた場合には、青色広帯域成分を含む照明光を用いた場合と比較して、青色狭帯域成分で付けた第１範囲と第２〜第４範囲Ｍｎ、Ｖｎ，Ｘｎの差の分だけ、正常粘膜と萎縮粘膜領域、深層血管領域、ＢＡとの色差は、大きくなっている。

これに対して、第５範囲Ｙｎについては、第５範囲Ｙｂの場合と比較しても、第１範囲との差にほとんど変わりはない。したがって、青色狭帯域成分を含む特殊光又は青色広帯域成分を含む照明光のいずれを用いた場合であっても、正常粘膜と発赤領域との色差はさほど変わらない。

以上のように、特殊光に青色狭帯域成分が含まれるか否かによって、正常領域との色差の大きさが異なるのは、主として、血液密度の大きさなど粘膜内の吸収物質の分布密度に依存する要因が大きい。これに関しては、図１２Aに示すような、反射濃度と粘膜内の吸光物質（消化器では主としてヘモグロビン）の吸収係数（ヘモグロビンの吸光係数の分布は図１２Bを参照）及び分布密度との関係を用いて、説明することができる。なお、反射濃度を（-log(Bch（センサのBchに入射する光の反射率)）とした場合には、その反射濃度の変動により第１信号比が変動する。

この図１２Aによれば、反射濃度は、吸光物質の吸光係数及び分布密度に対して非線形に増加することが分かる。したがって、反射濃度の大きさについては、粘膜内での光吸収や分布密度が強くなるほど、増加する。これに対して、反射濃度の増加量については、光吸収が弱い場合や分布密度が小さい場合には、少し吸収や密度が増えるだけでも反射濃度が大きく増加する一方で、光吸収が強い場合や分布密度が大きい場合には、吸収や密度が増えたとしてもあまり反射濃度は増加しない。

そこで、図１２Aの反射濃度分布の関係を使って、撮像センサ４８のＢｃｈに、青色レーザ光（４４５nm）及び青紫色レーザ光（４０５nm）の混色狭帯域光（以下「狭帯域光445nm+405nm」と表記）の反射光、青紫色レーザ光（４０５nm）の反射光（以下「狭帯域光405nm」と表記）、青色レーザ光（４４５nm）の反射光（以下「狭帯域光445nm」と表記）、青色帯域において波長範囲が広帯域（例えば、４００〜５００nm）に及ぶ青色光の反射光（以下「広帯域Ｂ光」と表記）が入射したときの正常粘膜と異常領域との色差について、それぞれ説明する。

ＢＡ領域における反射濃度分布においては、図１３に示すように、狭帯域光405nmの反射濃度Ｒ１が一番高く、それよりも低いのが狭帯域光445nm+405nmの反射濃度Ｒ２であり、反射濃度Ｒ１、２よりも低いのが狭帯域光445nmの反射濃度Ｒ３であり、一番低いのが広帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ４となっている。このような大小関係になるのは、光吸収の強さが「狭帯域光405nm＞狭帯域光445nm+405nm＞狭帯域光445nm＞広帯域Ｂ光」の関係を有するからである（図１２B参照）。

また、狭帯域光405nm、狭帯域光445nm+405nm、狭帯域光445nmなどの狭帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ１〜Ｒ３と広帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ４間の差は、比較的大きくなっている。これは、広帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ４が特に低くなっているからである。即ち、狭帯域Ｂ光を用いた場合の正常粘膜とＢＡ領域との反射濃度の差は、広帯域Ｂ光を用いた場合よりも大きいことが分かる。このように広帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ４が低いのは、図１４に示すように、ＢＡは粘膜中の比較的浅い位置にだけ狭く分布して、光深達経路上における血液密度が比較的低くなっているためであり、また、広帯域Ｂ光にはヘモグロビンの吸収が弱い５００nmの周辺の波長が混ざっているためである。また、狭帯域B光については、波長が異なることによる反射濃度の差（例えば、反射濃度Ｒ１と反射濃度Ｒ２との差）は、発赤領域の場合と比較すると、比較的大きくなっている。これは、ＢＡ領域内での光深達経路上の血液密度が低いため、波長の違いにより光吸収に差が生じると、その差は反射濃度の差に大きく反映されるからである。

