JP2015180449A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】補色系撮像素子を用いる狭帯域光観察において、表層血管など注目する構造の視認性を維持する内視鏡システムを提供する。【解決手段】モード切替スイッチ１４により、通常光観察モードと狭帯域光観察モードが切り替えられる。通常光観察モードでは、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを全て点灯させて、通常光で検体を照射するとともに、その検体を補色系撮像素子２９で撮像して、通常光観察モード用の画像信号を出力する。狭帯域光観察モードでは、Ｖ−ＬＥＤ２０ａとＧ−ＬＥＤ２０ｃを交互に点灯させて、紫色狭帯域光と緑色狭帯域光を時分割で検体を照射するとともに、その検体を補色系撮像素子２９で撮像して、狭帯域光観察モード用の画像信号を出力する。通常光観察モード用の画像信号に基づいて、通常画像を作成してモニタ５に表示する。狭帯域光観察モード用の画像信号に基づいて、特殊画像を作成してモニタ５に表示する。【選択図】図２

Description

本発明は、同時式撮像素子を用いて狭帯域光観察を行う内視鏡システムに関する。

近年の医療においては、光源装置、電子内視鏡、及び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。内視鏡システムで使用される観察方法としては、通常の可視光を用いて検体内を観察する通常光観察の他、狭帯域の照明光を利用して、通常の可視光の場合に得られる光学情報では埋もれてしまい易い血管走行の状態等の視認性を向上させて表示する狭帯域光観察が行われるようになってきている。この狭帯域光観察では、血管走行の中でも表層血管に着目し、その表層血管の形態によって、病変部の進行度、深さ方向の深達度などを判断する。

狭帯域光観察を行う方式としては、ヘモグロビンの吸収係数が高い中心波長４１５±１０nmの青色狭帯域光と中心波長５４０±１０nmの緑色狭帯域光を交互に照射し、各狭帯域光を照射毎に反射像をモノクロの撮像素子で撮像する面順次方式の他、特許文献１に示すように、中心波長４１５±１０nmの青色狭帯域光と中心波長５４０±１０nmの緑色狭帯域光を同時照射し、それら狭帯域光の混色光をカラーの撮像素子で同時に検出する同時方式がある。

特許４００９６２６号公報

特許文献１の示す同時方式において、撮像素子として、Cy画素、Mg画素、Ye画素、及びG画素を有する補色系撮像素子を用いる場合、補色系撮像素子の感度は短波長側で低くなっているため、撮像により得られる画像信号のうち青色狭帯域光に対応する信号成分が占める割合は少なくなっている（図７参照）。そのため、表層血管のコントラストは、必然的に低くなる。

また、青色狭帯域光に対して感応するＣｙ画素及びＭｇ画素のうち、Ｃｙ画素は、緑色狭帯域光にも感応するため、青色狭帯域光のみを分離することができず、また、Ｍｇ画素も、緑色狭帯域光に若干感応するため、青色狭帯域光のみを完全に分離することができない（図８参照）。そのため、異なる層（表層と中深層）の像は分離できずに混ざり合うことから、表層血管のコントラストは低くなっている。

更には、内視鏡の導光部材として用いるバンドルファイバの波長透過特性は、略４４０nm以下の短波長側で減衰率が高くなって透過率が低下することが多い（図１２参照）。したがって、青色狭帯域光は他の狭帯域光よりもバンドルファイバで減衰する量が多いため、撮像により得られる画像信号のうち青色狭帯域光に対応する信号成分が占める割合が少なくなる。そのため、表層血管のコントラストは低くなっている。

