JPWO2018128195A1 - キャリブレーション用固体試料、内視鏡システム、及び固体試料の作製方法 - Google Patents

キャリブレーション用固体試料、内視鏡システム、及び固体試料の作製方法 Download PDF

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Abstract

生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するためのキャリブレーション用参照試料として用いる固体試料は、非生体物質の複数の色材を有し、複数の色材の混合比率を調整することにより、所定の濃度及び所定の酸素飽和度のヘモグロビンの吸光特性を再現した色材群と、前記色材群の各色材が分散した樹脂材と、を有する非生体物質からなる。この固体試料の作製では、所定のヘモグロビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有するヘモグロビン吸光特性を再現した色材群を作製した後、前記色材群を有機溶媒に分散させた混合溶液に、母材となる樹脂を溶解させる。この後、前記樹脂の溶解した前記混合溶液から前記有機溶剤を揮発させて前記固体試料を作製する。

Description

本発明は、内視鏡システムのキャリブレーション用参照試料として用いる、非生体物質からなる固体試料、内視鏡システム、及び固体試料の作製方法に関する。
内視鏡によって得られた画像データから、被写体である生体組織中の生体物質、例えば、ヘモグロビンの濃度やヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求め画像表示する機能を備えた内視鏡システムが知られている。このような内視鏡システムを含むヘモグロビン観察装置の一例が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載のヘモグロビン観察装置は、酸素と１００％結合した状態の酸化ヘモグロビンの吸収スペクトルと、酸素を１００％放出した状態の還元ヘモグロビンの吸収スペクトルとが交差する波長を等吸収波長とするとき、等吸収波長を含む波長領域のうちの少なくとも２つの異なる第１の波長の光と第２の波長の光とをヘモグロビンを含む観察対象物に照射し、照射された光の反射光または透過光に基づいて観察対象物の像を取り込み、取り込んだ像の信号に基づいて所定の演算を行い、その処理結果を表示部に表示する構成を備える。このとき、取り込んだ像の信号の演算処理において、第１の波長の光における第１の反射光量または透過光量と、第２の波長の光における第２の反射光量または透過光量との差分に基づいてヘモグロビンと酸素との結合状態を算出する。
特開２００５−３２６１５３号公報
ヘモグロビン観察装置では、酸化ヘモグロビンの量を示す第１の波長における第１の吸光率の値Ｏ１と還元ヘモグロビンの量を示す第２の波長における第２の吸光率の値Ｏ２の差を正規化した比率を用いて、酸素飽和度を算出する。
しかし、第１の吸光率の値Ｏ１とヘモグロビン観察装置で得られた第１の波長における信号の値との関係や、第２の吸光率の値Ｏ２とヘモグロビン観察装置で得られた第２の波長における信号の値との関係が、ヘモグロビン観察装置間誤差としてばらついたり、１つのヘモグロビン観察装置であっても、装置の長期使用に伴って経時変化することが多い。また、上記比率の値が、０〜１００％の間の中間の酸素飽和度に一致するように修正係数を用いることも多い。
このため、精度の高いヘモグロビンの酸素飽和度を算出するために、内視鏡システムでは、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンを実際に観察し、観察から得られるヘモグロビンに関する算出結果と、観察した酸化ヘモグロビンの実際の濃度や酸素飽和度等の情報との対応付けを行うことが好ましい。例えば、内視鏡システムによる観察から得られる酸化ヘモグロビンの濃度に対応するデータや酸素飽和度に対応するデータと、観察した酸化ヘモグロビンの実際の濃度や酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの酸素飽和度の値との対応関係を予め求めておき、この対応関係を用いて、実際の観察対象とする生体組織の酸化ヘモグロビンの量や酸素飽和度を求めることが好ましい。
上記対応関係は、例えば、内視鏡システムの完成時に、所定のへモグロビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有する参照試料を用いて作成され、内視鏡システムに記録保持される。しかし、上述したように、内視鏡システムの使用に伴って経時変化するため、精度の高いヘモグロビンの酸素飽和度を算出するには、内視鏡システムによる生体組織の観察のたびに、この観察の直前に酸素飽和度の算出のためのキャリブレーションを行って、上記対応関係を再設定することが好ましい。この再設定のため、キャリブレーション用参照試料が用いられる。例えば、ヘモグロビン等の生体物質がキャリブレーション用参照試料として用いられる。しかし、この生体物質からなるキャリブレーション用参照試料を医療施設や医療現場に持ち込むことは、安全等の点から規制されており難しい。さらに、キャリブレーション用参照試料として用いる還元ヘモグロビンは、酸素に触れて酸化ヘモグロビンになり易く不安定な物質である。このため、生体物質からなるキャリブレーション用試料の代わりに、ヘモグロビンを模擬した安定した非生体物質からなるキャリブレーション用参照試料を用いることが望ましい。しかし、非生体物質からなり、酸素飽和度が変化しない安定したキャリブレーション用参照試料は、現在知られていない。
そこで、本発明は、生体物質からなるキャリブレーション用参照試料に代えて、キャリブレーションが可能な非生体物質からなる安定した固体試料、この固体試料を用いてキャリブレーションを行う内視鏡システム、及び、固体試料の作製方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、固体試料である。
前記固体試料は、
複数の色材を有し、前記複数の色材の混合比率を調整することにより、所定の濃度及び所定の酸素飽和度のヘモグロビンの吸光特性を再現した、非生体物質からなる色材群と、
前記色材群の各色材が分散した樹脂材と、を有し、非生体物質からなる。
前記固体試料は、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するためのキャリブレーションの参照試料として用いられる。
本発明の他の一態様は、内視鏡システムを用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出する方法、あるいは、内視鏡システムを用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するために用いる固体試料の使用である。
前記内視鏡システムは、
生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されたプロセッサと、を備える。
前記プロセッサは、上述した固体試料を、前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値と、前記固体試料における前記所定のヘモグロビンの濃度の情報との間の第１の対応付けを含む第１の対応関係、及び前記固体試料を前記キャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第２の比率のキャリブレーション測定値と、前記固体試料における前記所定のヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の第２の対応付けを含む第２の対応関係を記憶部に記憶し、
前記プロセッサは、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて前記第１の対応関係、及び前記第２の対応関係を参照することにより、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。
本発明のさらに、他の一態様は、内視鏡システムを用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出する方法、あるいは、内視鏡システムを用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するために用いる固体試料の使用である。
前記内視鏡システムは、
生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されたプロセッサと、を備える。
前記プロセッサは、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係、及び、上述した固体試料を、前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値のそれぞれが補正をすることにより予め設定された値になるような補正係数、を記憶部に記憶し、
前記プロセッサは、前記画像データの値を用いて得られる前記第１の比率及び前記第２の比率の値を前記補正係数を用いて補正した値を用いて前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を参照することにより、生体組織の前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。
上記態様それぞれにおいて、以下の好ましい形態を含む。
前記固体試料において、前記色材群は、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つの吸光ピーク波長を有する第１色材と、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つの吸光ピーク波長を有する第２色材と、を少なくとも含み、前記色材群で再現した吸光特性の波長帯域は、４００〜６００ｎｍの波長帯域である、ことが好ましい。
前記固体試料における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域の吸光スペクトルは、２つの吸光ピークと、前記２つの吸光ピークの間に挟まれ、前記２つの吸光ピークの間で吸光率が最低になる吸光ボトムとを備え、
前記２つの吸光ピークのそれぞれと、前記２つの吸光ピークのそれぞれに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ピークとの間の波長のずれは、いずれも２ｎｍ以下であり、
前記吸光ボトムと、前記吸光ボトムに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ボトムとの間の波長のずれは、それぞれ２ｎｍ以下であり、