ＢＡ領域では以上のような反射濃度を有しているため、図１５に示すように、狭帯域Ｂ光を用いたときの第４範囲Xnと第１範囲との第１信号比の差は、広帯域Ｂ光を用いたときの第４範囲Xbよりも、大きくなっている。また、狭帯域Ｂ光を用いた場合においては、狭帯域光405nmを用いた場合の第４範囲Ｘｎ（405nm）と、狭帯域光445nm+405nmを用いた場合の第４範囲Ｘｎ（445nm+405nm）と、狭帯域光445nmを用いた場合の第４範囲Ｘｎ（445nm）の第１範囲との位置関係をそれぞれ比較すると、より短波長の光を用いた場合のほうが、第１範囲との差は大きくなっていることが分かる。したがって、狭帯域Ｂ光を用いることで、第１範囲との差を大きくすることができるため、正常粘膜領域とＢＡ領域との色差をより大きくすることができる。

なお、萎縮粘膜領域、深層血管領域についても、ＢＡ領域と同様、光深達経路上の血液密度が発赤領域よりも低くなっている。また、萎縮粘膜領域及び深層血管領域については、ＢＡ領域と同様の反射濃度分布を有していることから、ＢＡ領域の場合と同様に、より短波長の光を用いることで、第１範囲と第２及び第３範囲の差を大きくすることができる。したがって、狭帯域B光を用いることで、第１範囲との差を大きくすることができるため、萎縮粘膜領域、深層血管領域と正常粘膜領域と色差をより大きくすることができる。

これに対して、発赤領域においては、図１６に示すように、反射濃度Ｒ１〜Ｒ４の大小関係は、ＢＡ領域等と同様であるものの、狭帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ１〜Ｒ３と広帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ４間の差は、ＢＡ領域等の場合と比べると、比較的小さい。これは、広帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ４が、ＢＡ領域等の場合と比較して、高くなっているからである。このように広帯域Ｂ光の反射濃度Ｒ４が比較的高いのは、図１７に示すように、発赤が粘膜中の浅い位置から深い位置に至るまで広く分布して、光深達経路上の血液密度が比較的高くなっているためである。

また、狭帯域Ｂ光については、波長が異なることによる反射濃度の差（例えば、反射濃度Ｒ１と反射濃度Ｒ２との差）は、ＢＡ領域の場合と比較して、あまり大きくない。これは、発赤領域内での光深達経路上の血液密度がＢＡ領域等と比較して高いため、波長の違いにより光吸収に差が生じても、その差は反射濃度の差にあまり反映されないからである。

発赤領域では以上のような反射濃度を有しているため、図１８に示すように、狭帯域B光を用いた場合の第５範囲Ynと第１範囲の差は、広帯域Ｂ光を用いた場合の発赤領域Yｂと比較しても、あまり変わりが無い。また、狭帯域B光を用いた場合については、狭帯域光405nmを用いた場合の第５範囲Yｎ（405nm）と、狭帯域光445nm+405nmを用いた場合の第５範囲Yｎ（445nm+405nm）と、狭帯域光445nmを用いた場合の第５範囲Yｎ（445nm）の第１範囲との位置関係をそれぞれ比較してみても、第１範囲と第５範囲との差はそれほど無い。したがって、狭帯域B光を用いたとしても、第１範囲との差があまり大きくならないため、正常粘膜領域と発赤領域との色差をそれほど大きくすることはできない。

ただし、発赤領域の中でも、高度の発赤や出血のような高血液密度領域ではなく、軽度の発赤領域（軽度発赤領域）であれば、狭帯域Ｂ光を用いた場合における正常粘膜領域と軽度発赤領域の反射濃度の差は、広帯域Ｂ光を用いた場合よりも、大きくなる。したがって、狭帯域Ｂ光の使用により、正常領域と軽度の発赤領域の色差を大きくすることができる。