本発明は、補色系撮像素子を用いる狭帯域光観察において、表層血管など注目する構造の視認性を維持することができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明の内視鏡システムは、紫色狭帯域光又は青色狭帯域光を発生する第１半導体光源と、緑色光を発生する第２半導体光源と、青緑色狭帯域光を発生する第３半導体光源と、赤色光を発生する第４半導体光源と、緑色光から緑色狭帯域光を生成する狭帯域フィルタと、紫色狭帯域光、青緑色狭帯域光、緑色光、及び赤色光を含む通常光を用いる通常光観察モードと、紫色狭帯域光又は青色狭帯域光のいずれかの光と緑色狭帯域光を用いる狭帯域光観察モードとを切替えるためのモード切替部と、通常光観察モードにおいて、第１半導体光源、第２半導体光源、第３半導体光源、及び第４半導体光源を全て点灯することによって、検体に向けて通常光を照射させる制御を行い、狭帯域光観察モードにおいて、第１半導体光源と第２半導体光源とを互いに点灯することによって、検体に向けて、紫色狭帯域光又は青色狭帯域光のいずれかの光と、緑色狭帯域光とを時分割で照射させる制御を行う光源制御部と、紫色狭帯域光又は青色狭帯域光のいずれかの光と、緑色狭帯域光の両方に感応する特定画素を有し、通常光観察モードにおいて、通常光で照明中の検体の反射像を撮像して、通常光観察モード用の画像信号を出力し、狭帯域光観察モードにおいて、紫色狭帯域光又は青色狭帯域光のいずれかの光で照明中の検体を撮像し、緑色狭帯域光で照明中の検体の反射像を撮像して狭帯域光観察モード用の画像信号を出力する補色系撮像素子と、通常光観察モード用の画像信号に基づいて、通常光によって照明された検体の反射像が写し出された通常画像を作成し、又は狭帯域光観察モード用の画像信号に基づいて、紫色狭帯域光又は青色狭帯域光のいずれかの光と、緑色狭帯域光とによって照明された検体の反射像が写し出された特殊画像を作成する画像処理部と、通常画像又は特殊画像を表示する表示部とを備える。

紫色狭帯域光と青色狭帯域光は、検体の表面から深さ方向に対して第１透過距離で透過可能であり、緑色狭帯域光は第１透過距離よりも長い第２透過距離で透過可能であり、特殊画像は、第１透過距離に含まれる構造と第２透過距離に含まれる構造とを分離して視認可能であることが好ましい。狭帯域フィルタは、第２半導体光源の光路上に挿脱可能であることが好ましい。光源制御部は、第１半導体光源、第２半導体光源、第３半導体光源、及び第４半導体光源の光の照射時間を制御することが好ましい。

補色系撮像素子を制御して、紫色狭帯域光と青色狭帯域光のいずれかの光で照明中の検体の反射像を撮像する際の電荷蓄積時間を、緑色狭帯域光で照明中の検体の反射像を撮像する際の電荷蓄積時間よりも長くする撮像制御部を有することが好ましい。補色系撮像素子を制御して、紫色狭帯域光と青色狭帯域光のいずれかの光と、緑色狭帯域光のそれぞれの照射後に、狭帯域光観察モード用の画像信号を読み出す撮像制御部を備えることが好ましい。補色系撮像素子を制御して、紫色狭帯域光と青色狭帯域光のいずれかの光と、緑色狭帯域光との両方の照射が完了した後のみに、狭帯域光観察モード用の画像信号を読み出す撮像制御部を備えることが好ましい。

本発明によれば、補色系撮像素子を用いる狭帯域光観察において、表層血管など注目する構造の視認性を維持することができる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムの内部構成を示すブロック図である。 紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎの発光タイミングと照射時間Ｔｖ、Ｔｇを説明するための説明図である。 通常光の発光スペクトルを示すグラフである。 紫色狭帯域光Ｖｎ及び緑色狭帯域光Ｇｎの発光スペクトルを示すグラフである。 V-LED、B-LED、G-LED、及びR-LEDと第１〜第３ダイクロイックミラーの位置関係を示す平面図である。 補色系撮像素子に設けられた色分離フィルタのフィルタ配列の構成を示す説明図である。 補色系撮像素子の各画素における相対感度を示すグラフである。 紫色狭帯域光Ｖｎ及び緑色狭帯域光Ｇｎに対する補色系撮像素子の各画素の感度を示す表である。 狭帯域光観察モードにおける補色系撮像素子の信号の読出しを説明するための説明図である。 紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎの補色系撮像素子での受光タイミングと電荷蓄積時間Ｓｖ、Ｓｇを説明するための説明図である。 本実施形態の一連の動作を示すフローチャートである。 バンドルファイバの分光減衰率を示すグラフである。