前記２つの吸光ピークのそれぞれにおける吸光率は、前記２つの吸光ピークのそれぞれに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ピークにおける吸光率に対して、いずれも９５％〜１０５％の範囲にある、ことが好ましい。
また、前記固体試料における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域の吸光スペクトルは、５４６〜５７０ｎｍの範囲に１つの吸光ピークを備え、
前記吸光ピークにおける吸光率は、前記吸光ピークに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ピークにおける吸光率に対して、いずれも９５％〜１０５％の範囲にある、ことも好ましい。
前記固体試料における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域における平均吸光率の、前記固体試料の場所による変動は、前記平均吸光率の前記場所に関する平均値の５％以下である、ことが好ましい。
前記固体試料の波長５２８〜５８４ｎｍの波長帯域における平均吸光率に対する波長５４６〜５７０ｎｍの波長帯域における平均吸光率の比の前記固体試料の場所による変動は、前記比の前記場所に関する平均値の１％以下である、ことが好ましい。
本発明の他の一態様は、内視鏡システムである。
前記内視鏡システムは、
生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されたプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記固体試料を、前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値と、前記固体試料における前記所定のヘモグロビンの濃度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、及び前記固体試料を前記キャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第２の比率のキャリブレーション測定値と、前記固体試料における前記所定のヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係を記憶した記憶部を、備える。
前記プロセッサは、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されている。
本発明の他の一態様は、内視鏡システムである。
前記内視鏡システムは、
生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されたプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係、及び、上述した固体試料を、前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値のそれぞれが補正をすることにより予め設定された値になるような補正係数を記憶した記憶部を備え、
前記プロセッサは、前記画像データの値を用いて得られる前記第１の比率及び前記第２の比率の値を前記補正係数を用いて補正した値を用いて、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を参照することにより、生体組織の前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されている。
前記内視鏡システムにおいて、前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値は、複数のヘモグロビンの濃度に対応した前記色材群の含有率が異なる複数種類の固体試料それぞれを、前記参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である、ことが好ましい。
前記第１の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、前記第２の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であり、
前記第１の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の第１波長帯域の成分であり、
前記第２の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、前記第１波長帯域より狭い第２の波長帯域の成分である、ことが好ましい。
本発明のさらに他の一態様は、ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するためのキャリブレーション用参照試料として用いる、非生体物質からなる固体試料の作製方法である。
前記作製方法は、
所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有するヘモグロビンの吸光特性を再現した色材群を作製するステップと、
所定の濃度のヘモグロビンの吸光特性を再現するための所定の量の前記色材群を有機溶媒に分散させた混合溶液に、母材となる樹脂を溶解させるステップと、
前記樹脂が溶解した前記混合溶液から前記有機溶剤を揮発させて前記固体試料を作製するステップと、
を含む。
前記固体試料の作製方法において、前記色材群は、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つの吸光ピーク波長を有する第１色材と、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つの吸光ピーク波長を有する第２色材と、を少なくとも含む、ことが好ましい。
また、本発明のさらに他の一態様は、内視鏡及びプロセッサを用いた生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するために、前記内視鏡及び前記プロセッサのキャリブレーションを行う方法であって、
生体組織における前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度は、複数の光で照明した生体組織を前記内視鏡により撮像することにより得られた複数の画像データの成分うち、所定の成分の値を用いて算出した成分間の第１の比率及び第２の比率の値を用いて算出され、
前記キャリブレーションを行う方法は、
前記固体試料を前記内視鏡で撮像することにより、前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値のそれぞれを取得するステップと、
前記プロセッサは、前記第１の比率のキャリブレーション測定値と、前記固体試料における前記所定のヘモグロビンの濃度の情報との間の第１の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係を生成し、前記第２の比率のキャリブレーション測定値と、前記所定のヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の第２の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係を生成するステップと、
前記プロセッサは、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を、生体組織における前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出に用いるために、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を記憶するステップと、
を含む。
また、本発明のさらに他の一態様は、内視鏡及びプロセッサを用いた生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するために、前記内視鏡及び前記プロセッサのキャリブレーションを行う方法であって、
生体組織における前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度は、複数の光で照明した生体組織を前記内視鏡により撮像することにより得られた複数の画像データの成分うち、所定の成分の値を用いて算出した成分間の第１の比率及び第２の比率の値を用いて算出され、
前記キャリブレーションを行う方法は、
上述した固体試料を前記内視鏡で撮像することにより、前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値のそれぞれを取得するステップと、
前記プロセッサは、前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値のそれぞれが補正をすることにより予め設定された値になるような補正係数を算出するステップと、
前記プロセッサは、前記補正係数を、生体組織における前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出に用いるために、前記第１の比率及び前記第２の比率のそれぞれを前記補正係数を用いて補正するために前記補正係数を記憶するステップと、
を含む。
前記キャリブレーションを行う方法において、前記固体試料は、複数のヘモグロビンの濃度に対応して前記色材群の含有率が異なる複数種類の試料を含み、
前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値は、前記複数種類の試料のそれぞれを、参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である、ことが好ましい。
前記第１の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、前記第２の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であり、
前記第１の比率の算出に用いる画像データの成分の１つは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の第１波長帯域の成分であり、
前記第２の比率の算出に用いる画像データの成分の１つは、前記第１波長帯域より狭い第２の波長帯域の成分である、ことが好ましい。
上述の固体試料によれば、生体物質からなるキャリブレーション用参照試料に代えて、キャリブレーションが可能な非生体物質からなる安定した試料を提供することができる。
したがって、この固体試料を用いてキャリブレーションをした内視鏡システムを提供することができる。
