JPWO2018051680A1 - 内視鏡システム - Google Patents

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Abstract

被写体の大きさを容易に計測できる内視鏡システムを提供することを目的とする。本発明の一の態様に係る内視鏡システムでは、被検体の特定領域の実サイズを示す指標図形が被写体の画像とともに表示されるので、ユーザは特定領域とマーカとを比較することにより容易に特定領域を計測することができる。スポット位置に応じて指標図形の大きさを設定するので、距離測定の必要がなく、装置構成が簡単で迅速かつ容易に計測を行うことができる。なお、「実サイズ」の具体的な値は被検体の種類及び計測の目的等の条件に応じて設定することができる。また、被検体が生体である場合は病変部を特定領域とすることができる。

Description

本発明は内視鏡システムに係り、特に計測補助光を用いて被検体の大きさを計測する内視鏡システムに関する。
内視鏡の分野では、被検体までの距離を計測したり、被検体の長さや大きさを算出したりすることが行われている。例えば特許文献１では、ステレオカメラで被写体距離を計測し、被写体距離と内視鏡の視野角とに基づいて被写体の大きさの目安となる目印の大きさを計算し、被写体の画像と共に目印を表示することが記載されており、この目印により被写体の大きさを知ることができる。
また特許文献２には、計測補助光を用いて被写体距離を求める技術が記載されている。特許文献２では、光ファイバーからレーザビームを照射して照射面を観察する。そして、光ファイバーから照射面までの距離によってレーザビームの照射点が視野の中心に近づいたり離れたりすることを利用し、ズレ量をあらかじめ校正しておくことで、ズレ量から被写体距離を知ることができる。
特開２００８−１２２７５９号公報 特開平８−２８５５４１号公報
しかしながら上述の特許文献１では、ステレオカメラにより距離を計測するため２台のカメラが必要であり、内視鏡先端部が大きくなってしまうため、被検体への負担が大きかった。さらに、距離計測を行いその結果に基づいて目印の大きさを算出するため、処理が複雑であった。また、特許文献２に記載の技術は距離計測を行うためのものであり、処理が複雑な上に被写体の長さや大きさを直接的に求めることは困難であった。
このように、従来の技術は被写体の大きさ（長さ）を容易に計測できるものではなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被写体の大きさを容易に計測できる内視鏡システムを提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る内視鏡システムは、被検体の画像を取得する内視鏡を含む内視鏡システムであって、被写体に計測補助光を照射する補助光照射部と、計測補助光によりスポットが形成された被写体の画像を撮像光学系及び撮像素子を介して取得する撮像部と、取得した被写体の画像を表示する表示装置と、撮像部が被写体の画像を取得するのに応じて、被写体における特定領域の実サイズを示す指標図形であって、撮像素子におけるスポットの位置に応じて設定した大きさの指標図形を被写体の画像と共に表示装置に表示させるプロセッサと、を備える。第１の態様によれば、被検体の特定領域の実サイズを示す指標図形（マーカ）が被写体の画像と共に表示されるので、ユーザは特定領域とマーカとを比較することにより容易に特定領域を計測することができる。なお、「実サイズ」の具体的な値は被検体の種類及び計測の目的等の条件に応じて設定することができる。また、被検体が生体である場合は病変部等を特定領域（関心領域）とすることができる。
第１の態様では、スポット位置に応じて指標図形の大きさを設定するので、上述した特許文献１，２のように距離測定の必要がなく、装置構成が簡単で迅速かつ容易に計測を行うことができる。なお、第１の態様において指標図形の大きさ設定はリアルタイムで行うことが好ましいが、観察及び計測においてリアルタイム性の要求が高くない場合は必ずしもリアルタイムに行わなくてよい。
第１の態様では、指標図形の大きさは「スポット位置と被写体の実サイズとの関係を示す情報」をあらかじめ記憶しておき、計測したスポット位置に応じてこの情報を参照して設定することができる。また第１の態様において、計測補助光としてレーザ光、ＬＥＤ光等を用いることができる。計測補助光は、コリメータにより平行化された光であってもよい。
第２の態様に係る内視鏡システムは第１の態様において、プロセッサは、撮像光学系の歪曲収差に応じて歪曲させた指標図形を表示させる。内視鏡は一般的に観察画角が広く、特に画角の周辺部では大きな歪曲補正を持つことが多いため、第２の態様では、指標図形を表示装置（画面）に表示する際に撮像光学系の歪曲収差の影響を補正する。歪曲収差のデータは撮像光学系の設計値を用いてもよいし、別途測定してもよい。
第３の態様に係る内視鏡システムは第１の態様において、プロセッサは、撮像光学系の歪曲収差に応じて補正した被写体の画像と共に指標図形を表示させる。第３の態様によれば、撮像光学系の歪曲収差に応じて被写体の画像が補正されるので、被写体の形状等が正確に表示され高精度に計測を行うことができる。
第４の態様に係る内視鏡システムは第１から第３の態様のいずれか１つにおいて、プロセッサは、指標図形の中心をスポットの中心と一致させて、被写体の画像及び指標図形を表示させる。第４の態様によれば、指標図形の中心をスポットの中心と一致させているので、スポット位置と指標図形の大きさを正確に対応させることができ、高精度に計測を行うことができる。
第５の態様に係る内視鏡システムは第１から第３の態様のいずれか１つにおいて、プロセッサは、指標図形の中心をスポットの中心から離して、被写体の画像及び指標図形を表示させる。第５の態様は、観察対象が内視鏡に対して正対している場合（斜めになっていない場合）に有効である。
第６の態様に係る内視鏡システムは第１から第５の態様のいずれか１つにおいて、実サイズの単一の値に対応する大きさの指標図形を表示させる。第６の態様では、実サイズの単一の値に対応する大きさの指標図形、即ち一つの指標図形が表示される。
第７の態様に係る内視鏡システムは第１から第６の態様のいずれか１つにおいて、プロセッサは、実サイズの複数の値から選択された値に対応する大きさの指標図形を表示させる。第７の態様によれば、被写体の種類や観察目的に応じて所望の大きさの指標図形を表示できる。
第８の態様に係る内視鏡システムは第７の態様において、複数の値に対するユーザの選択操作を受け付ける選択部を備え、プロセッサは、複数の値のうちから選択操作に基づいて選択した値に対応する大きさの指標図形を一または複数表示させる。第８の態様によれば、ユーザは被写体の種類や観察目的に応じて所望の数及び大きさの指標図形を表示できる。
第９の態様に係る内視鏡システムは第１から第５の態様のいずれか１つにおいて、プロセッサは、実サイズの複数の値の組合せに対応する大きさの指標図形を表示させる。第９の態様によれば、被写体の種類や観察目的に応じて所望の大きさの組合せで指標図形を表示できる。
第１０の態様に係る内視鏡システムは第９の態様において、複数の値の組合せに対するユーザの選択操作を受け付ける選択部を備え、プロセッサは、選択操作に基づいて選択した組合せに対応する大きさの指標図形を表示させる。第１０の態様によれば、ユーザは被写体の種類や観察目的に応じて所望の組合せの指標図形を表示させることができる。
第１１の態様に係る内視鏡システムは第１から第１０の態様のいずれか１つにおいて、プロセッサは実サイズの値に対応して色が異なる指標図形を表示させる。第１１の態様によれば、異なる指標図形を色の違いにより迅速かつ容易に視認することができる。
第１２の態様に係る内視鏡システムは第１から第１１の態様のいずれか１つにおいて、補助光照射部は、光軸が撮像光学系の光軸と０度でない角度をなす計測補助光を計測補助光として照射し、撮像部及び補助光照射部と被写体との距離を撮像光学系の光軸の方向に変化させた場合に、距離が内視鏡の測長距離範囲の最遠距離であるときのスポットの撮像素子における位置が、距離が測長距離範囲の至近距離であるときのスポットの撮像素子における位置に対して、撮像素子における撮像光学系の光軸の位置を挟んで反対側である。