なお、上記では、撮像センサ４８のＢｃｈに入射するＢ光を狭帯域化したときの第１信号比の変化（波長を狭帯域化すると、二次元空間上で第２〜第５範囲の位置が縦軸方向にシフトする）について説明したが、撮像センサ４８のＧｃｈに入射するＧ光を狭帯域化させた場合についても、上記と同様の理由で説明することができる。即ち、狭帯域のＧ光（血液に対する光吸収が高い波長をもつG光）を用いた場合には、広帯域のＧ光を用いた場合よりも、第１範囲と第２範囲の差が大きくなる（波長を狭帯域化すると、二次元空間上で第２〜第５範囲が横軸方向にシフトする）。

なお、上記では、撮像センサ４８のＢｃｈに入射するＢ光と撮像センサ４８のＧｃｈに入射するＧ光のいずれか一方を狭帯域化したが、両方の光を狭帯域化してもよい。この場合には、波長の狭帯域化により、二次元空間上で第２〜第５範囲が縦軸方向と横軸方向にシフトする。ただし、縦軸方向のシフト量は、撮像センサ４８のＢｃｈに入射するＢ光のみを狭帯域化した場合に比べて、小さくなる。これは、Ｂ光とＧ光の狭帯域化によりＢｃｈ、Ｇｃｈの吸収係数が共に増加するので、Ｂｃｈ、Ｇｃｈの反射濃度の差は、Ｂｃｈのみ狭帯域化した場合に比べて小さくなるためである。

上記実施形態では、第１及び第２信号比を極座標変換するとともに、極座標変換済みの第１範囲平均値と第２〜第５範囲内の信号値との動径差又は偏角差を拡張することにより、正常粘膜領域と異常領域の色の差を強調したが、これに限らず、その他の座標変換方法と色差強調方法を用いて、正常粘膜領域と異常領域の色の差を強調してもよい。なお、上記実施形態のような、極座標上で動径差又は偏角差を拡張する色差強調方法を用いて得られる強調画像は、正常粘膜領域の色が通常光画像の色と同じであるため、違和感がない。また、強調画像上における萎縮粘膜領域及び深層血管領域の色は、萎縮性胃炎時が生じた時の粘膜の色や血管透見したときの色と同じであるため、現在行っている萎縮性胃炎診断（例えばＡＢＣ検診）と同様の方法で、診断を行うことができる。

なお、上記実施形態では、正常粘膜領域と異常領域の色差強調に、第１範囲平均値を用いたが、これに代えて、画像信号全体の画素値平均値を用いてもよい。この場合には、画像毎に萎縮粘膜や深層血管の色が変動するおそれがあるものの、画像上の各領域の分布に合わせて正常粘膜領域と異常領域の色の僅かな差を拡張できるというメリットがある。

なお、上記実施形態では、第１及び第２信号比を極座標変換し、その極座標変換済みの信号に対して動径差又は偏角差を拡張する拡張処理を行ったが、これら極座標変換処理や拡張処理を事前に行っておいて、処理結果を色差強調用ＬＵＴに記憶しておいてもよい。この場合には、第２〜第５範囲に属すると考えられる第１及び第２信号比について、上記式（１）〜（６）を用いて予め計算しておく。そして、第２〜第５範囲の第１及び第２信号比と、それら信号比を用いて計算したときの計算結果とを色差強調用ＬＵＴに対応付けて記憶しておく。また、第１範囲に属すると考えられる第１及び第２信号比については、それら信号比と同じ値を色差強調用ＬＵＴに対応付けて記憶しておく。このような色差強調用ＬＵＴを用いることで、極座標変換処理や拡張処理を行うことなく、異常領域の色差強調を行うことができるため、処理負荷を軽減することができる。

なお、上記実施形態では、色差強調部８２で、異常領域と正常領域との色差を強調する色差強調処理を行ったが、粘膜の吸収物質に対して光吸収性が高い青色狭帯域成分（青色レーザ光及び青紫色レーザ光）を含む特殊光を用いることで、色差強調部８２で色差強調処理を行わなくとも、正常粘膜領域と異常領域（萎縮粘膜領域、深層血管領域、ＢＡ領域、発赤領域）の色差を強調表示することができる。また、同様にして、粘膜の吸収物質に対して光吸収性が高い緑色狭帯域成分（例えば、５４０〜５６０nmの波長成分）を含む光を用いることで、色差強調部８２で色差強調処理を行わなくとも、正常粘膜領域と異常領域（萎縮粘膜領域、深層血管領域、ＢＡ領域、発赤領域）の色差を強調表示することができる。