本実施形態の固体試料を用いたキャリブレーション用試料の一例を説明する図である。 本実施形態の固体試料の吸光特性の一例を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、本実施形態の固体試料に用いる色材の光学濃度の波長特性の一例を示す図である。 本実施形態の固体試料を用いた内視鏡システムのキャリブレーションを説明する図である。 本実施形態で用いる内視鏡システムの一例の構成のブロック図である。 本実施形態で用いる内視鏡システムの撮像素子の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各フィルタの分光特性の一例を示す図である。 本実施形態で用いる内視鏡システムの光源装置で用いる回転フィルタの一例の外観図（正面図）である。 ５５０ｎｍ付近のヘモグロビンの吸収スペクトルの一例を示す図である。 本実施形態で用いる第１比率とヘモグロビンの濃度との関係の一例を示す図である。 本実施形態で用いる第２比率の上限値及び下限値とヘモグロビンの濃度の関係の一例を示す図である。
（固体試料）
以下に説明する本実施形態の非生体物質からなる固体試料は、生体組織におけるヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するための内視鏡システムのキャリブレーションの参照試料として用いられる。本実施形態で用いる内視鏡システムは、波長域の異なる光で生体組織を被写体として照明して撮像した複数のカラー画像データに基づいて生体組織中のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を定量的に算出して、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度の分布を表す特徴量布画像を表示するシステムである。
内視鏡システムでは、内視鏡システムで撮像した生体組織の画像データから得られるパラメータから、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度と上記パラメータとの間の対応関係を参照して、ヘモグロビンの濃度あるいはヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。このときの対応関係を内視鏡システムを使用する前に設定するために、本実施形態の固体試料を用いてキャリブレーションを行う。
図１は、本実施形態の固体試料を有するキャリブレーション用試料の一例を説明する図である。キャリブレーション試料１は、基台２の上に固体試料３が設けられている。
基台２は、樹脂板あるいは金属板が用いられる。基台２は、白色であることが好ましい。
基台２の表面には、固体試料３が設けられている。
固体試料３は、非生体物質からなり、血液等の生体物質から構成されていない。
図１に示すキャリブレーション試料１は、固体試料３を透過し、基台２の表面で反射した光を内視鏡システムで受光する、反射型試料であるが、固体試料３を透過した光を内視鏡システムで受光する、透過型試料であってもよい。
固体試料３は、非生体物質からなる複数種類の色材と、この複数種類の色材それぞれが分散した樹脂材とで構成される。複数種類の色材は、所定のヘモグロビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度におけるヘモグロビンの吸光特性を再現するように複数種類の色材の混合比率が調整されている。固体試料３の色材として、例えば、特開平２−１９６８６５号公報に記載の化合物を用いることができる。
これにより、固体試料３の吸光特性、すなわち、吸光率のスペクトル波形は、所定のヘモグロビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度における吸光率のスペクトル波形に略一致している。図２は、本実施形態の固体試料３の吸光特性の一例を示す図である。
ここで、固体試料３のスペクトル波形は、波長域Ｘ（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）において、酸素飽和度１００％のヘモグロビンである酸素化ヘモグロビンの吸光率のスペクトル波形に略一致している。この波長域Ｘは、後述するヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を求める際に用いる、内視鏡システム１０で撮像した生体組織の画像データの波長域Ｒ０を含む波長域である。
図３（ａ），（ｂ）は、固体試料３に用いる色材の光学濃度の波長特性の一例を示す図である。光学濃度は、光の吸収特性を反映する。固体試料３で用いる色材は、図３（ａ），（ｂ）に示す光学濃度を有する２種類の色材である。１つの色材（第１色材）は、図３（ｂ）に示すように、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つのピーク波長（吸光ピーク波長）を有する。もう１つの色材（第２色材）は、図３（ａ）に示すように、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つのピーク波長（吸光ピーク波長）を有する。これの色材の含有量を調整することにより図２に示すように、４００〜６００ｎｍの波長帯域でヘモグロビンの吸光特性に略一致する吸光特性のスペクトル波長を得ることができる。
本実施形態の固体試料３における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域の吸光スペクトルは、図２に示すように、２つの吸光ピークＡ１，Ａ２と、２つの吸光ピークＡ１，Ａ２の間に挟まれ、２つの吸光ピークＡ１，Ａ２の間で吸光率が最低になる吸光ボトムＢ１と、を備える。ここで、２つの吸光ピークＡ１，Ａ２のそれぞれと、２つの吸光ピークＡ１，Ａ２のそれぞれに対応したヘモグロビンの対応吸光ピークＡａ，Ａｂとの間の波長のずれは、いずれも２ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｎｍ以下である。また、吸光ボトムＢ１と、吸光ボトムＢ１に対応したヘモグロビンの対応吸光ボトムＢａとの間の波長のずれは、それぞれ２ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｎｍ以下である。
さらに、２つの吸光ピークＡ１，Ａ２のそれぞれにおける吸光率は、２つの吸光ピークＡ１，Ａ２のそれぞれに対応したヘモグロビンの対応吸光ピークＡａ，Ａｂにおける吸光率に対して、いずれも９５％〜１０５％であることが好ましく、より好ましくは、９７％〜１０３％である。また、吸光ボトムＢ１における吸光率は、吸光ボトムＢ１に対応したヘモグロビンの対応吸光ボトムＢａにおける吸光率に対して、いずれも９５％〜１０５％の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、９７％〜１０３％の範囲にある。
固体試料３に用いる色材は、図３（ａ），（ｂ）に示す２種類の色材を用いるが、色材の種類は、３つ、４つでもよい。これらの色材を用いることにより、固体試料３の吸光特性をヘモグロビンの吸光特性により一致させることができる。
図示されないが、上記２つの色材の量を調整することにより、異なる酸素飽和度のヘモグロビンの吸光特性を再現した固体試料を作製してもよい。酸素飽和度が０％である還元ヘモグロビンの吸光特性を再現した固体試料は、上記２種類の色材を用いた上記固体試料３とは別の構成の固体試料たとえば、５５５ｎｍに吸収ピークを持つ化合物を用いてもよい。
本実施形態では、図２に示すような、少なくとも酸素飽和度が１００％である酸素化へモグロビンを再現した固体試料３を用いてキャリブレーションを行う。
このような固体試料３は、非生体物質であるので、生体物質と異なり吸光特性は安定しており、吸光率は、時間の経過によって変化する量は小さい。
一実施形態によれば、上述の５５５ｎｍに吸収ピークを持つ化合物を用いることにより、固体試料３における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域の吸光スペクトルは、後述する還元ヘモグロビンの吸収スペクトルのように、５４６ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲に１つの吸光ピークを備える。この場合、５４６ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある吸光ピークにおける吸光率は、吸光ピークに対応した還元ヘモグロビンの対応吸光ピークにおける吸光率に対して、いずれも９５％〜１０５％の範囲にあることが好ましい。
このような固体試料３は、例えば、以下の方法で作製することができる。
（１）所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有するヘモグロビンの吸光特性を再現した色材群を作製する。色材群の作製は、複数の色材の種類の選定，選定した色材の混合比率の調整、及び混合した色材群の量の調整を含む。複数の色材の種類の選定及び選定した色材の混合比率の調整により、所定の酸素飽和度のヘモグロビンの吸収特性を再現することができ、色材群の量の調整により、所定の濃度のヘモグロビンの吸収特性を再現することができる。
（２）次に、所定の濃度のヘモグロビンの吸光特性を再現するための所定の量の作製した色材群を有機溶媒、例えば塩素系炭化水素に分散させた混合溶液に、母材となる樹脂を溶解させる。この際、色剤と母材の溶解性を考慮し適切な組み合わせを選定する。上記塩素系炭化水素として、例えばジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）が挙げられる。上記樹脂として、例えばアクリル樹脂が挙げられる。
（３）上記樹脂の溶解した混合溶液から有機溶剤を揮発させて固体試料３を作製する。
作製する色材群は、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つの吸光ピーク波長を有する第１色材と、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つの吸光ピーク波長を有する第２色材と、を少なくとも含む、ことが好ましい。これにより、後述する５５０ｎｍ付近にポルフィリンに由来するＱ帯と呼ばれる強い吸収帯を有するヘモグロビンの吸光特性を再現することができる。
図４は、固体試料３を用いた内視鏡システムのキャリブレーションを説明する図である。固体試料３に、内視鏡の挿入管１１０の先端部を近づけて、固体試料３を撮像する。この固体試料３の画像データを用いて、内視鏡システムは、既知のヘモグロビンの濃度及び酸素飽和度と画像データから得られるパラメータとの間の対応関係を作成する。この点は、以降説明する内視鏡システム１０の中で説明する。
（内視鏡システムの構成）