上述した特許文献２のように計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と成す角度が０度（計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸とが平行）だと、撮像素子上のスポットの位置は観察距離が遠くなるにつれて撮像素子の中心（撮像素子の光軸の位置）に近づいていくだけであり、撮像素子上のスポットの位置が最遠距離の場合と至近距離の場合とで撮像光学系の光軸の位置を挟んで反対側になることはない。これに対し第１２の態様によれば、計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と０度でない角度を成すので、傾き角を適切に設定することにより観察距離が短い場合でも計測補助光が撮像光学系の視野に入るようにすることができ、また、観察距離の変化に対するスポットの位置変化の感度が高くなるため高精度に計測することができる。なお、計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と成す角度は、計測補助光の光軸を撮像光学系の光軸を含む平面に射影した状態で規定することができる。
なお、第１２の態様において「測長距離範囲」とは測長が可能な観察距離の範囲を意味するものとする。また、第１２の態様において計測補助光はコリメータにより平行化された光であることが好ましい。
以上説明したように、本発明の内視鏡システムによれば、被写体の大きさを容易に計測することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図３は、先端硬質部の先端側端面の構成を示す図である。 図４は、先端硬質部の先端側端面の構成を示す他の図である。 図５は、レーザモジュールの構成を示す図である。 図６は、レーザ光源モジュールの構成を示す断面図である。 図７は、撮像光学系の光軸と計測補助光の光軸との関係を示す図である。 図８は、撮像光学系の光軸と計測補助光の光軸との関係を示す他の図である。 図９は、撮像光学系の光軸と計測補助光の光軸との関係を示す他の図である。 図１０は、内視鏡の挿入部を被検体内に挿入した様子を示す図である。 図１１は、計測手順を示すフローチャートである。 図１２は、計測補助光の光軸が撮像光学系の撮像画角を横切る様子を示す図である。 図１３は、撮影距離によりスポット位置が変化する様子を示す図である。 図１４は、撮影距離によりスポット位置が変化する様子を示す他の図である。 図１５は、波長とカラーフィルタの感度との関係を示す図である。 図１６は、マーカ表示条件設定画面の例を示す図である。 図１７は、マーカ数表示条件設定画面の例を示す図である。 図１８は、マーカの形状を設定する画面の例を示す図である。 図１９は、マーカの大きさを設定する画面の例を示す図である。 図２０は、マーカの色を設定する画面の例を示す図である。 図２１は、腫瘍に形成されたスポット、及びスポットを中心として十字型のマーカを表示した様子を示す図である。 図２２は、マーカの大きさを説明するための図である。 図２３は、マーカの中心をスポットの中心から離して表示した様子を示す図である。 図２４は、撮像光学系の歪曲収差に応じてマーカを歪曲させて表示した様子を示す図である。 図２５は、大きさが異なる３つの同心円状マーカを表示した様子を示す図である。 図２６は、大きさが異なる３つの同心円状マーカを、それぞれ異なる色で表示した様子を示す図である。 図２７は、撮像光学系の歪曲収差に応じて同心円状マーカを歪曲させて表示した様子を示す図である。 図２８は、マーカの大きさの組合せを選択する様子を示す図である。 図２９は、マーカのタイプを示す小画像を選択することで表示条件を設定する様子を示す図である。 図３０は、マーカ表示条件に対する警告メッセージの例を示す図である。 図３１は、スポット位置とマーカの大きさとの関係を測定する様子を示す図である。 図３２は、スポット位置とマーカの大きさとの関係を測定する様子を示す他の図である。 図３３は、スポットのＸ方向ピクセル位置とマーカのＸ軸方向のピクセル数との関係を示す図である。 図３４は、スポットのＹ方向ピクセル位置とマーカのＸ軸方向のピクセル数との関係を示す図である。 図３５は、スポットのＸ方向ピクセル位置とマーカのＹ軸方向のピクセル数との関係を示す図である。 図３６は、スポットのＹ方向ピクセル位置とマーカのＹ軸方向のピクセル数との関係を示す図である。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る内視鏡システムの実施形態について、詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る内視鏡システム１０（内視鏡システム）を示す外観図であり、図２は内視鏡システム１０の要部構成を示すブロック図である。図１，２に示すように、内視鏡システム１０は、内視鏡本体１１０、内視鏡プロセッサ２００（プロセッサ）、光源装置３００、及びモニタ４００（表示装置、選択部）から構成される内視鏡装置１００を含んでいる。
＜内視鏡本体の構成＞
内視鏡本体１１０は、手元操作部１０２と、この手元操作部１０２に連設される挿入部１０４とを備える。術者は手元操作部１０２を把持して操作し、挿入部１０４を被検体の体内に挿入して観察を行う。挿入部１０４は、手元操作部１０２側から順に、軟性部１１２、湾曲部１１４、先端硬質部１１６で構成されている。先端硬質部１１６には、撮像光学系１３０（撮像光学系、撮像部）、照明部１２３、鉗子口１２６、レーザモジュール５００（補助光照射部）等が設けられる（図１〜３参照）。
観察や処置の際には、操作部２０８（図２参照）の操作により、照明部１２３の照明用レンズ１２３Ａ，１２３Ｂから可視光と赤外光のいずれか、または両方を照射することができる。また、操作部２０８の操作により図示せぬ送水ノズルから洗浄水が放出されて、撮像光学系１３０の撮像レンズ１３２、及び照明用レンズ１２３Ａ，１２３Ｂを洗浄することができる。先端硬質部１１６で開口する鉗子口１２６には不図示の管路が連通しており、この管路に腫瘍摘出等のための図示せぬ処置具が挿通されて、適宜進退して被検体に必要な処置を施せるようになっている。
図１〜３に示すように、先端硬質部１１６の先端側端面１１６Ａには撮像レンズ１３２が配設されており、この撮像レンズ１３２の奥にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子１３４（撮像素子、撮像部）、駆動回路１３６、ＡＦＥ（Analog Front End）１３８が配設されて、画像信号を出力するようになっている。撮像素子１３４はカラー撮像素子であり、特定のパターン配列（ベイヤー配列、ＧストライプＲ／Ｂ完全市松、Ｘ−Ｔｒａｎｓ（登録商標）配列、ハニカム配列等）でマトリクス状（２次元状）に配置された複数の受光素子により構成される複数の画素を備え、各画素はマイクロレンズ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、または青（Ｂ）のカラーフィルタ及び光電変換部（フォトダイオード等）を含んでいる。撮像光学系１３０は、赤，緑，青の３色の画素信号からカラー画像を生成することもできるし、赤，緑，青のうち任意の１色または２色の画素信号から画像を生成することもできる。
なお第１の実施形態では撮像素子１３４がＣＭＯＳ型の撮像素子である場合について説明するが、撮像素子１３４はＣＣＤ（Charge Coupled Device）型でもよい。
被検体（病変部等の特定領域）の画像やスポット（後述）の光学像は撮像レンズ１３２により撮像素子１３４の受光面（結像面）に結像されて電気信号に変換され、不図示の信号ケーブルを介して内視鏡プロセッサ２００に出力されて映像信号に変換される。これにより、内視鏡プロセッサ２００に接続されたモニタ４００に観察画像、スポットの撮影画像、及びマーカの画像等（図２３〜２９参照）が表示される。なおモニタ４００（表示装置、選択部）はユーザの操作を受け付けるタッチパネル（選択部；不図示）を備え、ユーザはこのタッチパネルを介して観察モード切換やマーカ表示条件設定等の操作（後述）を行うことができる。
また、先端硬質部１１６の先端側端面１１６Ａには、撮像レンズ１３２に隣接して照明部１２３の照明用レンズ１２３Ａ（可視光用）、１２３Ｂ（赤外光用）が設けられている。照明用レンズ１２３Ａ，１２３Ｂの奥には、後述するライトガイド１７０の射出端が配設され、このライトガイド１７０が挿入部１０４、手元操作部１０２、及びユニバーサルケーブル１０６に挿通され、ライトガイド１７０の入射端がライトガイドコネクタ１０８内に配置される。