図１に示すように、内視鏡システム１は、検体の体腔内等に挿入され、内視鏡検査を行う電子内視鏡（以下、単に内視鏡と略記）２と、この内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、内視鏡２の各機器を駆動すると共に、内視鏡２で取得した画像信号に対して信号処理を行うプロセッサ装置４と、このプロセッサ装置４から出力される映像信号が入力されることにより、検体内の画像を表す検体画像を表示するモニタ５と、プロセッサ装置４に対して各種情報を入力する入力装置６を備えている。内視鏡２は、細長の挿入部７と、この挿入部７の後端に設けられた操作部８と、この操作部８から延出されたユニバーサルケーブル９とを有し、このユニバーサルケーブル９の端部のライトガイドコネクタ１１ａは、光源装置３に着脱自在に接続され、信号コネクタ１１ｂは、プロセッサ装置４に着脱自在に接続される。

内視鏡システム１には、波長域が青色帯域から赤色帯域に及ぶ通常光を用いて、通常光画像をモニタ５に表示する通常光観察モードと、紫色狭帯域光Ｖｎ、緑色狭帯域光Ｇｎを用いて、特殊画像をモニタ５に表示する狭帯域光観察モードを備えている。これら通常光観察モードと狭帯域光観察モードの切替指示は、例えば内視鏡２の操作部８に設けたスコープスイッチ等によるモード切替スイッチ１４により行うことができる。なお、モード切替スイッチ１４は、内視鏡２に設けたスコープスイッチで構成する他に、フットスイッチにより構成しても良いし、プロセッサ装置４のフロントパネルに設けても良いし、入力装置６により構成する等しても良い。

モード切替スイッチ１４は、モード切替操作によって、切替信号を発する。この切替信号は、プロセッサ装置４内の制御回路１５（図２参照）に入力され、切替信号が入力されると、この制御回路１５は、光源装置３の光源制御部２１を制御して、モードに応じた照明光を発生させる。また、制御回路１５は、照明光の切替制御に連動して、プロセッサ装置４内の映像信号処理系の特性を切り替える制御も行う。そして、モード切替スイッチ１４による切替操作により、映像信号処理系の特性を切り替えることにより、通常光観察モードと狭帯域光観察モードとにそれぞれ適した信号処理を行えるようにしている。

図２に示すように、光源装置３は、V-LED（Violet Light Emitting Diode）２０ａ、B-LED（Blue Light Emitting Diode）２０ｂ、G-LED（Green Light Emitting Diode）２０ｃ、R-LED（Red Light Emitting Diode）２０ｄ、これら４色のＬＥＤの駆動を制御する光源制御部２１、及びG-LEDの光路上に挿脱される緑色狭帯域フィルタ２２を備えている。光源装置３で発生した光は、挿入部７内に挿通されたライトガイド１３及び照明レンズ２７を介して、検体内に照射される。なお、緑色狭帯域フィルタ２２はフィルタ挿脱部２２ａにより挿脱され、このフィルタ挿脱部２２ａは制御回路１５によって駆動される（図５参照）。なお、LEDの代わりに、LD（Laser Diode）を用いてもよい。また、Ｖ−ＬＥＤ２０ａは本発明の「第１半導体光源」に対応しており、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃは本発明の「第２半導体光源」に対応している。また、緑色狭帯域フィルタ２２は本発明の「狭帯域フィルタ」に対応している。

光源制御部２１は、通常光観察モード時には、緑色狭帯域フィルタ２２をG-LED２０ｃの光路上から退避させた状態で、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、及びR-LED２０ｄを全て点灯して、通常光を発生する。一方、狭帯域光観察モード時には、緑色狭帯域フィルタ２２をG-LED２０ｃの光路上に挿入した状態で、V-LED２０ａとG-LED２０ｃを交互に点灯することにより、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎを交互に発生する。これにより、図３に示すように、検体内には、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎが交互に照射される。

ここで、紫色狭帯域光Ｖｎは、検体の表面から表層付近までの第１透過距離で透過可能であることから、紫色狭帯域光Ｖｎの反射像には、表層血管など第１透過距離に含まれる構造の像が多く含まれている。一方、緑色狭帯域光Ｇｎは、検体の表面から中深層付近までの第２透過距離で透過可能であることから、緑色狭帯域光Ｇｎの反射像には、中深層血管など第２透過距離に含まれる構造の像が多く含まれている。