図５は、本実施形態に用いる内視鏡システム１０の構成を示すブロック図である。内視鏡システム１０は、電子内視鏡（内視鏡）１００、プロセッサ２００、ディスプレイ３００、及び光源装置４００を備える。電子内視鏡１００及びディスプレイ３００は、プロセッサ２００に着脱可能に接続されている。プロセッサ２００は、画像処理部５００を備える。光源装置４００は、プロセッサ２００に着脱自在に接続されている。
電子内視鏡１００は、被検者の体内に挿入される挿入管１１０を有する。挿入管１１０の内部には、挿入管１１０の略全長に亘って延びるライトガイド１３１が設けられている。ライトガイド１３１の一端部である先端部１３１ａは、挿入管１１０の先端部、すなわち挿入管先端部１１１近傍に位置し、ライトガイド１３１の他端部である基端部１３１ｂは、光源装置４００との接続部に位置する。したがって、ライトガイド１３１は、光源装置４００との接続部から挿入管先端部１１１近傍まで延びている。
光源装置４００は、キセノンランプ等の光量の大きい光を生成する光源ランプ４３０を光源として備える。光源装置４００から出射した光は照明光ＩＬとして、ライトガイド１３１の基端部１３１ｂに入射する。ライトガイド１３１の基端部１３１ｂに入射した光は、ライトガイド１３１を通ってその先端部１３１ａに導かれ、先端部１３１ａから出射される。電子内視鏡１００の挿入管先端部１１１には、ライトガイド１３１の先端部１３１ａと対向して配置された配光レンズ１３２が設けられている。ライトガイド１３１の先端部１３１ａから出射する照明光ＩＬは、配光レンズ１３２を通過して、挿入管先端部１１１の近傍の生体組織Ｔを照明する。
電子内視鏡１００の挿入管先端部１１１には対物レンズ群１２１及び撮像素子１４１が設けられている。対物レンズ群１２１及び撮像素子１４１は撮像部を形成する。照明光ＩＬのうち、生体組織Ｔの表面で反射又は散乱された光は、対物レンズ群１２１に入射し、集光されて、撮像素子１４１の受光面上で結像する。撮像素子１４１は、その受光面にカラーフィルタ１４１ａを備えたカラー画像撮像用のＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の公知撮像素子を使用することができる。
カラーフィルタ１４１ａは、赤色の光を通過させるＲカラーフィルタと、緑色の光を通過させるＧカラーフィルタと、青色の光を通過させるＢカラーフィルタとが配列され、撮像素子１４１の各受光素子上に直接形成された、いわゆるオンチップフィルタである。図６は、本実施形態で用いる撮像素子の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各フィルタの分光特性の一例を示す図である。本実施形態のＲカラーフィルタは、波長約５７０ｎｍより長波長（例えば５８０ｎｍ〜７００ｎｍ）の光を通過させるフィルタであり、Ｇカラーフィルタは、波長約４７０ｎｍ〜６２０ｎｍの光を通過させるフィルタであり、Ｂカラーフィルタは、波長約５３０ｎｍより短波長（例えば４２０ｎｍ〜５２０ｎｍ）の光を通過させるフィルタである。
撮像素子１４１は、複数の光のそれぞれで照明された生体組織Ｔを撮像して、各光に対応したカラー画像データを生成する撮像手段であり、波長範囲が異なる複数の光で生体組織Ｔを照明することにより生体組織Ｔ上で反射したあるいは散乱した光に対応するカラー画像データを生成する画像データ生成手段である。撮像素子１４１は、後述する画像処理部５００と同期して駆動するように制御され、受光面上で結像した生体組織Ｔの像に対応するカラー画像データを、周期的に（例えば、１／３０秒間隔で）出力する。撮像素子１４１から出力されたカラー画像データは、ケーブル１４２を介してプロセッサ２００の画像処理部５００に送られる。
画像処理部５００は、Ａ／Ｄ変換回路５０２、プレ画像処理部５０４、フレームメモリ部５０６、ポスト画像処理部５０８、特徴量取得部５１０、メモリ５１２、画像表示制御部５１４、及びコントローラ５１６を主に備える。
Ａ／Ｄ変換回路５０２は、電子内視鏡１００の撮像素子１４１からケーブル１４２を介して入力されるカラー画像データをＡ／Ｄ変換してデジタルデータを出力する。Ａ／Ｄ変換回路５０２から出力されるデジタルデータは、プレ画像処理部５０４に送られる。
プレ画像処理部５０４は、デジタルデータを、Ｒカラーフィルタが装着された撮像素子１４１中の受光素子によって撮像されたＲデジタル画像データ、Ｇカラーフィルタが装着された撮像素子１４１中の受光素子によって撮像されたＧデジタル画像データ、及びＢカラーフィルタが装着された撮像素子１４１中の受光素子によって撮像されたＢデジタル画像データからデモザイク処理により、画像を構成するＲ，Ｇ，Ｂ成分のカラー画像データを生成する。さらに、プレ画像処理部５０４は、生成したＲ，Ｇ，Ｂのカラー画像データに対して、色補正、マトリックス演算、及びホワイトバランス補正等の所定の信号処理を施す部分である。
フレームメモリ部５０６は、撮像素子１４１で撮像され、信号処理の施された１画像毎のカラー画像データを一時記憶する。
ポスト画像処理部５０８は、フレームメモリ部５０６に記憶されたカラー画像データを読み出して、あるいは後述する画像表示制御部５１４で生成された画像データを信号処理（γ補正等）してディスプレイ表示用の画面データを生成する。画像表示制御部５１４で生成された画像データは、後述するように、生体組織Ｔのヘモグロビンの酸素飽和度の分布を示した酸素飽和度分布画像等の特徴量の分布画像のデータを含む。生成された画面データ（ビデオフォーマット信号）は、ディスプレイ３００に出力される。これにより、生体組織Ｔの画像や生体組織Ｔの特徴量の分布画像等がディスプレイ３００の画面に表示される。
特徴量取得部５１０は、コントローラ５１６の指示に応じて、後述するように、撮像された生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度とヘモグロビンの酸素飽和度を特徴量として算出し、これらの特徴量の、撮像した生体組織Ｔの像上の分布画像、すなわち、ヘモグロビン濃度の分布を示した分布画像やヘモグロビンの酸素飽和度の分布を示した酸素飽和度分布画像を生成する。
特徴量取得部５１０は、波長域の異なる複数の光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データを用いて演算することにより特徴量を算出するので、フレームメモリ部５０６あるいはメモリ５１２から、特徴量取得部５１０で用いるカラー画像データ及び各種情報を呼び出す。
画像表示制御部５１４は、撮像した生体組織Ｔの像に、特徴量取得部５１０で生成したヘモグロビンの酸素飽和度分布画像を重ねて表示するように制御する。
コントローラ５１６は、画像処理部５００の各部分の動作指示及び動作制御を行う他、光源装置４００、撮像素子１４１を含む電子内視鏡１００の各部分の動作指示及び動作制御を行う部分である。
なお、特徴量取得部５１０及び画像表示制御部５１４は、コンピュータ上でプログラムを起動して実行することで上述した各機能を担うソフトウェアモジュールで構成されてもよいし、ハードウェアで構成されてもよい。
このように、プロセッサ２００は、電子内視鏡１００の撮像素子１４１から出力されるカラー画像データを処理する機能と、電子内視鏡１００、光源装置４００、及びディスプレイ３００の動作を指示し制御する機能とを兼ね備える。
光源装置４００は、第１の光、第２の光、及び第３の光を出射する光出射手段であり、第１の光、第２の光、及び第３の光をライトガイド１３１に入射させる。本実施形態の光源装置４００は、波長域の異なる第１の光、第２の光、及び第３の光を出射するが、４つ以上の光を出射させてもよい。この場合、第４の光は、第１の光と同じ波長域の光としてもよい。光源装置４００は、光源ランプ４３０の他に、集光レンズ４４０、回転フィルタ４１０、フィルタ制御部４２０及び集光レンズ４５０を備えている。光源ランプ４３０から射出される略平行光である光は、例えば白色光であり、集光レンズ４４０によって集光され、回転フィルタ４１０を通過した後、集光レンズ４５０によって再度集光されて、ライトガイド１３１の基端１３１ｂに入射する。なお、回転フィルタ４１０は、リニアガイドウェイ等の図示されない移動機構によって、光源ランプ４３０から放射される光の光路上の位置と光路外の退避位置との間で移動可能になっている。回転フィルタ４１０は、透過特性の異なる複数のフィルタを含むので、光源ランプ４３０から放射される光の光路を横切る回転フィルタ４１０の種類によって、光源装置４００から出射する光の波長域は異なる。
なお、光源装置４００の構成は、図５に示されるものに限定されない。例えば、光源ランプ４３０に平行光でなく収束光を発生するランプを採用してもよい。この場合、例えば、光源ランプ４３０からの放射される光を集光レンズ４４０の手前で集光させ、拡散光として集光レンズ４４０に入射させる構成を採用してもよい。また、集光レンズ４４０を使用せず、光源ランプ４３０が発生する略平行光を直接回転フィルタ４１０に入射させる構成を採用してもよい。また、収束光を発生するランプを使用する場合、集光レンズ４４０の替わりにコリメータレンズを使用して、略平行光の状態で光を回転フィルタ４１０に入射させる構成を採用してもよい。例えば、回転フィルタ４１０に誘電体多層膜フィルタ等の干渉型の光学フィルタを使用する場合、略平行光の光を回転フィルタ４１０に入射させることで、光学フィルタへの光の入射角を均一にすることにより、より良好なフィルタ特性を得ることができる。また、光源ランプ４３０に発散光を発生するランプを採用してもよい。この場合にも、集光レンズ４４０の替わりにコリメータレンズを使用して、略平行光の光を回転フィルタ４１０に入射させる構成を採用することができる。
また、光源装置４００は、１つの光源ランプ４３０から放射された光を光学フィルタに透過させることで、異なる波長域の複数の光を出射する構成であるが、光源ランプ４３０の代わりに、異なる波長域の異なる複数の光、例えば発光ダイオードやレーザ光を出力するレーザ素子等の半導体光源を光源装置４００の光源として用いることもできる。この場合、回転フィルタ４１０を用いなくてもよい。また、光源装置４００は、例えば、所定の波長域の励起光とその励起光によって励起発光する蛍光とを含む合成白色光と、所定の狭い波長域の光を別々に出射するように光源装置４００を構成することもできる。光源装置４００は、波長域の異なる複数の光を出射するものであれば構成は特に制限されない。
回転フィルタ４１０は、複数の光学フィルタを備えた円盤型の光学ユニットであり、その回転角度に応じて光の通過波長域が切り替わるように構成されている。本実施形態の回転フィルタ４１０は、通過波長帯域が異なる３つの光学フィルタを備えるが、４つ、５つ、または６以上の光学フィルタを備えてもよい。回転フィルタ４１０の回転角度は、コントローラ５１６に接続されたフィルタ制御部４２０によって制御される。コントローラ５１６がフィルタ制御部４２０を介して回転フィルタ４１０の回転角度を制御することにより、回転フィルタ４１０を通過してライトガイド１３１に供給される照明光ＩＬの波長域が切り替えられる。