先端側端面１１６Ａには、さらにレーザモジュール５００のレーザヘッド５０６が設けられて、プリズム５１２を介してスポット光（計測補助光）が照射される。レーザモジュール５００の構成は後述する。なお第１の実施形態では、図３に示すようにレーザヘッド５０６が鉗子口１２６とは別に設けられているが、本発明に係る内視鏡システムでは、図４に示すように、先端硬質部１１６で開口する鉗子口１２６に連通する管路（不図示）にレーザヘッド５０６を挿抜可能に挿通してもよい。この場合、レーザヘッド５０６専用の管路を設ける必要がなく、鉗子口１２６に連通する管路を他の処置具と共用することができる。
＜レーザモジュールの構成＞
図２及び図５に示すように、レーザモジュール５００（補助光照射部）はレーザ光源モジュール５０２と、光ファイバー５０４と、レーザヘッド５０６とを備える。光ファイバー５０４の基端側（レーザ光源モジュール５０２側）はファイバー外皮５０１で被覆され、先端側（レーザ光を出射する側）はフェルール（ferrule）５０８に挿入されて接着剤で接着され、端面が研磨される。フェルール５０８の先端側にＧＲＩＮ（Graded Index）レンズ５１０が装着され、ＧＲＩＮレンズ５１０の先端側にプリズム５１２が装着されて接合体を形成する。フェルール５０８は光ファイバー５０４を保持、接続するための部材であり、中心部には光ファイバー５０４を挿通するための穴が軸方向（図５の左右方向）に空けられている。フェルール５０８及びファイバー外皮５０１の外側に補強材５０７が設けられて光ファイバー５０４等を保護する。フェルール５０８，ＧＲＩＮレンズ５１０，及びプリズム５１２はハウジング５０９に収納され、補強材５０７及びファイバー外皮５０１と一体になってレーザヘッド５０６を構成する。
レーザヘッド５０６において、フェルール５０８は例えば直径が０．８ｍｍ〜１．２５ｍｍのものを用いることができる。なお小型化のためには細径のものの方が好ましい。上述の構成により、レーザヘッド５０６全体としての直径を１．０ｍｍ〜１．５ｍｍにすることができる。
このように構成されたレーザモジュール５００は挿入部１０４に装着される。具体的には図２に示すように、レーザ光源モジュール５０２は手元操作部１０２（スコープ）の部分に配置され、電気回路基板部に実装される。一方、レーザヘッド５０６が先端硬質部１１６に設けられて、光ファイバー５０４がレーザ光をレーザ光源モジュール５０２からレーザヘッド５０６まで導光する。なおレーザ光源モジュール５０２を光源装置３００内に設け、レーザ光を光ファイバー５０４により先端硬質部１１６まで導光するようにしてもよい。
レーザ光源モジュール５０２は、図示せぬ電源から電力が供給されて可視波長域のレーザ光を出射するＶＬＤ（Visible Laser Diode）と、ＶＬＤから出射されたレーザ光を集光する集光レンズ５０３とを備えるピグテール型モジュール（ＴＯＳＡ；Transmitter Optical Sub Assembly）である（図６参照）。レーザ光は内視鏡プロセッサ２００（ＣＰＵ２１０）の制御により必要に応じて出射することができ、スポット光の照射による計測を行う場合（計測モード）のみレーザ光を出射させることで、非出射時には通常の内視鏡と同様に使用することができる（通常モード）。レーザ光源モジュール５０２は、内視鏡プロセッサ２００からの電気信号に応じて点灯、消灯、及び光強度が制御される。
第１の実施形態において、ＶＬＤが出射するレーザ光は半導体レーザによる波長６５０ｎｍの赤色レーザ光とすることができる。ただし本発明におけるレーザ光の波長はこの態様に限定されるものではない。集光レンズ５０３で集光されたレーザ光は、光ファイバー５０４によりＧＲＩＮレンズ５１０まで導光される。光ファイバー５０４はレーザ光をシングル横モードで伝搬させる光ファイバーであり、径が小さく鮮明なスポットを形成することができるので、被写体の大きさを正確に計測することができる。光ファイバー５０４の途中に中継コネクタを設けてもよい。なお、被写体の種類や大きさ等の観察条件によってスポット径の大きさや鮮明さが計測上問題とならない場合は、光ファイバー５０４として、レーザ光をマルチモードで伝搬させる光ファイバーを用いてもよい。また、光源としては半導体レーザの代わりにＬＥＤ（Light-Emitting Diode）を用いてもよく、半導体レーザを発振閾値以下のＬＥＤ発光状態で使用してもよい。
ＧＲＩＮレンズ５１０は、屈折率が光軸で最も高く半径方向外側に向かうにつれて減少する円筒型のグレーデッドインデックス型レンズ（ラジアル型）であり、光ファイバー５０４により導光されて入射したレーザ光を平行な光束にして出射するコリメータとして機能する。ＧＲＩＮレンズ５１０から出射される光束の広がりはＧＲＩＮレンズ５１０の長さを調節することで調節でき、平行な光束のレーザ光を出射させるには（λ／４）ピッチ（λはレーザ光の波長）程度にすればよい。
ＧＲＩＮレンズ５１０の先端側にはプリズム５１２が装着されている。このプリズム５１２は計測補助光の出射方向を変更するための光学部材であり、出射方向を変更することにより、計測補助光の光軸を撮像光学系の光軸を含む平面に射影した場合に、計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸に対し０度でない傾き角（角度）を有し、計測補助光が撮像光学系の画角を横切る。プリズム５１２はＧＲＩＮレンズ５１０のレンズ径に近い大きさに形成されており、先端面が斜めにカットされて上述した傾き角に応じた頂角ＡＬ１を有する。
＜撮像光学系の光軸と計測補助光の光軸の関係＞
図７は第１の実施形態に係る先端硬質部１１６を前方（被写体側）から見た状態を示す図であり、図３の構成に対応する図である。第１の実施形態では、計測補助光の光軸Ｌ１と撮像光学系の光軸Ｌ２とは同一平面上に存在し、その同一平面上で交差する。したがって、先端硬質部１１６を前方（被写体側）から見ると、図７のように光軸Ｌ２が光軸Ｌ１上を通るように見える。なお、図８は図４の構成に対応する図である。図４及び図８に示す態様においても、計測補助光の光軸Ｌ１と撮像光学系の光軸Ｌ２とは同一平面上に存在し、その同一平面上で交差する。これらの態様によれば、撮像光学系の光軸Ｌ２と計測補助光の光軸Ｌ１とが同一平面上に存在し観察距離変化に伴うマーカの軌跡が画面の中心を通るため、画面中心付近にマーカが存在する領域が広くなり計測精度が向上する。
なお、本発明における計測補助光の光軸Ｌ１と撮像光学系の光軸Ｌ２との関係は、上述した「計測補助光の光軸と撮像光学系の光軸とが同一平面上に存在し、その同一平面上で交差する」態様に限定されるものではく、図９に示す光軸Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂのように撮像光学系の光軸Ｌ２と同一平面上に存在しなくてもよい。しかしながらこのような場合においても、計測補助光の光軸を撮像光学系の光軸を含む平面に射影した場合に、計測補助光の光軸は撮像光学系の光軸に対し０度でない傾き角を有し撮像光学系の画角を横切るものとする。
上述した特許文献２のように計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と平行（傾き角が０度）である場合、光軸同士の間隔によっては計測補助光の光軸が撮像光学系の画角を横切る点までの距離が遠くなり、その場合至近距離ではスポットが撮影できず計測が困難である。また計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と平行である場合、観察距離の変化に対するスポット位置変化の感度が低く、十分な計測精度が得られない場合がある。これに対し第１の実施形態のように「計測補助光の光軸を撮像光学系の光軸を含む平面に射影した場合に、計測補助光の光軸は撮像光学系の光軸に対し０度でない傾き角を有し撮像光学系の画角を横切る」という構成によれば、至近距離から遠距離まで広範囲の観察距離で計測でき、また距離変化に対するスポット位置変化の感度が高いため高精度に計測することができる。
＜光源装置の構成＞
図２に示すように、光源装置３００は、照明用の光源３１０、絞り３３０、集光レンズ３４０、及び光源制御部３５０等から構成されており、照明光（可視光または赤外光）をライトガイド１７０に入射させる。光源３１０は、可視光源３１０Ａ及び赤外光源３１０Ｂを備えており、可視光及び赤外線の一方または両方を照射可能である。可視光源３１０Ａ及び赤外光源３１０Ｂによる照明光の照度は、光源制御部３５０により制御され、後述するように、スポットを撮像して計測する際（計測モード時）に必要に応じて照明光の照度を下げたり、照明を停止したりすることができる。