なお、上記第１実施形態では、蛍光体４４を内視鏡１２の先端部２４に設けたが、これに代えて、蛍光体４４を光源装置１４内に設けてもよい。この場合には、ライトガイド４１と青色レーザ光源３４との間に、蛍光体４４を設けることが好ましい。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、カラーの撮像センサでＲＧＢ画像信号を同時に取得しているが、第２実施形態では、モノクロの撮像センサでＲＧＢ画像信号を順次取得する。図１９に示すように、第２実施形態の内視鏡システム２００の光源装置１４には、青色レーザ光源３４、青紫色レーザ光源３６、光源制御部４０の代わりに、広帯域光源２０２、回転フィルタ２０４、フィルタ切替部２０５が設けられている。また、内視鏡１２の照明光学系２４ａには、蛍光体４４が設けられていない。また、撮像光学系２４ｂには、カラーの撮像センサ４８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２０６が設けられている。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。

広帯域光源２０２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２０４は、内側に設けられた通常観察モード用フィルタ２０８と、外側に設けられた特殊観察モード用フィルタ２０９とを備えている（図２０参照）。フィルタ切替部２０５は、回転フィルタ２０４を径方向に移動させるものであり、モード切替ＳＷ２２ｂにより通常観察モードにセットされたときに、回転フィルタ２０４の通常観察モード用フィルタ２０８を白色光の光路に挿入し、特殊観察モードにセットされたときに、回転フィルタ２０４の特殊観察モード用フィルタ２０９を白色光の光路に挿入する。

図２０に示すように、通常観察モード用フィルタ２０８には、周方向に沿って、白色光のうち青色光を透過させるＢフィルタ２０８ａ、白色光のうち緑色光を透過させるＧフィルタ２０８ｂ、白色光のうち赤色光を透過させるＲフィルタ２０８ｃが設けられている。したがって、通常観察モード時には、回転フィルタ２０４が回転することで、青色光、緑色光、赤色光が交互に検体内に照射される。

特殊観察モード用フィルタ２０９には、周方向に沿って、白色光のうち中心波長４１５nmの青色狭帯域光を透過させるＢｎフィルタ２０９ａと、白色光のうち緑色光を透過させるＧフィルタ２０９ｂ、白色光のうち赤色光を透過させるＲフィルタ２０９ｃが設けられている。したがって、特殊観察モード時には、回転フィルタ２０４が回転することで、青色狭帯域光、緑色光、赤色光が交互に検体内に照射される。

内視鏡システム２００では、通常観察モード時には、青色光、緑色光、赤色光が検体内に照射される毎にモノクロの撮像センサ２０６で検体内を撮像する。これにより、ＲＧＢの３色の画像信号が得られる。そして、それらＲＧＢ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、通常光画像が生成される。

一方、特殊観察モード時には、青色狭帯域光、緑色光、赤色光が検体内に照射される毎にモノクロの撮像センサ２０６で検体内を撮像する。これにより、Ｂｎ画像信号と、Ｇ画像信号、Ｒ画像信号が得られる。これらＢｎ画像信号と、Ｇ画像信号、Ｒ画像信号に基づいて、特殊光画像の生成が行われる。特殊光画像の生成には、Ｂ画像信号の代わりに、Ｂｎ画像信号が用いられる。それ以外については、第１実施形態と同様の方法で特殊光画像の生成が行われる。

［第３実施形態］
第１実施形態の内視鏡システム１０では、特殊光画像の作成に、青色レーザ光及び青紫色レーザ光の狭帯域波長情報が含まれる狭帯域信号であるＢ画像信号を用い、第２実施形態の内視鏡システム２００では、特殊光画像の作成に、青色狭帯域光の狭帯域波長情報が含まれる狭帯域信号であるＢｎ画像信号を用いているが、第３実施形態では、白色画像などの広帯域画像に基づく分光演算により青色狭帯域画像信号を生成し、この青色狭帯域画像を用いて特殊光画像を生成する。