また、光源制御部２１は、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの光の照射時間を制御する。通常光観察モード時は、各ＬＥＤを全て常時点灯するため、照射時間の制御は行われない。一方、狭帯域光観察モード時には、紫色狭帯域光Ｖｎの照射時間Ｔｖを、緑色狭帯域光Ｇｎの照射時間Ｔｇよりも長くする。紫色狭帯域光Ｖｎは、表層血管に対して高い光吸収特性を有している（紫色狭帯域光Ｖｎの中心波長４０５±１０nmは可視光領域においてヘモグロビンの吸光係数が高い）ため、照射時間Ｔｖを長くして補色系撮像素子２９での感度を上げることにより、表層血管のコントラストを向上させることができる。また、ライトガイド１３における青色帯域の光の損失が大きい場合（図１１参照）には、紫色狭帯域光Ｖｎの照射時間Ｔｖを長くすることで、その光損失分を補うことができる。

V-LED２０ａは、中心波長４０５±１０nm、波長範囲３８０〜４４０nmの紫色狭帯域光Ｖｎを発生する。B-LED２０ｂは、中心波長４６０±１０nm、波長範囲４２０〜５００nmの青緑色狭帯域光Ｂｎを発生する。G-LED２０ｃは、波長範囲が５００〜６００nmに及ぶ緑色光Ｇを発生する。R-LED２０ｄは、波長範囲が６００〜６５０nmに及ぶ赤色光Ｒを発生する。緑色狭帯域フィルタ２２は、G-LED２０ｃから発せられる緑色光Ｇのうち、５３０〜５５０nmの緑色狭帯域光を透過させる。したがって、図４Ａに示すように、通常光観察モード時には、紫色狭帯域光Ｖｎ、青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒの４色の光が混色することで、通常光が生成される。一方、図４Ｂに示すように、狭帯域光観察モード時には、V-LED２０ａからの紫色狭帯域光Ｖｎと、緑色狭帯域フィルタ２２で波長制限された緑色狭帯域光Ｇｎとが交互に生成される。

なお、緑色狭帯域光Ｇｎは、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃからの緑色光Ｇを緑色狭帯域フィルタ２２で波長制限して生成しているが、その他に、白色ＬＥＤなどの半導体光源からの広帯域光（白色光）を緑色狭帯域フィルタ２２で波長制限して生成してもよい。即ち、本発明において、第２半導体光源が発する光の波長域である「特定帯域」には、緑色光Ｇの波長域（５００〜６００nm）の他、白色光などの広帯域光の波長域も含まれる。

図５に示すように、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、及びR-LED２０ｄからの光は、第１〜第３ダイクロイックミラー２３ａ〜２３ｃを用いて、合波される。第１ダイクロイックミラー２３ａは、V-LED２０ａからの紫色狭帯域光Ｖｎを透過させる一方で、B-LED２０ｂからの青緑色狭帯域光Ｂｎを略９０°の角度で反射させる。これにより、第１ダイクロイックミラー２３ａで、紫色狭帯域光Ｖｎの光路と青緑色狭帯域光Ｂｎの光路とが統合される。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、G-LED２０ｃからの緑色光Ｇ又は緑色狭帯域光Ｇｎを透過させる一方で、R-LED２０ｄからの赤色光Ｒを略９０°の角度で反射させる。これにより、第２ダイクロイックミラー２３ｂで、緑色光Ｇの光路又は緑色狭帯域光Ｇｎの光路と赤色光Ｒの光路とが統合される。なお、V-LED２０ａ及びB-LED２０ｂと第１ダイクロイックミラー２３ａとの間には、それぞれ集光レンズ２４が設けられており、G-LED２０ｃ及びR-LED２０ｄと第２ダイクロイックミラー２３ｂとの間には、それぞれ集光レンズ２４が設けられている。

更には、第３ダイクロイックミラー２３ｃは、第１ダイクロイックミラー２３ａからの紫色狭帯域光Ｖｎ及び青緑色狭帯域光Ｂｎを略９０°の角度で反射させる一方で、第２ダイクロイックミラー２３ｂからの緑色光Ｇ又は緑色狭帯域光Ｇｎと赤色光Ｒを透過させる。これにより、第３ダイクロイックミラー２３ｃで、紫色狭帯域光Ｖｎの光路、青緑色狭帯域光Ｂｎの光路、赤色光Ｒの光路、又は緑色光Ｇの光路（又は緑色狭帯域光Ｇｎの光路）が合波される。第３ダイクロイックミラー２３ｃを経た光は、集光レンズ２４を介して、ライトガイド１３に入射される。