ライトガイドコネクタ１０８（図１参照）を光源装置３００に連結することで、光源装置３００から照射された照明光がライトガイド１７０を介して照明用レンズ１２３Ａ、１２３Ｂに伝送され、照明用レンズ１２３Ａ、１２３Ｂから観察範囲に照射される。
＜内視鏡プロセッサの構成＞
次に、図２に基づき内視鏡プロセッサ２００の構成を説明する。内視鏡プロセッサ２００は、内視鏡装置１００から出力される画像信号を画像入力コントローラ２０２を介して入力し、画像処理部２０４で必要な画像処理を行ってビデオ出力部２０６を介して出力する。これによりモニタ４００に観察画像が表示される。これらの処理はＣＰＵ（Central Processing Unit；中央処理装置）２１０の制御下で行われる。画像処理部２０４では、ホワイトバランス調整等の画像処理の他、モニタ４００に表示する画像の切替や重畳表示、電子ズーム処理、操作モードに応じた画像の表示、画像信号からの特定成分（例えば輝度信号）の抽出等を行う。また画像処理部２０４では、撮像素子１３４の結像面におけるスポット位置の測定や、測定した位置に基づくマーカの大きさ（ピクセル数）の算出が行われる（後述）。メモリ２１２には、ＣＰＵ２１０や画像処理部２０４が行う処理に必要な情報、例えば撮像素子１３４の結像面におけるスポットの位置とマーカの大きさとの関係があらかじめ記憶されている。この関係は、関数形式で記憶してもよいし、テーブル形式で記憶してもよい。
また、内視鏡プロセッサ２００は操作部２０８を備えている。操作部２０８は図示せぬ操作モード設定スイッチや送水指示ボタン等を備えており、また可視光及び／または赤外光の照射を操作することができる。操作部２０８はさらにユーザの操作を受け付けるキーボード及びマウス（選択部；不図示）を備えており、ユーザはこれらのデバイスにより観察モードの切替やマーカの表示条件設定等の操作を行うことができる。
＜内視鏡装置による観察＞
図１０は内視鏡装置１００の挿入部１０４を被検体内に挿入した状態を示す図であり、撮像光学系１３０を介して撮像範囲ＩＡについて観察画像を取得する様子を示している。図１０では、スポットＳＰ０が腫瘍ｔｍ（黒色で隆起している部分）の付近に形成されている様子を示す。
＜計測処理の流れ＞
次に、内視鏡システム１０を用いた被検体の計測について説明する。図１１は計測処理を示すフローチャートである。
まず、内視鏡装置１００の挿入部１０４を被検体に挿入し、内視鏡システム１０を通常観察モードに設定する（ステップＳ１０）。通常観察モードは、光源装置３００から照射される照明光を被写体に照射して画像を取得し、被写体を観察するモードである。通常観察モードへの設定は内視鏡システム１０の起動時に内視鏡プロセッサ２００が自動的に行ってもよいし、ユーザによる操作部２０８及び／またはモニタ４００のタッチパネルの操作に応じて行ってもよい。
内視鏡システム１０が通常観察モードに設定されたら、照明光を照射して被写体を撮像し、モニタ４００に表示する（ステップＳ１２）。被写体の画像としては静止画を撮像してもよいし、動画を撮像してもよい。撮像の際は、被写体の種類や観察の目的に応じて照明光の種類（可視光または赤外光）を切り換えることが好ましい。ユーザはモニタ４００に表示される画像を見ながら挿入部１０４を進退及び／または屈曲操作して先端硬質部１１６を観察対象に向け、計測したい被写体（病変部等の特定領域）を撮像できるようにする。
次に、通常観察モードから計測モードに移行するか否かを判断する（ステップＳ１４）。この判断は操作部２０８及び／またはモニタ４００のタッチパネルを介したユーザ操作の有無に基づいて行ってもよいし、内視鏡プロセッサ２００からの切替指令の有無に基づいて行ってもよい。また、内視鏡プロセッサ２００が一定のフレーム間隔（１フレーム毎、２フレーム毎等）で通常観察モードと計測モードとを交互に設定してもよい。ステップＳ１４の判断が否定されるとステップＳ１２へ戻って通常観察モードでの撮像を継続し、判断が肯定されるとステップＳ１６へ進んで計測モードに切り替える。
計測モードは、レーザヘッド５０６からレーザ光（計測補助光）を照射して被写体にスポットを形成し、スポットが形成された被写体の画像に基づいて被写体の大きさ（長さ）を計測するためのマーカを生成及び表示するモードである。第１の実施形態では計測補助光として赤色レーザ光を用いるが、内視鏡画像では消化管に赤みがかったものが多いので、計測条件によってはスポットを認識しにくくなる場合がある。そこで計測モードでは、ステップＳ１６においてスポットの画像取得及び位置計測の際に照明光を消灯するか、スポットの認識に影響が出ない程度に照度を下げ、レーザヘッド５０６から計測補助光を照射する。このような制御は、内視鏡プロセッサ２００及び光源制御部３５０により行うことができる。
＜マーカ表示条件の設定＞
ステップＳ１８では、マーカ（指標図形）の表示条件を設定する。この設定は操作部２０８及び／またはモニタ４００のタッチパネルを介したユーザ操作により内視鏡プロセッサ２００が行うことができ、これによりユーザは所望の態様でマーカを表示させて被写体の大きさを容易に計測することができる。表示条件設定操作の詳細は後述する（図１６〜図３０を参照）。なお図１１のフローチャートではステップＳ１６での計測モード設定後にマーカ表示条件を設定しているが、表示条件の設定はシステム起動時等他のタイミングで行ってもよい。また、表示条件は必要に応じて変更することができる（ステップＳ２８参照）。
ステップＳ２０では、計測補助光によりスポットが形成された被写体（病変部等の特定領域）の画像を撮像する。観察距離が計測範囲内である場合、撮像光学系１３０の撮影画角内にスポットが形成される。以下に詳細を説明するように、観察距離に応じて画像内の（撮像素子上の）スポットの位置が異なり、表示すべきマーカの大きさ（ピクセル数）がスポットの位置に応じて異なる。
＜観察距離に応じたスポット位置の変化＞
第１の実施形態では、計測補助光の光軸Ｌ１を撮像光学系の光軸Ｌ２を含む平面に射影した場合に、光軸Ｌ１が光軸Ｌ２に対し０度でない傾き角を有し、撮像光学系の画角を横切る。したがって、画像（撮像素子）におけるスポットの位置は被写体までの距離によって異なる。例えば、図１２（光軸Ｌ１及び光軸Ｌ２を含む平面内において、先端硬質部１１６を側面方向から見た状態を示す図）に示すように、観察距離の範囲Ｒ１（測長距離範囲）において観察可能であるとすると、範囲Ｒ１の近端Ｐ１（至近距離）、中央付近の点Ｐ２、及び遠端Ｐ３（最遠距離）では、各点での撮像範囲（矢印Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で示す）におけるスポットの位置（各矢印と光軸Ｌ１が交わる点）が異なることが分かる。なお、図１２において実線の内側が撮像光学系１３０の撮像画角であり、一点鎖線の内側が計測画角である。撮像光学系１３０の撮像画角のうち収差の少ない中央部分で計測を行うようにしている。
図１３は図７と同様に先端硬質部１１６を正面から見た状態を示す図であり、撮像光学系１３０の光軸Ｌ１、計測補助光の光軸Ｌ２、及び撮像素子１３４の撮像範囲Ｒ２の関係を仮想的に示した図である。図１３は光軸Ｌ１，Ｌ２が同一平面上に存在し、その平面上で交差する場合を示している。図１３の例では、観察距離に応じた位置に形成されたスポットＰ４，Ｐ５，Ｐ６（観察距離がそれぞれ近端付近、中央付近、遠端付近の場合に対応）を示している。なお、レーザヘッド５０６が鉗子口１２６に設けられている場合（図８参照）は、図１４に示すように撮像範囲Ｒ３においてスポットＰ７，Ｐ８，Ｐ９（観察距離がそれぞれ近端付近、中央付近、遠端付近の場合に対応）のようになる。
図１３，１４に示すように、観察距離が近端（至近距離）付近の場合のスポット位置と遠端（最遠距離）付近の場合のスポット位置とは、撮像光学系１３０の光軸Ｌ１を挟んで反対側に位置することが分かる。
このような第１の実施形態におけるスポット位置の変化に対し、上述した特許文献２のような従来の技術では、計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と平行なので、観察距離の変化によるスポット位置の移動が小さい。具体的には、観察距離が短いときはスポットが撮像画像の中心（撮像素子の中心）から離れた位置に存在し、観察距離が長くなるにつれて撮像画像の中心（撮像素子の中心）に近づいていくが、観察距離の近端と遠端とでスポット位置が撮像光学系の光軸の反対側に位置することはない。このような従来の技術に対し、第１の実施形態では上述のように観察距離の変化に対するスポット位置の移動の感度が高く、被写体の大きさを高精度に計測することができる。