図７は、回転フィルタ４１０の外観図（正面図）である。回転フィルタ４１０は、略円盤状のフレーム４１１と、３つの扇形の光学フィルタ４１５、４１６及び４１８を備えている。フレーム４１１の中心軸の周りには３つの扇状の窓４１４ａ、４１４ｂ及び４１４ｃが等間隔で形成されており、各窓４１４ａ、４１４ｂ及び４１４ｃには、それぞれ光学フィルタ４１５、４１６及び４１８が嵌め込まれている。なお、本実施形態の光学フィルタは、いずれも誘電体多層膜フィルタであるが、他の方式の光学フィルタ（例えば、吸収型の光学フィルタや誘電体多層膜を反射膜として用いたエタロンフィルタ等）を用いてもよい。
また、フレーム４１１の中心軸上にはボス穴４１２が形成されている。ボス穴４１２には、フィルタ制御部４２０が備える図示されないサーボモータの出力軸が差し込まれて固定され、回転フィルタ４１０はサーボモータの出力軸と共に回転する。
回転フィルタ４１０が図７中の矢印で示される方向に回転すると、この光が入射する光学フィルタが、光学フィルタ４１５、４１６、４１８の順に切り替わり、これにより回転フィルタ４１０を通過する照明光ＩＬの波長帯域が順次切り替えられる。
光学フィルタ４１５及び４１６は、５５０ｎｍ帯の光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタである。図８に示されるように、光学フィルタ４１５は、等吸収点Ｅ１からＥ４までの波長域Ｒ０（Ｗ帯）の光を低損失で通過させ、それ以外の波長域の光を遮断するように構成されている。また、光学フィルタ４１６は、等吸収点Ｅ２からＥ３までの波長域Ｒ２（Ｎ帯）の光を低損失で通過させ、それ以外の波長域の光を遮断するように構成されている。
また、光学フィルタ４１８は、紫外線カットフィルタであり、可視光波長域では、光源ランプ４３０から放射された光は光学フィルタ４１８を透過する。光学フィルタ４１８を透過した光は、白色光ＷＬとして通常観察像の撮像に使用される。なお、光学フィルタ４１８を使用せず、フレーム４１１の窓４１４ｃを開放した構成としてもよい。
したがって、光源ランプ４３０から放射される光のうち光学フィルタ４１５を透過した光を、以降Ｗｉｄｅ光といい、光源ランプ４３０から放射される光のうち光学フィルタ４１６を透過した光を、以降Ｎａｒｒｏｗ光といい、光源ランプ４３０から放射される光のうち光学フィルタ４１８を透過した光を、以降白色光ＷＬという。
図８は、５５０ｎｍ付近のヘモグロビンの吸収スペクトルの一例を示す図である。
図８に示されるように、波長域Ｒ１は酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークＰ１のピーク波長が含まれる帯域であり、波長域Ｒ２は還元ヘモグロビンに由来する吸収ピークＰ２のピーク波長が含まれる帯域であり、波長域Ｒ３は酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークＰ３のピーク波長が含まれる帯域である。また、波長域Ｒ０には、３つの吸収ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３の各ピーク波長が含まれている。
また、光学フィルタ４１５の波長域Ｒ０及び光学フィルタ４１６の波長域Ｒ２は、カラーフィルタ１４１ａのＧカラーフィルタの通過波長域（図６）に含まれている。従って、光学フィルタ４１５又は４１６を通過した光によって形成される生体組織Ｔの像は、撮像素子１４１で撮像されたカラー画像データのＧ成分の像として得られる。
フレーム４１１の周縁部には、貫通孔４１３が形成されている。貫通孔４１３は、フレーム４１１の回転方向において、窓４１４ａと窓４１４ｃとの境界部と同じ位置（位相）に形成されている。フレーム４１１の周囲には、貫通孔４１３を検出するためのフォトインタラプタ４２２が、フレーム４１１の周縁部の一部を囲むように配置されている。フォトインタラプタ４２２は、フィルタ制御部４２０に接続されている。
このように、本実施形態の光源装置４００は、複数の光学フィルタ４１５，４１６，４１８を光源ランプ４３０の放射した光の光路中で順次切り替えることにより波長域の異なる光、すなわちＷｉｄｅ光、Ｎａｒｒｏｗ光、及び白色光ＷＬを照明光ＩＬとして出射する構成を備えることが好ましい。
（生体組織の特徴量の算出）
生体組織Ｔの特徴量（ヘモグロビンの濃度、ヘモグロビンの酸素飽和度）は、プロセッサ５００の特徴量取得部５１０で算出される。撮像した生体組織Ｔの画像から生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度、及びヘモグロビンの酸素飽和度を特徴量として算出する処理を以下説明する。
図８に示すように、ヘモグロビンは、５５０ｎｍ付近にポルフィリンに由来するＱ帯と呼ばれる強い吸収帯を有する。ヘモグロビンの吸収スペクトルは、全ヘモグロビンのうち酸素化ヘモグロビンＨｂＯが占める割合を表す酸素飽和度に応じて変化する。図８における実線の波形は、酸素飽和度が１００％、すなわち、酸素化ヘモグロビンＨｂＯの吸収スペクトルであり、長破線の波形は、酸素飽和度が０％、すなわち、還元ヘモグロビンＨｂの吸収スペクトルである。また、短破線は、その中間の酸素飽和度＝１０、２０、３０、・・・９０％におけるヘモグロビン、すなわち酸素化ヘモグロビンＨｂＯと還元ヘモグロビンＨｂの混合物の吸収スペクトルである。
図８に示すように、Ｑ帯において、酸素化ヘモグロビンＨｂＯと還元ヘモグロビンＨｂは互いに異なるピーク波長を有する。具体的には、酸素化ヘモグロビンＨｂＯは、波長５４２ｎｍ付近の吸収ピークＰ１と、波長５７６ｎｍ付近の吸収ピークＰ３を有している。一方、還元ヘモグロビンＨｂは、５５６ｎｍ付近に吸収ピークＰ２を有している。図８は、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ、還元ヘモグロビンＨｂの濃度の和が一定となる場合の吸収スペクトルであるため、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ及び還元ヘモグロビンＨｂの比率、すなわち、酸素飽和度によらず吸光度が一定となる等吸収点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４が現れる。以下の説明では、等吸収点Ｅ１とＥ２とで挟まれた波長帯域は、先に光学フィルタ４１０で説明した波長帯域Ｒ１であり、等吸収点Ｅ２とＥ３とで挟まれた波長領域は波長帯域Ｒ２であり、等吸収点Ｅ３とＥ４とで挟まれた波長帯域は波長帯域Ｒ３であり、等吸収点Ｅ１とＥ４とで挟まれた波長帯域、すなわち波長帯域Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を合わせた帯域は、波長帯域Ｒ０である。したがって、光源ランプ４３０から放射された光のうち光学フィルタ４１５を透過した透過光であるＷｉｄｅ光の波長帯域は、波長帯域Ｒ０であり、光源ランプ４３０から放射された光のうち光学フィルタ４１６を透過した透過光であるＮａｒｒｏｗ光の波長帯域は、波長帯域Ｒ２である。
図８に示されるように、波長帯域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３では、ヘモグロビンの吸収は酸素飽和度に対して線形的に増加又は減少する。具体的には、波長帯域Ｒ１，Ｒ３におけるヘモグロビンの吸光率の合計値ＡＲ１，ＡＲ３は、酸素化ヘモグロビンの濃度、すなわち酸素飽和度に対して線形的に増加する。また、波長帯域Ｒ２におけるヘモグロビンの吸光率の合計値ＡＲ２は、還元ヘモグロビンの濃度に対して線形的に増加する。
ここで、酸素飽和度は次の式（１）により定義される。
式（１）：
Figure 2018128195
但し、
Ｓａｔ：酸素飽和度
［Ｈｂ］：還元ヘモグロビンの濃度
［ＨｂＯ］：酸素化ヘモグロビンの濃度
［Ｈｂ］＋［ＨｂＯ］：ヘモグロビンの濃度（ｔＨｂ）
また、式（１）より、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ及び還元ヘモグロビンＨｂの濃度を表す式（２）、式（３）が得られる。
式（２）：
Figure 2018128195
式（３）：
Figure 2018128195
したがって、ヘモグロビンの吸光率の合計値ＡＲ１、ＡＲ２及びＡＲ３は、酸素飽和度とヘモグロビンの濃度の両方に依存する特徴量となる。
ここで、波長帯域Ｒ０における吸光率の合計値は、酸素飽和度には依存せず、ヘモグロビンの濃度によって決まる値となることが判明している。したがって、波長帯域Ｒ０における吸光率の合計値に基づいてヘモグロビンの濃度を定量することができる。また、波長帯域Ｒ１、波長帯域Ｒ２、あるいは波長帯域Ｒ３における吸光率の合計値と、波長帯域Ｒ０の吸光率の合計値に基づいて定量したヘモグロビンの濃度とに基づいて、酸素飽和度を定量することができる。
本実施形態の特徴量取得部５１０は、生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度に対して感度を有する後述する第１比率に基づいて生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度を算出し取得するヘモグロビン量算出部５１０ａと、算出したヘモグロビンの濃度とヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する後述する第２比率に基づいて生体組織Ｔのヘモグロビンの酸素飽和度を算出し取得する酸素飽和度算出部５１０ｂと、を含む。第１比率がヘモグロビンの濃度に対して感度を有するとは、ヘモグロビンの濃度が変化すると第１比率が変化することをいう。同様に、第２比率がヘモグロビンの濃度とヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有するとは、ヘモグロビンの濃度とヘモグロビンの酸素飽和度が変化すると第２比率が変化することをいう。
Ｗｉｄｅ光（光学フィルタ４１５を透過した波長帯域Ｒ０の光）で照明した生体組織Ｔのカラー画像データの輝度成分の値は、上述の波長帯域Ｒ０における吸光率の合計値に対応する（反映される）ことから、本実施形態の特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、波長帯域Ｒ０のカラー画像データの輝度成分に基づいてヘモグロビンの濃度を算出する。ここで、輝度成分は、カラー画像データのＲ成分に所定の係数を掛け算し、カラー画像データのＧ成分に所定の係数を掛け算し、カラー画像データのＢ成分の値に所定の係数を掛け算し、これらの掛け算した結果を合算することで算出することができる。