この第３実施形態では、同時式の内視鏡システム１０の特殊観察モード時において、特殊光の代わりに、広帯域光である白色光を照明する。そして、図２１に示すように、受信部５４と逆ガンマ変換部７６との間に設けた分光演算部３００において、白色光の発光・撮像により得られるＲＧＢ画像信号に基づく分光演算処理を行う。これにより、青色狭帯域画像信号が生成される。分光演算の方法は、特開2003-093336号公報に記載の方法を用いる。この分光演算部３００で生成された青色狭帯域画像信号と、Ｇ画像信号、Ｒ画像信号に基づいて、上記第１実施形態と同様の手順で、特殊光画像を生成する。なお、白色光としては、蛍光体４４により得られる白色光の他、キセノンランプなどの広帯域光源から発せられる広帯域光を用いてもよい。

なお、上記実施形態では、萎縮性胃炎により、粘膜が退色調になる例と萎縮粘膜下の深層血管が透見する例とを示したが、その他の部位の病変（例えば、食道の病変や大腸の病変など）によって、粘膜が退色調になる場合も存在する。本発明は、このような萎縮粘膜以外の退色調粘膜に対しても、正常領域との色差を強調することが可能である。また、本発明は、萎縮粘膜以外の退色調粘膜下の深層血管の透見についても、強調表示することが可能である。

なお、上記実施形態で示した第１〜第４拡張処理は、萎縮粘膜、深層血管、ＢＡ、発赤などの異常領域と正常粘膜との差を大きくする一方で、正常粘膜の色は変化させない。即ち、上記実施形態によれば、第１〜第４拡張処理の前後で、正常粘膜の色を維持した画像を表示することができる。

以上のように、正常粘膜の色を維持した画像を表示するためには、第１〜第４拡張処理を以下のような処理で行う必要がある。例えば、第１拡張処理、第３拡張処理、第４拡張処理のように動径を拡張する処理においては、図２２Ａに示すように、第１範囲を「ｒｍ−Δｒ１」から「ｒｍ＋Δｒ２」と定義した場合、図２３に示すように、第１範囲内の動径ｒを、動径ｒと大きさが変わらない動径Ｅｒに変換する（恒等変換）（例えば、動径ｒがｒｍの場合には、動径Ｅｒはｒｍとなる）。このように、第１範囲内の動径ｒを恒等変換することで、第１、３、４拡張処理を行ったとしても、画像上で正常粘膜の色を維持することができる。

これに対して、図２２Ａに示すように、第１範囲平均値ｒｍよりも小さい第２範囲の動径ｒiについては、図２３に示すように、動径ｒiよりも小さい動径Ｅｒｉに変換する。また、図２２Ｂに示すように、大部分が第１範囲平均値ｒｍよりも大きい第４、第５範囲の動径ｒｋ、ｒｊについては、動径ｒｋ、ｒｊを、それら動径ｒｋ、ｒｊよりも大きい動径Ｅｒｋ、Ｅｒｊに変換する。なお、図２３は、第１〜第５範囲を含む一定範囲の偏角θにおける動径ｒと動径Ｅｒとの対応関係を示しているが、偏角θ毎に異なる対応関係に設定してもよい。

また、第２拡張処理、第３拡張処理、第４拡張処理のように偏角を拡張する処理においては、図２４Ａに示すように、第１範囲を「θｍ−Δθ１」から「θｍ＋Δθ２」と定義した場合、図２５に示すように、第１範囲内の偏角θを、偏角θと大きさが変わらない偏角Ｅθに変換する（恒等変換）（例えば、偏角θがθｍの場合には、偏角Ｅθはθｍとなる）。このように、第１範囲内の偏角θを恒等変換することで、第２、３、４拡張処理を行ったとしても、画像上で正常粘膜の色を維持することができる。