このように、撮像画像内（撮像素子１３４上）のスポット位置は撮像光学系１３０の光軸Ｌ２と計測補助光の光軸Ｌ１との関係、及び観察距離に応じて異なるが、観察距離が近ければ同一の実寸サイズ（例えば５ｍｍ）を示すピクセル数が多くなり、観察距離が遠ければピクセル数が少なくなる。したがって、詳細を後述するように、スポットの位置と被写体の実寸サイズに対応するマーカの大きさ（ピクセル数）との関係を示す情報をあらかじめ記憶しておき、スポット位置に応じてこの情報を取得することで、マーカの大きさを算出することができる。なお、算出の際に観察距離そのものを測定する必要はない。
図１１のフローチャートに戻り、撮像素子１３４の撮像面におけるスポットの位置計測（ステップＳ２２）について説明する。ステップＳ２２におけるスポットの位置計測は、赤（Ｒ）色のフィルタ色のカラーフィルタが配設された画素の画素信号により生成される画像により行う。ここで、撮像素子１３４の各画素に配設されている各色（赤，緑，青）のカラーフィルタにおける波長と感度との関係は図１５の通りであり、また上述のように、レーザヘッド５０６から出射されるレーザ光は波長６５０ｎｍの赤色レーザ光である。即ち、スポット位置の測定は（赤，緑，青）のカラーフィルタのうちレーザ光の波長に対する感度が最も高い赤色のカラーフィルタが配設された画素（Ｒ画素）の画像信号により生成される画像に基づいて行われる。この際、画素信号のビットマップデータまたはＲＡＷ（Raw image format）データのＲ画素の信号強度に閾値を設けて二値化し、白部分（信号強度が閾値より高い画素）の重心を算出することで、スポットの位置を高速に認識することができる。なお、実画像（全ての色の画素信号により生成される画像）によりスポットを認識する場合は、緑色及び青色のカラーフィルタが配設された画素（Ｇ画素、Ｂ画素）の画素信号に閾値を設け、ビットマップデータがあるＧ画素及びＢ画素の画素信号の値が閾値以下の画素のみを抽出することが好ましい。
なお上述した手法はスポット位置計測の一例であり、画像認識及びスポット認識についての他の公知の手法を採用してもよい。
なお計測モードでは、上述のようにスポットの画像取得（ステップＳ２０）及び位置計測（ステップＳ２２）に際して照明光を消灯するかスポットの認識に影響が出ない程度に照度を下げて、レーザヘッド５０６から計測補助光を照射する。スポットを撮像する際の照明光の照度が高すぎると、得られた画像においてスポットとそれ以外の部分とのコントラストが小さくなってスポットの認識ができず、計測ができなくなる場合があるが、このように必要に応じて照明光を消灯または減光することによりスポットが鮮明な画像を取得することができ、スポットの位置を正確に計測して適切な大きさのマーカを生成及び表示することができる。なお照明光は必ずしも減光または消灯する必要はなく、スポットの認識に影響がない場合は照度はそのままでよい。
ステップＳ２４では、被写体の実寸サイズを示すマーカを生成する。上述のように、マーカの大きさは画像内の（即ち、撮像素子の撮像面上の）スポットの位置に応じて異なるので、スポットの位置と被写体の実寸サイズに対応するマーカの大きさ（ピクセル数）との関係をあらかじめ測定してその関係を示す情報をメモリ２１２に記憶しておき、内視鏡プロセッサ２００がステップＳ２２で計測したスポット位置に応じてメモリ２１２から情報を取得し、取得した情報に基づいてマーカの大きさを求める。ステップＳ２０で撮像を行うごとにステップＳ２２，Ｓ２４の処理を行うことにより、撮像素子１３４におけるスポットの位置に応じてマーカの大きさを設定することができる。なお、マーカの大きさはリアルタイムで設定することが好ましいが、計測のリアルタイム性への要求が高くない場合は、マーカの大きさはリアルタイム（ステップＳ２０で撮像を行う毎）でなくある程度のフレーム間隔毎に求めてもよい（その結果、撮像とマーカの大きさ算出に若干の遅延があってもよい）し、ユーザの指定があった場合に求めてもよい。また、計測がリアルタイムでなくてよい場合は、必要な撮像及び画像の記録を行ってその後別途（オフライン等）マーカの生成及び表示を行ってもよい。
スポット位置とマーカの大きさとの関係を求める手順、及びマーカの表示条件を設定する操作については、詳細を後述する。
ステップＳ２６では、観察画像及びマーカをモニタ４００に表示する。第１の実施形態に係る内視鏡システム１０では、表示されたマーカにより特定領域の大きさを容易に計測することができる。マーカの表示条件設定及び設定した条件に基づく表示については、詳細を後述する（図１６〜図３０を参照）。
ステップＳ２８ではマーカの表示条件を変更するか否かを判断する。この判断は操作部２０８及び／またはモニタ４００を介したユーザ操作に基づいて行うことができ、判断が肯定されるとステップＳ１８に戻って表示条件を再度設定し、判断が肯定されるとステップＳ３０に進んで計測モードを終了するか否かを判断する。ステップＳ３０での判断は操作部２０８及び／またはモニタ４００を介したユーザ操作に基づいて行ってもよいし、内視鏡プロセッサ２００からの切替指令の有無に基づいて行ってもよい。また、計測モードへの移行の際と同様に、一定フレーム数が経過したら自動的に計測モードを終了して通常観察モードに復帰してもよい。ステップＳ３０の判断が否定されるとステップＳ２０へ戻り、ステップＳ２０からステップＳ２８までの処理を繰り返す。ステップＳ３０の判断が肯定されると、計測補助光を消灯すると共に照明光の照度を通常照度に戻して通常観察モードに復帰する（ステップＳ１０へ戻る）。なお、通常観察モードでの観察に支障がなければ、計測補助光を消灯しなくてもよい。
＜マーカ表示条件の設定＞
次に、上述したマーカ表示条件設定（図１１のステップＳ１８）及び設定した条件による表示の態様について詳細に説明する。図１６はマーカ表示条件を設定するための初期画面の例を示す図である。図１６では、表示条件の各項目について条件名（領域Ｃ０１〜Ｃ０８）、設定条件の内容（数値等；領域Ｖ０１〜Ｖ０８）、及び条件設定用のボタン（Ａ０１〜Ａ０８）が示されている。画面下部に設けられたボタンＢ０１は表示条件確定用、ボタンＢ０２は条件変更のキャンセル用、ボタンＢ０３は条件変更のクリア（初期値に戻す）用のボタンである。図１６〜図３０の画面はモニタ４００に表示され、モニタ４００のタッチパネル及び／または操作部２０８の図示せぬキーボード及びマウスを介したユーザの操作により表示条件を設定することができる。
領域Ｃ０１，Ｖ０１は表示するマーカの数を示しており、ボタンＡ０１を介した選択操作により１または複数のマーカを表示させることができる。領域Ｃ０２，Ｖ０２はマーカの形状を示しており、ボタンＡ０２を介した操作により、十字、目盛付き十字、点、円、円及び十字等のマーカを表示させることができる。領域Ｃ０３，Ｖ０３はマーカの大きさ（実サイズ）を示しており、ボタンＡ０３を介した操作により具体的な数値（例えば５ｍｍ）を選択することができる。領域Ｃ０４，Ｖ０４はマーカの色を示しており、ボタンＡ０４を介した選択操作により白、黒、赤、青等の色を選択することができる。領域Ｃ０５，Ｖ０５はマーカの大きさの具体的な値（例えば５ｍｍ）をマーカと合わせて表示するか否かを示しており、ボタンＡ０５を介した操作により表示するか否か（ＯＮまたはＯＦＦ）を選択することができる。領域Ｃ０６，Ｖ０６は撮像光学系１３０の歪曲収差に合わせてマーカを歪曲表示するか否かを示しており、ボタンＡ０６を介した選択操作により歪曲表示するか否か（ＯＮまたはＯＦＦ）を選択することができる。領域Ｃ０７，Ｖ０７はマーカの中心をスポットの中心と一致させて表示するか否かを示しており、ボタンＡ０７を介した操作により一致させて表示するか否か（ＯＮまたはＯＦＦ）を選択することができる。領域Ｃ０８，Ｖ０８はマーカに目盛（例えば、マーカの大きさが１０ｍｍの場合に２ｍｍごとに目盛を表示する）を表示するか否かを示しており、ボタンＡ０８を介した選択操作により目盛を表示するか否か（ＯＮまたはＯＦＦ）を選択することができる。
＜表示条件設定の具体例＞
次に、表示条件設定操作の具体例について説明する。図１７はマーカ数を設定する画面の例を示す図であり、図１６の画面でモニタ４００に備えられたタッチパネルの操作、あるいは操作部２０８を介した操作等（他の項目についても同様）によりボタンＡ０１を指定すると領域Ｖ０１がプルダウン表示の状態になり図１７の状態に遷移する。なお、図１７においてマーカ数以外の項目については図示を省略している。図１７では、マーカ数として設定可能な値（この場合、１から５まで）が領域Ｖ０１に表示され、値を設定するにはユーザはボタンＡ０１ａ，Ａ０１ｂ、及びスライドバーＡ０１ｃで選択範囲を上下に移動させて数値（例１では“１”）を選択し、ボタンＢ０１（ＯＫボタン）を指定すればよい。