特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、具体的には、Ｗｉｄｅ光（第２の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅ（以降、単にＷｉｄｅともいう）を、白色光ＷＬ（第１の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第１のカラー画像データ）のＲ成分ＷＬ（Ｒ）、あるいはＲ成分ＷＬ（Ｒ）及びＧ成分ＷＬ（Ｇ）の合計成分ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）で割った比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝（第１比率）に基づいてヘモグロビンの濃度を算出する。ヘモグロビンの濃度の算出において、輝度成分Ｗｉｄｅを、ＷＬ（Ｒ）あるいは｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝で割った比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝を用いるのは、本システムにおいて、血液の分光情報が生体の散乱により受ける影響を最小限に留めることができる条件だからである。特に、消化管内壁等の生体組織Ｔの反射スペクトルは、生体組織Ｔを構成する成分による吸収の波長特性（具体的には、酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸収スペクトル特性）に加えて、生体組織Ｔによる照明光の散乱の波長特性の影響を受け易い。白色光ＷＬ（第１の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第１のカラー画像データ）のＲ成分ＷＬ（Ｒ）、あるいはＲ成分及びＧ成分の合計成分ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）は、ヘモグロビンの濃度や酸素飽和度の影響を受けず、照明光ＩＬの生体組織Ｔにおける散乱の程度を表す。したがって、生体組織Ｔの反射スペクトルから、照明光ＩＬの生体組織Ｔにおける散乱の影響を除去するために、白色光ＷＬ（基準光）の波長帯域は、第１のカラー画像データの成分の１つが、生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むように設定されていることが好ましい。これに加えて、白色光ＷＬ（基準光）の波長帯域は、第１のカラー画像データの成分の１つが、酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むように設定されていることが好ましい。
本実施形態では、所定の濃度のヘモグロビンの吸光特性を再現した上述した固体試料３における上述の第１比率の情報とヘモグロビンの濃度の対応関係を表した参照テーブルをメモリ５１２に予め記憶しておき、特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、この参照テーブルを用いて、生体組織Ｔの撮像したカラー画像データにおける上記第１比率の値に基づいてヘモグロビンの濃度を算出する。
本実施形態のヘモグロビンの濃度の算出では、第１比率として、Ｗｉｄｅ光（第２の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅと、白色光ＷＬ（第１の光）を照明光ＩＬとして用いた生体組織Ｔのカラー画像データ（第１のカラー画像データ）のＲ成分ＷＬ（Ｒ）、あるいはＲ成分及びＧ成分の合計成分ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）の比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝を用いることができるが、用いるフィルタの波長特性により最適化されることが望ましい。
さらに、上述したように、酸素飽和度の上昇とともに波長帯域Ｒ２における吸光度の合計値が低下すること、及び、波長帯域Ｒ０における吸光度の合計値はヘモグロビンの濃度に応じて変化するが、酸素飽和度の変化に係わらず一定であることから、特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、以下に定める第２比率に基づいて酸素飽和度を算出する。すなわち、特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、光学フィルタ４１６を通過した波長帯域Ｒ２の光であるＮａｒｒｏｗ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第３のカラー画像データ）の輝度成分Ｎａｒｒｏｗ（以降、単にＮａｒｒｏｗともいう）と、Ｗｉｄｅ光（光学フィルタ４１５を透過した波長帯域Ｒ０の光）で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅとの比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅを、第２比率として算出する。一方、ヘモグロビンの濃度と、酸素飽和度＝０％における第２比率の下限値及び酸素飽和度＝１００％における第２比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの上限値との関係を表した対応関係を、上述した固体試料３から求めてメモリ５１２に予め記憶しておく。特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、生体組織Ｔの撮像によって生成したカラー画像データから得られるヘモグロビンの濃度の算出結果と上記対応関係を用いて、第２比率の下限値及び上限値を求める。下限値、上限値は、酸素飽和度０％、１００％に対応する値である。さらに、酸素飽和度算出部５１０ｂは、求めた下限値と上限値の間で第２比率が酸素飽和度に応じて線形的に変化することを利用して、撮像した生体組織Ｔの第２比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値が、酸素飽和度０〜１００％に対応する下限値及び上限値の間の範囲のうちどの位置にあるかによって酸素飽和度を算出する。このようにして、特徴量取得部５１０の酸素飽和度算出部５１０ｂは、酸素飽和度の算出を行う。
また、ヘモグロビンの濃度及び第２比率の値とヘモグロビンの酸素飽和度との対応関係を表した参照テーブルを上述した固体試料３から求めて予めメモリ５１２に記憶しておき、この参照テーブルを参照して、算出した第２比率からヘモグロビンの酸素飽和度を算出することもできる。
本実施形態では、第２比率を、Ｎａｒｒｏｗ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第３のカラー画像データ）の輝度成分Ｎａｒｒｏｗと、Ｗｉｄｅ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）の輝度成分Ｗｉｄｅとの比率として用いるが、Ｎａｒｒｏｗ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第３のカラー画像データ）のＧ成分Ｎａｒｒｏｗ（Ｇ）と、Ｗｉｄｅ光で照明した生体組織Ｔのカラー画像データ（第２のカラー画像データ）のＧ成分Ｗｉｄｅ（Ｇ）との比率を用いることもできる。
また、本実施形態では、第２比率の算出のために、生体組織Ｔの照明のために波長帯域Ｒ２のＮａｒｒｏｗ光を用いるが、Ｎａｒｒｏｗ光には限られない。例えば、酸素飽和度の変化に対して吸光度の合計値が変化する波長帯域Ｒ１あるいは波長帯域Ｒ２を利用することを意図して、波長帯域Ｒ１あるいは波長帯域Ｒ２を波長帯域とする光を用いることもできる。この場合、光学フィルタ４１６のフィルタ特性を波長帯域Ｒ１あるいは波長帯域Ｒ２に設定するとよい。
図９は、第１比率とヘモグロビンの濃度との関係の一例を示す図である。特徴量取得部５１０のヘモグロビン量算出部５１０ａは、上述したように第１比率を求めると、図９に示すような対応関係を表した参照テーブルを参照して、求めた第１比率に基づいてヘモグロビンの濃度を求める。図９は、第１比率の値に基づいてヘモグロビンの濃度Ｈ１を求めたことを表している。図９の横軸及び縦軸の数値は、便宜的に０〜１０２４の値で表されている。
図１０は、第２比率の上限値及び下限値とヘモグロビンの濃度の関係の一例を示す図である。図１０の横軸及び縦軸の数値は、便宜的に０〜１０２４の値で表されている。
特徴量取得部５１０の酸素飽和度量算出部５１０ｂは、上述したように第２比率を求めると、ヘモグロビン量算出部５１０ａで求めたヘモグロビンの濃度と第２比率とに基づいて、図１０に示す対応関係を用いて、求めたヘモグロビンの濃度における第２比率の上限値及び下限値を求める。この上限値が酸素飽和度＝１００％を示し、下限値が酸素飽和度＝０％を示す。この上限値と下限値の間のどの位置に求めた第２比率はあるかを求めることで、酸素飽和度量算出部５１０ｂは、酸素飽和度の値を求める。図１０では、第２比率の値がＲ２であるときのヘモグロビンの濃度Ｈ１であるときの上限値Ｍａｘ（１００％）と下限値Ｍｉｎ（０％）を求めている。この上限値Ｍａｘ（１００％）と下限値Ｍｉｎ（０％）と第２比率の値Ｙから、酸素飽和度の値が求められる。
このような内視鏡システム１０では、ヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度の算出のために、図９，１０に示すような対応関係を予め作成する（キャリブレーションを行う）。この対応関係の作成のために、本実施形態では、固体試料３を用いる。
したがって、プロセッサ２００のメモリ５１２は、固体試料３を、ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として用いて測定した測定結果から生成される、ヘモグロビンの濃度と比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝の値との間の第１の対応関係、及びヘモグロビンの酸素飽和度と比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値との間の第２の対応関係を記憶している。具体的には、第１の対応関係は、固体試料３を、ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として電子内視鏡１００で撮像した測定結果である比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝（第１比率）のキャリブレーション測定値と、固体試料３で定めたヘモグロビンの濃度の情報との間の対応付けを含む。第２の対応関係は、固体試料３をキャリブレーション用参照試料として電子内視鏡１００で撮像した測定結果である比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値と、固体試料３で定めたヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の対応付けを含む。