図２に示すように、内視鏡２の先端部２６には、照明窓に隣接して観察窓が設けてあり、この観察窓には対物レンズ２８が取り付けられている。この対物レンズ２８は、生体組織からの反射光による光学像を結像する。この対物レンズ２８の結像位置には補色系撮像素子２９が配置されており、この補色系撮像素子２９により光電変換される。なお、補色系撮像素子２９としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）の他、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサを用いてもよい。

補色系撮像素子２９の撮像面には、光学的に色分離する色分離フィルタ２９ａとして、図６に示す補色系フィルタが各画素単位で取り付けてある。したがって、補色系撮像素子２９は、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）、及びイエロー（Ｙｅ）の４色の画素を備えており、Ｍｇ画素とＧ画素とが交互に水平方向に配置され、縦方向には、Ｍｇ画素、Ｃｙ画素、Ｍｇ画素、及びＹｅ画素とＧ画素、Ｙｅ画素、Ｇ画素、及びＣｙ画素との配列順で、それぞれ配置されている。

ここで、Ｍｇ画素、Ｇ画素、Ｃｙ画素、及びＹｅ画素は、図７に示すような分光感度を有している。この分光特性を鑑みると、特許文献１のような従来技術においては、血管強調に用いる青色狭帯域光と緑色狭帯域光を同時照射していたため、図８に示すように、補色系撮像素子２９のＣｙ画素とＭｇ画素において青色狭帯域光と緑色狭帯域光の両方が感応していた。そのため、それら２色の狭帯域光が混色して、色分離することができなかった。即ち、表層血管のコントラスト向上に大きく寄与する青色狭帯域光が、表層血管のコントラストにそれほど寄与しない緑色狭帯域光と混色することで、病変部の診断に重要な表層血管のコントラストが低下していた。

これに対して、本発明では、狭帯域光観察モードにおいて、表層血管のコントラスト向上に大きく寄与する紫色狭帯域光Ｖｎと表層血管のコントラスト向上にそれほど寄与しないが、中深層血管のコントラスト向上に大きく寄与する緑色狭帯域光Ｇｎを交互（時分割）に照射し、その照射毎に撮像を行っているため、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光ＧｎとがＣｙ画素とＭｇ画素において混色することがない。これにより、表層血管のコントラストを向上又は維持でき、更には、中深層血管のコントラストも向上又は維持することができる。

補色系撮像素子２９は、撮像制御部３１によって駆動制御される。この撮像制御部３１では、補色系撮像素子２９から、奇数フィールドと偶数フィールドに分けて信号を読み出す（インタレース読出）。その際、縦方向に隣接する２列の画素を加算して順次読み出すとともに、奇数フィールドと偶数フィールドで画素の列をずらして読み出すようにする（図６参照）。ここで、通常光観察モードでは、通常光を検体内に常時照射する一方で、狭帯域光観察モードでは、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎを交互に検体内に照射するため、補色系撮像素子２９から信号を読み出すタイミングは、通常光観察モードと狭帯域光観察モードとで異なっている。

通常光観察モードでは、奇数フィールド用の信号と偶数フィールド用の信号を交互に読み出す。これに対して、狭帯域光観察モードでは、図９に示すように、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎの照射に合わせて、奇数フィールドの読出しを続けて２回行い、この奇数フィールドの読出しが完了したら、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎの照射に合わせて、偶数フィールドの読出しを続けて２回行う。この一連の読出しは、繰り返し行われる。なお、本実施形態では、インタレース読出しで補色系撮像素子２９から信号の読出しを行うが、これに代えて、プログレッシブ読出しで信号の読出しを行ってもよい。また、図９では、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎのそれぞれの照射後に信号読出しを行っているが、これに代えて、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎの両方の照射が完了した後に、信号読出しを行ってもよい。

図２に示すように、補色系撮像素子２９は、信号線の一端と接続されており、この信号線の他端が接続された信号コネクタをプロセッサ装置４に接続することにより、プロセッサ装置４内の撮像制御部３１と相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路と略記）３２とに接続される。なお、内視鏡２は、固有の識別情報（ＩＤ）を発生するＩＤ発生部３３を備え、ＩＤ発生部３３によるＩＤは、制御回路１５に入力され、制御回路１５は、ＩＤによりプロセッサ装置４に接続された内視鏡２の種類やその内視鏡２の内蔵された補色系撮像素子２９の画素数種類等を識別する。