図１８はマーカの形状を設定する画面の例を示す図であり、図１６の画面でボタンＡ０２を指定すると領域Ｖ０２がプルダウン表示の状態になり図１８の状態に遷移する（マーカ形状以外の項目については図示を省略）。上述のように例１ではマーカ数として１を設定しているので、マーカ形状については１個分設定すればよい。例１においてマーカ形状は「十字、目盛付十字、点、円、円＋十字」の中から選択でき、図１７と同様にユーザはボタンＡ０２ａ，Ａ０２ｂ、及びスライドバーＡ０２ｃで選択範囲を上下に移動させて形状（例１では“十字”）を選択し、ボタンＢ０１を指定すればよい。
図１９はマーカの大きさ（実サイズ）を設定する画面の例を示す図であり、図１６の画面でボタンＡ０３を指定すると領域Ｖ０３がプルダウン表示の状態になり図１９の状態に遷移する（大きさ以外の項目については図示を省略）。上述のように例１ではマーカ数として１を設定しているので、マーカの大きさについても１個分設定すればよい。例１においてマーカの大きさは「２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ」の中から選択でき、図１７と同様にユーザはボタンＡ０３ａ，Ａ０３ｂ、及びスライドバーＡ０３ｃで選択範囲を上下に移動させて大きさ（例１では“５ｍｍ”）を選択し、ボタンＢ０１を指定すればよい。なお、「マーカの大きさが５ｍｍ」とは「実サイズで５ｍｍに対応する大きさ（ピクセル数）のマーカがモニタ４００の画面に表示される」ことを意味し、モニタ４００の画面におけるマーカの大きさは５ｍｍである必要はない。
図２０はマーカの色を設定する画面の例を示す図であり、図１６の画面でボタンＡ０４を指定すると領域Ｖ０４がプルダウン表示の状態になり図２０の状態に遷移する（色以外の項目については図示を省略）。上述のように例１ではマーカ数として１を設定しているので、マーカの色についても１個分設定すればよい。例１においてマーカ形状は「赤、青、白、黒、黄、緑」の中から選択でき、図１７と同様にユーザはボタンＡ０４ａ，Ａ０４ｂ、及びスライドバーＡ０４ｃで選択範囲を上下に移動させて形状（例１では“黒”）を選択し、ボタンＢ０１を指定すればよい。
上述した操作により、「マーカ数：１、形状：十字、色：黒、大きさ：５ｍｍ」の条件が設定される。また、同様の操作により「数値表示：ＯＮ、オフセット表示：ＯＦＦ、歪曲表示：ＯＦＦ」の条件が設定されたものとする。なおユーザが設定した表示条件に不整合（例えば、「マーカ数」で設定した数と「大きさ」を設定した数が異なる）があった場合、図３０のように警告メッセージＭＳ１を出力してもよい。
＜他の操作手段による表示条件の設定＞
上述した例ではモニタ４００のタッチパネル及び／または操作部２０８の図示せぬキーボード及びマウスによりマーカ表示条件を設定する場合について説明したが、表示条件の設定は他の操作手段を介して行ってもよい。例えば手元操作部１０２にボタン類を設けて表示条件を設定してもよい。また、フットペダル、音声入力、視線入力、ジェスチャ入力等により表示条件を設定してもよい。内視鏡装置１００の操作時はユーザが両手を自由に動かせない場合があり、そのような場合はこれらの操作手段が有効である。
表示条件を設定する際に、具体的な値をユーザの操作によって段階的に切り替えるようにしてもよい。例えば、手元操作部１０２のボタン操作、フットペダル、音声等による段階的切り替えを行ってよい。そのような段階的切り替えの例としては、操作手段を操作する毎にマーカの大きさを「２ｍｍ−３ｍｍ−４ｍｍ−５ｍｍ−７ｍｍ−１０ｍｍ−１５ｍｍ−２０ｍｍ−３０ｍｍ−５０ｍｍ−２ｍｍ…（以下繰り返し）」と変化させる態様を挙げることができる。
＜画面表示の具体例＞
＜例１＞
上述の条件での画面表示の例を図２１に示す。モニタ４００に表示される画面は図２１のように画像表示領域Ｄ０１及び情報表示領域Ｄ０２から構成される。画像表示領域Ｄ０１には、腫瘍ｔｍ１に対しスポットＳＰ１が形成され、スポットＳＰ１と中心を一致させて十字状のマーカＭ１（単一のマーカ）が黒色で表示される。図２１で“５”とあるのは、図２２に示すようにマーカＭ１の上下方向及び左右方向における画面上の大きさ（ピクセル数）が実サイズでは５ｍｍに対応していることを示す。一方、情報表示領域Ｄ０２には、内視鏡システム１０が「計測モード」である旨が領域Ｄ０２Ａに表示され、現在の表示条件が領域Ｄ０２Ｂに表示される。ボタンＢ０４を指定すると通常観察モードに変更され、ボタンＢ０５を指定すると図１６〜図２０に示すような表示条件設定画面が表示される。
上述した情報表示領域Ｄ０２により、表示条件を容易に確認及び／または変更することができる。なお情報表示領域Ｄ０２は別画面にしてもよいし、観察モード時は隠す、縮小するなどして画像表示領域Ｄ０１を広くしても良い。
＜例２＞
図２１の例ではマーカＭ１はスポットＳＰ１の位置を中心に表示している。これはスポットＳＰ１の位置がマーカの大きさを最も適切に表しているからである。しかしマーカの表示はこのような態様に限定されるものではない。例えば図２３に示すように、例１の条件をボタンＢ０５の指定を介して「オフセット表示：ＯＮ」に変更することによりマーカＭ２の中心をスポットＳＰ２の中心からオフセットさせ、画面中央（図２３では腫瘍ｔｍ２上）にマーカＭ２を表示してもよい。オフセット位置は、ユーザが指定できるようにしてもよい。このようにマーカをオフセット表示しても、観察対象が撮像光学系１３０に対して正対している場合（斜めになっていない場合）は表示位置に依存した計測精度への影響が少ない。
＜例３＞
撮像光学系１３０の歪曲収差は撮影画角の周辺で大きくなるため、マーカを画面の周辺部分に表示する際は歪曲収差の補正を行うことが好ましい。図２４は、撮像光学系１３０の歪曲収差の影響を補正してマーカを表示した様子を示す図である。腫瘍ｔｍ３上に形成されたスポットＳＰ３を中心として、歪曲収差補正後のマーカＭ３が表示されているボタンＢ０５の指定を介して「歪曲表示：ＯＮ」とすることにより、このような表示を行うことができる。なお、補正の際に歪曲収差のデータは撮像光学系１３０の設計値を用いてもよいし、別途測定して取得してもよい。なおマーカを歪曲表示するのではなく、被写体の画像を歪曲収差に応じて補正し、補正後の画像に対して歪曲させないマーカを表示してもよい。これにより被写体の形状等が正確に表示され高精度に計測を行うことができる。
＜例４＞
図２５は、大きさが異なる３つの同心円状のマーカＭ４Ａ，Ｍ４Ｂ，Ｍ４Ｃ（大きさはそれぞれ直径が２ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ）を腫瘍ｔｍ４上に形成されたスポットＳＰ４を中心として表示した例である。マーカを複数表示するので切り替えの手間が省け、また被写体が非対称な形状をしている場合でも計測が容易である。
なお、図２５のように複数のマーカを表示する場合は、大きさや色をマーカ毎に指定するのではなく、複数の条件の組み合わせをあらかじめ用意しておきその組合せの中から選択できるようにしてもよい。図２８では、そのような場合の例として大きさの組合せＣ１０〜Ｃ１２から組合せＣ１２を選択した様子を示している。なおこのような個別の条件（図２８の例では大きさ）に限らず、表示条件（図１６参照）のうち複数の項目について「マーカの数：３、形状：同心円、大きさ：２ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ、色：赤、白、青、数値表示：ＯＮ、オフセット表示：ＯＦＦ、歪曲表示：ＯＦＦ、目盛表示：ＯＦＦ」のような組合せを複数設定しておき、その組合せの中から選択するようにしてもよい。
このように組合せを選択する際に、「選択した大きさとその前後１段階ずつの大きさの、合計３つの異なる大きさのマーカを同時に表示し、その中心サイズをユーザ操作により切り替える」という態様を用いてもよい。例えば「（２，３，４）−（３，４，５）−（４，５，７）…（２０，３０，５０）−（２，３，４）…（以下繰り返し；単位はｍｍ）」のように切り替えることができる。なおアンダーラインを付した大きさが中心サイズである。
このように表示条件の組合せを選択することで、マーカの数が多い場合でも条件設定を迅速かつ容易に行うことができる。
＜例４の変形例１＞