プロセッサ２００は、記憶した上記第１の対応関係及び上記第２の対応関係を用いて、生体組織Ｔのヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成される。
このような内視鏡システム１０では、固体試料３を用いた以下のキャリブレーションを行うことができる。
（１）図４に示すように、上述した固体試料３を電子内視鏡１００で撮像することにより、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値のそれぞれを取得する。
（２）プロセッサ２００は、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値と、固体試料３において定められたヘモグロビンの濃度の情報との間の第１の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝の値との間の第１の対応関係を生成する。さらに、プロセッサ２００は、比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値と、固体試料３において定められたヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の第２の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値との間の第２の対応関係を生成する。
（３）プロセッサ２００は、生成した第１の対応関係及び第２の対応関係を、生体組織におけるヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度の算出に用いるために、第１の対応関係及び第２の対応関係をメモリ５１２に記憶する。
上記内視鏡システム１０で、固体試料３を用いたキャリブレーションを行う場合、固体試料３として、複数のヘモグロビンの濃度に対応した色材群の含有率が異なる複数種類の固体試料を用意し、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値は、複数種類の固体試料それぞれを、参照試料として電子内視鏡１００で撮像した測定結果であることが好ましい。複数のキャリブレーション測定値を安定した非生体物質からなる固体試料を用いて得るので、安定したキャリブレーションを行うことができる。
また、固体試料３を用いたキャリブレーションを行う場合、固体試料３として、複数の酸素飽和度に対応した色材群の含有率が異なる複数種類の固体試料を用意し、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値は、複数種類の固体試料それぞれを、参照試料として電子内視鏡１００で撮像した測定結果であることが好ましい。
比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝は、生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅは、生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であり、輝度成分Ｗｉｄｅは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の波長帯域の成分であり、輝度成分Ｎａｒｒｏｗは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の上記波長帯域より狭い波長帯域の成分である。これにより、ヘモグロビンの濃度及びへもブロビンの酸素飽和度を精度良く求めることができる。
なお、上述の実施形態によれば、プロセッサ２００は、内視鏡システム１０の完成時、所定のへモグロビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有する参照試料を用いて作成され、内視鏡システムに記録保持された第１の対応関係及び第２の対応関係を、固体試料３を電子内視鏡１００で撮像することにより得られる第１の対応関係及び第２の対応関係に一致するように補正する。
しかし、他の一実施形態によれば、プロセッサ２００は、内視鏡システム１０の完成時、所定のへモグロビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有する参照試料を用いて作成され、内視鏡システムに記録保持された第１の対応関係及び第２の対応関係を補正することなく、生体組織Ｔを電子内視鏡１００で撮像することにより取得される比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値を補正係数を用いて補正することも好ましい。この場合、プロセッサ２００は、固体試料３を、ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として電子内視鏡１００で撮像した測定結果である比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値（第１の比率のキャリブレーション測定値）及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値（第２の比率のキャリブレーション測定値）のそれぞれが補正をすることにより予め設定された値になるような補正係数をメモリ４１２に記憶する。プロセッサ２００は、生体組織Ｔの撮像画像の画像データの値を用いて得られる第１の比率、具体的には比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝の値、及び第２の比率、具体的には比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値を、上記補正係数を用いて補正した値を用いて、記憶保持した第１の対応関係及び第２の対応関係を参照することにより、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。補正は、例えば、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝の値及び第２の比率、具体的には、比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅの値に補正係数を乗算あるいは除算することにより行われる。
この場合、内視鏡システム１０では、固体試料３を用いた以下のキャリブレーションを行うことができる。
プロセッサ２００は、内視鏡システム１０の完成時、所定のへモグロビンの濃度及び所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有する参照試料を用いて作成された第１の対応関係及び第２の対応関係を記録保持しておく。
キャリブレーションを行うとき、
（１）固体試料３を電子内視鏡１００で撮像することにより、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値（第１の比率のキャリブレーション測定値）及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値（第２の比率のキャリブレーション測定値）のそれぞれを取得する。
（２）次に、プロセッサ２００は、比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝のキャリブレーション測定値及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのキャリブレーション測定値のそれぞれが補正をすることにより予め設定された値になるような補正係数を算出する。
（３）プロセッサ２００は、算出した補正係数を、生体組織Ｔにおけるヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度の算出に用いるために、生体組織Ｔを撮像して得られた比率Ｗｉｄｅ／ＷＬ（Ｒ）またはＷｉｄｅ／｛ＷＬ（Ｒ）＋ＷＬ（Ｇ）｝及び比率Ｎａｒｒｏｗ／Ｗｉｄｅのそれぞれを上記補正係数を用いて補正するために上記補正係数をメモリ５１２に記憶する。
なお、固体試料３は、電子内視鏡１００を用いて撮像されるので、固体試料３のどの部分を撮像しても、場所によるばらつきの少ないキャリブレーション測定値が得られることが重要である。このため、固体試料３における色材群の濃度の場所によるばらつきは少ないことが好ましい。この場合、固体試料３における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域における平均吸光率の、場所による変動は、この平均吸光率の場所に関する平均値の０〜５％以下であることが好ましい。このような固体試料３は、上述した固体試料３の作製方法において、樹脂と色材群を有機溶剤に分散させて混合溶液をつくるとき、樹脂と色材群を均質に分散させることにより実現できる。
さらに、固体試料３は、電子内視鏡１００を用いて撮像されるので、固体試料３のどの部分を撮像しても、図２に示すような吸光率のスペクトル波形、特に、２つの吸収ピークを含む波長域Ｘ（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）における吸光率の平均値のばらつきの少ないキャリブレーション測定値が得られることが重要である。このため、固体試料３における色材群間の濃度の場所によるばらつきは少ないことが好ましい。このため、固体試料３の波長５２８〜５８４ｎｍの波長帯域における平均吸光率に対する波長５４６〜５７０ｎｍの波長帯域における平均吸光率の比の場所による変動は、この比の場所に関する平均値の０〜１％以下であることが好ましい。このような固体試料３は、上述した固体試料３の作製方法において、樹脂と色材群を有機溶剤に分散させて混合溶液をつくるとき、各色材を有機溶剤に均質に分散させることにより実現できる。
以上、本実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施携帯に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。
１ キャリブレーション試料
２ 基台
３ 固体試料
１０ 内視鏡システム
１００ 電子内視鏡
１１０ 挿入管
１１１ 挿入管先端部
１２１ 対物レンズ群
１３１ ライトガイド
１３１ａ 先端部
１３１ｂ 基端部
１３２ レンズ
１４１ 撮像素子
１４１ａ カラーフィルタ
１４２ ケーブル
２００ プロセッサ
３００ ディスプレイ
４００ 光源部
４１０ 回転フィルタ
４２０ フィルタ制御部
４３０ 光源ランプ
４４０ 集光レンズ
４５０ 集光レンズ
５００ 画像処理部
５０２ Ａ／Ｄ変換回路
５０４ プレ画像処理部
５０６ フレームメモリ部
５０８ ポスト画像処理部
５１０ 特徴量取得部
５１２ メモリ
５１４ 画像表示制御部