これに対して、図２４Ａに示すように、第１範囲平均値θｍよりも小さい第３範囲の偏角θvについては、図２５に示すように、偏角θｖよりも小さい偏角Ｅθｖ変換する。また、図２４Ｂに示すように、大部分が第１範囲平均値θｍよりも大きい第４範囲の偏角θｋについては、図２５に示すように、偏角θｋよりも大きい偏角Ｅθｋに変換する。また、図２４Ｂに示すように、大部分が第１範囲平均値θｍよりも小さい第５範囲の偏角θｊについては、図２５に示すように、偏角θｊよりも小さい偏角Ｅθｊに変換する。なお、図２５では、「θｍ」は０°から９０°の範囲で定義される角度である。したがって、「θｍ−９０」は負の角度であり、「θｍ＋９０」は正の角度である。そのため、横軸は右側に位置するほど角度が大きく、また、縦軸は上側に位置するほど角度が大きい。

なお、上記実施形態では、本発明の実施を内視鏡の診断中に行ったが、これに限らず、内視鏡診断後、内視鏡システムの記録部に記録しておいた内視鏡画像に基づいて、本発明の実施を行ってもよく、また、カプセル内視鏡で取得したカプセル内視鏡画像に基づいて、本発明の実施を行ってもよい。

１０，２００ 内視鏡システム
１８ モニタ（表示部）
４８、２０６ 撮像センサ
８０ 信号比算出部
８２ 色差強調部
８２a 平均値算出部

上記目的を達成するために、本発明の画像処理装置は、画像信号入力部と、信号比算出部と、色差強調部と、表示部とを備えている。画像信号入力部は、狭帯域画像信号を少なくとも１つ含む３色の画像信号を入力する。信号比算出部は、３色の画像信号に基づいて、所定の２色の画像信号間の第１信号比と、第１信号比と異なる２色の画像信号間の第２信号比を算出する。色差強調部は、第１範囲内の第１及び第２信号比と、第１範囲と異なる特定範囲内の第１及び第２信号比との差を拡張する拡張処理を行う。表示部は、拡張処理が施された第１及び第２信号比に基づいて、観察対象上の正常粘膜と異常領域との色差を強調した画像を表示する表示部であって、色差は、３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合の色差よりも大きく表示される。

正常粘膜と異常領域の反射濃度の差は、３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合の反射濃度の差よりも大きいことが好ましい。正常粘膜と異常領域の反射濃度の差は、狭帯域画像信号に対応する波長帯域が短波長ほど、大きくなることが好ましい。

拡張処理は、第１範囲内の第１及び第２信号比と特定範囲内の第１及び第２信号比との動径差又は偏角差を拡張する処理であることが好ましい。拡張処理は、第１範囲の第１及び第２信号比を維持した状態で、第１範囲の第１及び第２信号比と特定範囲の第１及び第２信号比との差を拡張し、表示部は、正常粘膜の色を維持した画像を表示することが好ましい。第１範囲内にある第１及び第２信号比の平均値を算出する平均値算出部を有し、色差強調部は、平均値と特定範囲内にある第１及び第２信号比の差を拡張することが好ましい。第１範囲及び特定範囲のうち高輝度エリア又は低輝度エリアについては、色差の強調を抑制する抑制処理を行うことが好ましい。第１信号比は狭帯域画像信号であるB画像信号とG画像信号間のB／G比であり、第２信号比はG画像信号とR画像信号間のG／R比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、画像信号入力ステップと、信号比算出ステップと、色差強調ステップと、表示ステップとを有する。画像信号入力ステップでは、画像信号入力部が、狭帯域画像信号を少なくとも１つ含む３色の画像信号を入力する。信号比算出ステップでは、信号比算出部が、前記３色の画像信号に基づいて、所定の２色の画像信号間の第１信号比と、第１信号比と異なる２色の画像信号間の第２信号比を算出する。色差強調ステップでは、色差強調部が、第１範囲内の第１及び第２信号比と、第１範囲と異なる特定範囲内の第１及び第２信号比との差を拡張する拡張処理を行う。表示ステップでは、表示部が、拡張処理が施された第１及び第２信号比に基づいて、観察対象上の正常粘膜と異常領域との色差を強調した画像を表示する際に、色差を、３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合の色差よりも大きく表示する。

Claims (12)