図２５に示す例では３つのマーカ全てを同じ色（黒）で表示しているが、複数のマーカを表示する場合、マーカによって色を変えてもよい。図２６は各マーカの色を変えた場合の表示例であり、マーカＭ５Ａは赤、マーカＭ５Ｂは青色、マーカＭ５Ｃは白で表示している。なお色の違いは図示困難なため、色の違いを線種の違い（赤は点線、青は実線、白は一点鎖線）で示している。このようにマーカの色を変えることで識別性が向上し、容易に計測を行うことができる。
＜例４の変形例２＞
図２５，２６のように同心円状のマーカを表示させる場合に、各マーカを図２４のように「歪曲表示：ＯＮ」とした場合の表示例を図２７に示す。図２７の場合は、完全な同心円ではなく歪んだ形のマーカＭ６Ａ，Ｍ６Ｂ，Ｍ６Ｃが腫瘍ｔｍ５に形成されたスポットＳＰ５を中心に表示している。
＜表示条件設定操作の他の例＞
次に、表示条件設定操作の他の例について説明する。図１６について説明した例ではマーカの表示条件を文字表示しているが、マーカのタイプを示すアイコン状の小画像を表示条件設定画面に表示し、その小画像を選択することで表示条件を設定できるようにしてもよい。図２９はそのような小画像による表示条件設定の様子を示す図であり、タイプの異なるマーカを示す小画像Ｋ０１〜Ｋ０９が表示され、同心円状のマーカを示す小画像Ｋ０７が選択されている。この状態からその他の表示条件（大きさ、色、数値表示等）を設定する場合、図２９と同様に他の表示条件に対応した小画像をさらに選択することで設定してもよいし、図１６〜２０等と同様の操作により設定してもよい。
＜スポット位置とマーカの大きさとの関係の測定＞
第１の実施形態では、スポットの撮像素子上の位置と被写体の実寸サイズに対応するマーカの大きさ（ピクセル数）との関係をあらかじめ測定してスポット位置に関連づけてメモリ２１２に記憶しておき、計測したスポット位置に応じてこの関係を参照してマーカの大きさを算出する。以下、スポット位置とマーカの大きさとの関係の測定手順の例を説明する。なお、ここではマーカは十字型とし、水平方向及び垂直方向の実寸サイズを５ｍｍとする。
スポット位置とマーカの大きさとの関係は、実寸サイズのパターンが規則的に形成されたチャートを撮像することで得ることができる。例えば、計測補助光を出射させることでスポットを形成し、観察距離を変化させてスポットの位置を変えながら実寸サイズと同じ罫（５ｍｍ罫）もしくはそれより細かい罫（例えば１ｍｍ罫）の方眼紙状のチャートを撮像し、スポット位置（撮像素子の撮像面におけるピクセル座標）と実寸サイズに対応するピクセル数（実寸サイズである５ｍｍが何ピクセルで表されるか）との関係を取得する。
図３１は、５ｍｍ罫のチャートを撮影した状態を示す図である。撮影距離は近端に近い状態であり、罫の間隔が広く写っている。図３１において（ｘ１，ｙ１）は、撮像素子１３４の撮像面におけるスポットＳＰ６のＸ，Ｙ方向ピクセル位置を示す。スポットＳＰ６の位置（ｘ１，ｙ１）でのマーカＭ７の、実寸サイズ５ｍｍに対応するＸ方向ピクセル数をＬｘ１、Ｙ方向ピクセル数をＬｙ１とする。このような測定を、観察距離を変えながら繰り返す。図３２は図３１と同じ５ｍｍ罫のチャートを撮影した状態を示す図であるが、図３１の状態よりも撮影距離が遠端に近い状態であり、罫の間隔が狭く写っている。図３２の状態において、撮像素子１３４の撮像面におけるスポットＳＰ７の位置（ｘ２，ｙ２）でのマーカＭ８の、実寸サイズ５ｍｍに対応するＸ方向ピクセル数をＬｘ２、Ｙ方向ピクセル数をＬｙ２とする。そして観察距離を変えながら図３１，３２のような測定を繰り返し、結果をプロットする。なお、説明の都合上図３１，３２では撮像光学系１３０の歪曲収差を考慮せず表示している。
図３３はスポット位置のＸ座標とＬｘ（マーカのＸ方向ピクセル数）との関係を示す図であり、図３４はスポット位置のＹ座標とＬｘとの関係を示す図である。Ｌｘは図３３の関係よりＸ方向位置の関数としてＬｘ＝ｇ１（ｘ）と表され、また図３４の関係よりＹ方向位置の関数としてＬｘ＝ｇ２（ｙ）と表される。ｇ１，ｇ２は上述したプロット結果から例えば最小二乗法により求めることができる。このように、Ｌｘを表す２つの関数ｇ１，ｇ２が得られるが、スポットのＸ座標とＹ座標とは一対一に対応しておりｇ１，ｇ２のいずれを用いても基本的に同じ結果（同じスポット位置に対しては同じピクセル数）が得られるため、マーカの大きさを算出する際はどちらの関数を用いてもよい。ｇ１，ｇ２のうち位置変化に対するピクセル数変化の感度が高い方の関数を選んでもよい。また、ｇ１，ｇ２の値が大きく異なる場合は「スポットの認識ができなかった」と判断してもよい。
第１の実施形態では、このようにして得られた関数ｇ１，ｇ２を示す情報を、関数形式、ルックアップテーブル形式等によりメモリ２１２に計測前に記憶しておく。
また、図３５はスポット位置のＸ座標とＬｙ（Ｙ方向ピクセル数）との関係を示す図であり、図３６はスポット位置のＹ座標とＬｙとの関係を示す図である。Ｌｙは図３５の関係よりＸ方向位置の関数としてＬｙ＝ｈ１（ｘ）と表され、図３６の関係よりＹ方向位置の関数としてＬｙ＝ｈ２（ｙ）と表される。Ｌｙについても、Ｌｘと同様に関数ｈ１，ｈ２のいずれを用いてもよい。
＜照明用光源の変形例＞
上述した実施形態及び変形例では、照明及び観察用の光源装置３００（照明光源）が可視光源３１０Ａ（照明光源）及び赤外光源３１０Ｂ（照明光源）を備える場合について説明しているが、本発明の実施において光源の構成はこのような態様に限られない。例えば（白色）、（青色、緑色、赤色）、または（紫色、青色、緑色、赤色）等波長の異なる１または複数のＬＥＤにより光源を構成してもよい。この場合観察対象や観察条件に応じて各色のＬＥＤを単独で発光させてもよいし、複数色のＬＥＤを同時に発光させてもよい。また全ての単色光のＬＥＤを同時に発光させることで白色光を照射してもよい。
また、白色光（広帯域光）用レーザ光源及び狭帯域光用レーザ光源により光源装置を構成してもよい。この場合狭帯域光としては青色、紫色等１または複数の波長から選択することができる。
また、光源をキセノン光源とし、通常光（白色光）用の光源及び狭帯域光用の光源により光源装置を構成してもよい。この場合、狭帯域光としては青色、緑等１または複数の波長から選択することができ、例えば光源の前方に配置され青色及び緑色のカラーフィルタが設けられた円板状のフィルタ（ロータリカラーフィルタ）を回転させることで、照射する狭帯域光の波長を切り替えてもよい。なお青色、緑色の狭帯域光に代えて波長の異なる２波長以上の赤外光を用いてもよい。
光源装置の光源種類、波長、フィルタの有無等は被写体の種類や観察の目的等に応じて構成することが好ましく、また観察の際は被写体の種類や観察の目的等に応じて照明光の波長を組合せ及び／または切り替えることが好ましい。例えば、上述した各色のＬＥＤ光の間で、白色レーザ光と第１，第２狭帯域レーザ光（青色、紫色）との間で、青色狭帯域光と緑色狭帯域光との間で、あるいは第１赤外光と第２赤外光との間で照明光の波長を適宜組合せ及び／または切り替えることが好ましい。
＜撮像素子及び撮像方式の変形例＞
上述した実施形態及び変形例では、撮像素子１３４は各画素に対しカラーフィルタが配設されたカラー撮像素子である場合について説明したが、本発明において撮像素子の構成及び撮像方式はこのような態様に限定されるものではなく、モノクロ撮像素子（ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型等）でもよい。
モノクロ撮像素子を用いる場合、照明光の波長を順次切り替えて面順次（色順次）で撮像することができる。例えば出射する照明光の波長を（紫色、青色、緑色、赤色）の間で順次切り替えてもよいし、広帯域光（白色光）を照射してロータリカラーフィルタ（赤色、緑色、青色等）により出射する照明光の波長を切り替えてもよい。また、１または複数の狭帯域光（緑色、青色等）を照射してロータリカラーフィルタ（緑色、青色等）により出射する照明光の波長を切り替えてもよい。狭帯域光は波長の異なる２波長以上の赤外光でもよい。
＜その他＞
本発明の内視鏡システムは、生体である被検体を計測する以外に、配管等の生体でない被検体を計測する場合にも適用できる。また本発明の内視鏡システムは、工業用部品や製品の寸法や形状を計測する場合にも適用できる。
以上で本発明の例に関して説明してきたが、本発明は上述した実施形態及び例に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
１０ 内視鏡システム
１００ 内視鏡装置
１０２ 手元操作部
１０４ 挿入部
１０６ ユニバーサルケーブル
１０８ ライトガイドコネクタ
１１０ 内視鏡本体
１１２ 軟性部
１１４ 湾曲部