５１６ コントローラ
本発明の一態様は、固体材料である。
前記固体材料は、
複数の色材を有し、前記複数の色材の混合比率を調整することにより、所定の濃度及び所定の酸素飽和度のヘモグロビンの吸光特性を再現した、非生体物質からなる色材群と、
前記色材群の各色材が分散した樹脂材と、を有し、非生体物質からなる。
前記色材群は、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つの吸光ピーク波長を有する第１色材と、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つの吸光ピーク波長を有する第２色材と、を少なくとも含み、前記色材群で再現した吸光特性の波長帯域は、４００〜６００ｎｍの波長帯域である。
前記固体材料は、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するためのキャリブレーションの参照試料として用いられる。
本発明のさらに他の一態様は、ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するためのキャリブレーション用参照試料として用いる、非生体物質からなる固体試料の作製方法である。
前記作製方法は、
所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有するヘモグロビンの吸光特性を再現した色材群を作製するステップと、
所定の濃度のヘモグロビンの吸光特性を再現するための所定の量の前記色材群を有機溶媒に分散させた混合溶液に、母材となる樹脂を溶解させるステップと、
前記樹脂が溶解した前記混合溶液から前記有機溶剤を揮発させて前記固体試料を作製するステップと、
を含む。
前記色材群は、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つの吸光ピーク波長を有する第１色材と、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つの吸光ピーク波長を有する第２色材と、を少なくとも含む。

Claims (12)

  1. 複数の色材を有し、前記複数の色材の混合比率を調整することにより、所定の濃度及び所定の酸素飽和度のヘモグロビンの吸光特性を再現した、非生体物質からなる色材群と、
    前記色材群の各色材が分散した樹脂材と、を有し、
    生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するためのキャリブレーションの参照試料として用いる固体試料。
  2. 前記色材群は、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つの吸光ピーク波長を有する第１色材と、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つの吸光ピーク波長を有する第２色材と、を少なくとも含み、前記色材群で再現した吸光特性の波長帯域は、４００〜６００ｎｍの波長帯域である、請求項１に記載の固体試料。
  3. 前記固体試料における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域の吸光スペクトルは、２つの吸光ピークと、前記２つの吸光ピークの間に挟まれ、前記２つの吸光ピークの間で吸光率が最低になる吸光ボトムとを備え、
    前記２つの吸光ピークのそれぞれと、前記２つの吸光ピークのそれぞれに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ピークとの間の波長のずれは、いずれも２ｎｍ以下であり、
    前記吸光ボトムと、前記吸光ボトムに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ボトムとの間の波長のずれは、それぞれ２ｎｍ以下であり、
    前記２つの吸光ピークのそれぞれにおける吸光率は、前記２つの吸光ピークのそれぞれに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ピークにおける吸光率に対して、いずれも９５％〜１０５％の範囲にある、請求項１または２に記載の固体試料。
  4. 前記固体試料における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域の吸光スペクトルは、５４６〜５７０ｎｍの範囲に１つの吸光ピークを備え、
    前記吸光ピークにおける吸光率は、前記吸光ピークに対応した前記ヘモグロビンの対応吸光ピークにおける吸光率に対して、いずれも９５％〜１０５％の範囲にある、請求項１または２に記載の固体試料。
  5. 前記固体試料における波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域における平均吸光率の、前記固体試料の場所による変動は、前記平均吸光率の前記場所に関する平均値の５％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体試料。
  6. 前記固体試料の波長５２８〜５８４ｎｍの波長帯域における平均吸光率に対する波長５４６〜５７０ｎｍの波長帯域における平均吸光率の比の前記固体試料の場所による変動は、前記比の前記場所に関する平均値の１％以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体試料。
  7. 生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
    前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されたプロセッサと、を備え、
    前記プロセッサは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体試料を、前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値と、前記固体試料における前記所定のヘモグロビンの濃度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、及び請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体試料を前記キャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第２の比率のキャリブレーション測定値と、前記固体試料における前記所定のヘモグロビンの酸素飽和度の情報との間の対応付けを含む、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係を記憶した記憶部を、備え、
    前記プロセッサは、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を用いて、生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されている、ことを特徴とする内視鏡システム。
  8. 生体組織を撮像することにより複数の画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
    前記複数の画像データの成分のうち、所定の成分の値を用いて成分間の第１の比率及び第２の比率の値を算出し、前記第１の比率及び前記第２の比率の値を用いて生体組織のヘモグロビンの濃度及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されたプロセッサと、を備え、
    前記プロセッサは、ヘモグロビンの濃度と前記第１の比率の値との間の第１の対応関係、ヘモグロビンの酸素飽和度と前記第２の比率の値との間の第２の対応関係、及び、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体試料を、前記ヘモグロビンの酸素飽和度の算出のためのキャリブレーション用参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値のそれぞれが補正をすることにより予め設定された値になるような補正係数を記憶した記憶部を備え、
    前記プロセッサは、前記画像データの値を用いて得られる前記第１の比率及び前記第２の比率の値を前記補正係数を用いて補正した値を用いて、前記第１の対応関係及び前記第２の対応関係を参照することにより、生体組織の前記ヘモグロビンの濃度及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成されている、ことを特徴とする内視鏡システム。
  9. 前記第１の比率のキャリブレーション測定値及び前記第２の比率のキャリブレーション測定値は、複数のヘモグロビンの濃度に対応した前記色材群の含有率が異なる複数種類の固体試料それぞれを、前記参照試料として前記内視鏡で撮像した測定結果である、請求項７または８に記載の内視鏡システム。
  10. 前記第１の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの濃度に対して感度を有する比率であり、前記第２の比率は、前記生体組織のヘモグロビンの酸素飽和度に対して感度を有する比率であり、
    前記第１の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の第１波長帯域の成分であり、
    前記第２の比率の算出に用いる前記画像データの成分の１つは、前記第１波長帯域より狭い第２の波長帯域の成分である、請求項７〜９のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
  11. ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するためのキャリブレーション用参照試料として用いる、非生体物質からなる固体試料の作製方法であって、
    所定のヘモグロビンの酸素飽和度を有するヘモグロビンの吸光特性を再現した色材群を作製するステップと、
    所定の濃度のヘモグロビンの吸光特性を再現するための所定の量の前記色材群を有機溶媒に分散させた混合溶液に、母材となる樹脂を溶解させるステップと、
    前記樹脂が溶解した前記混合溶液から前記有機溶剤を揮発させて前記固体試料を作製するステップと、
    を含む固体試料の作製方法。
  12. 前記色材群は、波長５２０〜６００ｎｍの波長帯域に、２つの吸光ピーク波長を有する第１色材と、波長４００〜４４０ｎｍの波長帯域に、１つの吸光ピーク波長を有する第２色材と、を少なくとも含む、請求項１１に記載の固体試料の作製方法。
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