1. ３色の画像信号を入力する画像信号入力部と、
   前記３色の画像信号に基づいて、所定の２色の画像信号間の第１信号比と、前記第１信号比と異なる２色の画像信号間の第２信号比を算出する信号比算出部と、
   第１範囲内の第１及び第２信号比と、前記第１範囲と異なる特定範囲内の第１及び第２信号比との差を拡張する拡張処理を行う色差強調部と、
   前記拡張処理が施された第１及び第２信号比に基づいて、観察対象上の正常粘膜と異常領域との色差を強調した画像を表示する表示部とを備え、
   前記３色の画像信号のうち少なくとも１色の画像信号が狭帯域画像信号である場合の色差は、前記３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合の色差よりも大きいことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記正常粘膜と前記異常領域との色差は、前記正常粘膜と前記異常領域の反射濃度の差に基づく色差と、前記色差強調部による色差強調に基づく色差とからなり、
   前記３色の画像信号のうち少なくとも１色の画像信号が狭帯域画像信号である場合における前記正常粘膜と前記異常領域の反射濃度の差は、前記３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記正常粘膜と前記異常領域の反射濃度の差は、前記狭帯域画像信号に対応する波長帯域が短波長ほど、大きくなることを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
4. 前記異常領域には、萎縮粘膜を含む退色調粘膜、退色調粘膜下の血管領域、ＢＡ（Brownish Area）領域、軽度の発赤領域の少なくとも１つが含まれることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の画像処理装置。
5. 前記狭帯域画像信号は、血液に対する光吸収が高い狭帯域光で照明された検体を撮像して得られることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の画像処理装置。
6. 前記狭帯域画像信号は、血液に対する光吸収が高い青色狭帯域光で照明された検体を撮像して得られる青色狭帯域画像信号、又は血液に対する光吸収が高い緑色狭帯域光で照明された検体を撮像して得られる緑色狭帯域画像信号であることを特徴とする請求項５記載の画像処理装置。
7. 前記拡張処理は、前記第１の範囲内の第１及び第２信号比と前記特定範囲内の第１及び第２信号比との動径差又は偏角差を拡張する処理であることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
8. 前記拡張処理は、前記第１範囲の第１及び第２信号比を維持した状態で、前記第１範囲の第１及び第２信号比と前記特定範囲の第１及び第２信号比との差を拡張し、
   前記表示部は、前記正常粘膜の色を維持した画像を表示することを特徴とする請求項１、２、３、７のうちいずれか１項記載の画像処理装置。
9. 前記第１範囲内にある第１及び第２信号比の平均値を算出する平均値算出部を有し、
   前記色差強調部は、前記平均値と前記特定範囲内にある第１及び第２信号比の差を拡張することを特徴とする請求項１、２、３、７のうちいずれか１項記載の画像処理装置。
10. 前記第１範囲及び特定範囲のうち高輝度エリア又は低輝度エリアについては、前記色差の強調を抑制する抑制処理を行うことを特徴とする請求項１、２、３、７のうちいずれか１項記載の画像処理装置。
11. 前記第１信号比は前記狭帯域画像信号であるB画像信号とG画像信号間のB／G比であり、前記第２信号比はG画像信号とR画像信号間のG／R比であることを特徴とする請求項１、２、３、７のうちいずれか１項記載の画像処理装置。
12. 画像信号入力部が、３色の画像信号を入力するステップと、
    信号比算出部が、前記３色の画像信号に基づいて、所定の２色の画像信号間の第１信号比と、前記第１信号比と異なる２色の画像信号間の第２信号比を算出するステップと、
    色差強調部が、第１範囲内の第１及び第２信号比と、前記第１範囲と異なる特定範囲内の第１及び第２信号比との差を拡張する拡張処理を行うステップと、
    表示部が、前記拡張処理が施された第１及び第２信号比に基づいて、観察対象上の正常粘膜と異常領域との色差を強調した画像を表示するステップとを有し、
    前記３色の画像信号のうち少なくとも１色の画像信号が狭帯域画像信号である場合の色差は、前記３色の画像信号が全て広帯域画像信号である場合の色差よりも大きいことを特徴とする内視鏡システムの作動方法。

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