１１６ 先端硬質部
１１６Ａ 先端側端面
１２３ 照明部
１２３Ａ 照明用レンズ
１２３Ｂ 照明用レンズ
１２６ 鉗子口
１３０ 撮像光学系
１３２ 撮像レンズ
１３４ 撮像素子
１３６ 駆動回路
１３８ ＡＦＥ
１７０ ライトガイド
２００ 内視鏡プロセッサ
２０２ 画像入力コントローラ
２０４ 画像処理部
２０６ ビデオ出力部
２０８ 操作部
２１０ ＣＰＵ
２１２ メモリ
３００ 光源装置
３１０ 光源
３１０Ａ 可視光源
３１０Ｂ 赤外光源
３３０ 絞り
３４０ 集光レンズ
３５０ 光源制御部
４００ モニタ
５００ レーザモジュール
５０１ ファイバー外皮
５０２ レーザ光源モジュール
５０３ 集光レンズ
５０４ 光ファイバー
５０６ レーザヘッド
５０７ 補強材
５０８ フェルール
５０９ ハウジング
５１０ ＧＲＩＮレンズ
５１２ プリズム
Ａ０１ ボタン
Ａ０１ａ ボタン
Ａ０１ｃ スライドバー
Ａ０２ ボタン
Ａ０２ａ ボタン
Ａ０２ｃ スライドバー
Ａ０３ ボタン
Ａ０３ａ ボタン
Ａ０３ｃ スライドバー
Ａ０４ ボタン
Ａ０４ａ ボタン
Ａ０４ｃ スライドバー
Ａ０５ ボタン
Ａ０６ ボタン
Ａ０７ ボタン
Ａ０８ ボタン
ＡＬ１ 頂角
Ｂ０１〜Ｂ０５ ボタン
Ｃ０１〜Ｃ０８ 領域
Ｃ１０〜Ｃ１２ 組合せ
Ｄ０１ 画像表示領域
Ｄ０２ 情報表示領域
Ｄ０２Ａ 領域
Ｄ０２Ｂ 領域
ＩＡ 撮像範囲
Ｋ０１〜Ｋ０９ 小画像
Ｌ１ 光軸
Ｌ１Ａ 光軸
Ｌ１Ｂ 光軸
Ｌ２ 光軸
Ｍ１ マーカ
Ｍ２ マーカ
Ｍ３ マーカ
Ｍ４Ａ マーカ
Ｍ４Ｂ マーカ
Ｍ４Ｃ マーカ
Ｍ５Ａ マーカ
Ｍ５Ｂ マーカ
Ｍ５Ｃ マーカ
Ｍ６Ａ マーカ
Ｍ６Ｂ マーカ
Ｍ６Ｃ マーカ
Ｍ７ マーカ
Ｍ８ マーカ
ＭＳ１ 警告メッセージ
Ｐ１ 近端
Ｐ３ 遠端
Ｐ４〜Ｐ９ スポット
Ｒ１ 範囲
Ｒ２ 撮像範囲
Ｒ３ 撮像範囲
Ｓ１０〜Ｓ３０ 計測処理の各ステップ
ＳＰ０〜ＳＰ７ スポット
Ｖ０１〜Ｖ０８ 領域
ｇ１ 関数
ｇ２ 関数
ｈ１ 関数
ｈ２ 関数
ｔｍ 腫瘍
ｔｍ１〜ｔｍ５ 腫瘍
上述した特許文献２のように計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と成す角度が０度（計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と平行）だと、撮像素子上のスポットの位置は観察距離が遠くなるにつれて撮像素子の中心（撮像素子の光軸の位置）に近づいていくだけであり、撮像素子上のスポットの位置が最遠距離の場合と至近距離の場合とで撮像光学系の光軸の位置を挟んで反対側になることはない。これに対し第１２の態様によれば、計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と０度でない角度を成すので、傾き角を適切に設定することにより観察距離が短い場合でも計測補助光が撮像光学系の視野に入るようにすることができ、また、観察距離の変化に対するスポットの位置変化の感度が高くなるため高精度に計測することができる。なお、計測補助光の光軸が撮像光学系の光軸と成す角度は、計測補助光の光軸を撮像光学系の光軸を含む平面に射影した状態で規定することができる。
図２０はマーカの色を設定する画面の例を示す図であり、図１６の画面でボタンＡ０４を指定すると領域Ｖ０４がプルダウン表示の状態になり図２０の状態に遷移する（色以外の項目については図示を省略）。上述のように例１ではマーカ数として１を設定しているので、マーカの色についても１個分設定すればよい。例１においてマーカの色は「赤、青、白、黒、黄、緑」の中から選択でき、図１７と同様にユーザはボタンＡ０４ａ，Ａ０４ｂ、及びスライドバーＡ０４ｃで選択範囲を上下に移動させて色（例１では“黒”）を選択し、ボタンＢ０１を指定すればよい。
＜例３＞
撮像光学系１３０の歪曲収差は撮影画角の周辺で大きくなるため、マーカを画面の周辺部分に表示する際は歪曲収差の補正を行うことが好ましい。図２４は、撮像光学系１３０の歪曲収差の影響を補正してマーカを表示した様子を示す図である。腫瘍ｔｍ３上に形成されたスポットＳＰ３を中心として、歪曲収差補正後のマーカＭ３が表示されている。ボタンＢ０５の指定を介して「歪曲表示：ＯＮ」とすることにより、このような表示を行うことができる。なお、補正の際に歪曲収差のデータは撮像光学系１３０の設計値を用いてもよいし、別途測定して取得してもよい。なおマーカを歪曲表示するのではなく、被写体の画像を歪曲収差に応じて補正し、補正後の画像に対して歪曲させないマーカを表示してもよい。これにより被写体の形状等が正確に表示され高精度に計測を行うことができる。

Claims (12)

  1. 被写体の画像を取得する内視鏡を含む内視鏡システムであって、
    前記被写体に計測補助光を照射する補助光照射部と、
    前記計測補助光によりスポットが形成された前記被写体の画像を撮像光学系及び撮像素子を介して取得する撮像部と、
    前記取得した前記被写体の画像を表示する表示装置と、
    前記撮像部が前記被写体の画像を取得するのに応じて、前記被写体における特定領域の実サイズを示す指標図形であって、前記撮像素子における前記スポットの位置に応じて設定した大きさの指標図形を前記被写体の画像と共に前記表示装置に表示させるプロセッサと、
    を備える内視鏡システム。
  2. 前記プロセッサは、前記撮像光学系の歪曲収差に応じて歪曲させた前記指標図形を表示させる請求項１に記載の内視鏡システム。
  3. 前記プロセッサは、前記撮像光学系の歪曲収差に応じて補正した前記被写体の画像と共に前記指標図形を表示させる請求項１に記載の内視鏡システム。
  4. 前記プロセッサは、前記指標図形の中心を前記スポットの中心と一致させて、前記被写体の画像及び前記指標図形を表示させる請求項１から３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
  5. 前記プロセッサは、前記指標図形の中心を前記スポットの中心から離して、前記被写体の画像及び前記指標図形を表示させる請求項１から３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
  6. 前記プロセッサは、前記実サイズの単一の値に対応する大きさの前記指標図形を表示させる請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
  7. 前記プロセッサは、前記実サイズの複数の値から選択された値に対応する大きさの前記指標図形を表示させる請求項１から６のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
  8. 前記複数の値に対するユーザの選択操作を受け付ける選択部を備え、
    前記プロセッサは、前記複数の値のうちから前記選択操作に基づいて選択した値に対応する大きさの前記指標図形を一または複数表示させる請求項７に記載の内視鏡システム。
  9. 前記プロセッサは、前記実サイズの複数の値の組合せに対応する大きさの前記指標図形を表示させる請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
  10. 前記複数の値の組合せに対するユーザの選択操作を受け付ける選択部を備え、
    前記プロセッサは、前記選択操作に基づいて選択した組合せに対応する大きさの前記指標図形を表示させる請求項９に記載の内視鏡システム。
  11. 前記プロセッサは前記実サイズの値に対応して色が異なる前記指標図形を表示させる請求項１から１０のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
  12. 前記補助光照射部は、光軸が前記撮像光学系の光軸と０度でない角度をなす計測補助光を前記計測補助光として照射し、
    前記撮像部及び前記補助光照射部と前記被写体との距離を前記撮像光学系の前記光軸の方向に変化させた場合に、前記距離が前記内視鏡の測長距離範囲の最遠距離であるときの前記スポットの前記撮像素子における位置が、前記距離が前記測長距離範囲の至近距離であるときの前記スポットの前記撮像素子における位置に対して、前記撮像素子における前記撮像光学系の光軸の位置を挟んで反対側である請求項１から１１のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
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