そして、制御回路１５は、識別した内視鏡２の補色系撮像素子２９を適切に駆動するように、撮像制御部３１を制御する。撮像制御部３１は、補色系撮像素子２９を駆動する撮像タイミングに関する情報を制御回路１５に送信する。制御回路１５は、その撮像タイミングに関する情報に基づいて、セレクタ５１を駆動制御する。

また、撮像制御部３１は、補色系撮像素子２９の電荷蓄積時間を制御する。電荷蓄積時間の制御は、モード毎に異なっている。通常光観察モードでは、一定の電荷蓄積時間に設定されている。一方、狭帯域光観察モード時においては、図１０に示すように、紫色狭帯域光Ｖｎを照射しているときの電荷蓄積時間Ｓｖは、緑色狭帯域光Ｇｎを照射しているときの電荷蓄積時間Ｓｇよりも長く設定されている。

紫色狭帯域光Ｖｎは、上述したように、表層血管に対して高い光吸収特性を有している（紫色狭帯域光Ｖｎの中心波長４０５±１０nmは可視光領域においてヘモグロビンの吸光係数が高い）ため、電荷蓄積時間Ｓｖを長くして補色系撮像素子２９での感度を上げることにより、表層血管のコントラストを向上させることができる。また、ライトガイド１３における青色帯域の光の損失が大きい場合（図１２参照）には、電荷蓄積時間Ｓｖを長くすることで、その光損失分を補うことができる。

図２に示すように、補色系撮像素子２９は、撮像制御部３１からの補色系撮像素子駆動信号の印加により、撮像信号は、ＣＤＳ回路３２に入力される。ＣＤＳ回路３２により、撮像信号から信号成分が抽出されてベースバンドの信号に変換された後、Ａ／Ｄ変換回路３４に入力され、デジタル信号に変換されると共に、明るさ検波回路３５に入力され、明るさ（信号の平均輝度）が検出される。

明るさ検波回路３５により検出された明るさ信号は、調光回路３６に入力され、基準の明るさ（調光の目標値）との差分により調光するための調光信号が生成される。この調光回路３６からの調光信号は、光源制御部２１に入力され、基準となる明るさとなるようにV-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、及びR-LED２０ｄの発光量が制御される。

Ａ／Ｄ変換回路３４から出力されるデジタル信号は、Ｙ／Ｃ分離回路３７に入力される。Ｙ／Ｃ分離回路３７は、入力されたデジタル信号に基づいて、輝度信号Ｙと（広義の色信号Ｃとしての）線順次の色差信号Ｃｒ（＝２Ｒ−Ｇ），Ｃｂ（＝２Ｂ−Ｇ）を生成する。輝度信号Ｙは、γ回路３８を介してセレクタ３９に入力される（この輝度信号をＹｈと記す）と共に、信号の通過帯域を制限する第１のローパスフィルタ（ＬＰＦと略記）４１に入力される。

第１のＬＰＦ４１は、輝度信号Ｙに対応して広い通過帯域に設定されており、この第１のＬＰＦ４１の通過帯域特性により設定された帯域の輝度信号Ｙ１が、第１マトリクス回路４２に入力される。また、色差信号Ｃｒ，Ｃｂは、信号の通過帯域を制限する第２のＬＰＦ４３を介して（線順次）同時化回路４４に入力される。この場合、第２のＬＰＦ４３は、制御回路１５により、観察モードに応じてその通過帯域特性が変更される。具体的には、通常光観察モード時には、第２のＬＰＦ４３は、第１のＬＰＦ４１より低帯域に設定される。

一方、狭帯域光観察モード時には、第２のＬＰＦ４３は、通常光観察モード時における低帯域よりも広い帯域に変更される。例えば第２のＬＰＦ４３は、第１のＬＰＦ４１とほぼ同様に広帯域に設定（変更）される。同時化回路４４は、同時化された色差信号Ｃｒ，Ｃｂを生成し、この色差信号Ｃｒ，Ｃｂは、第１マトリクス回路４２に入力される。

第１マトリクス回路４２は、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ，Ｃｂから３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに色変換処理を施して、γ回路４５に出力する。また、この第１マトリクス回路４２は、制御回路１５によって制御され、補色系撮像素子２９の色分離フィルタ２９ａやV-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、及びR-LED２０ｄの発光特性に応じて（変換特性を決定する）マトリクス係数の値を変更して、混色の無い或いは混色を殆ど解消した３原色信号Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１に変換する。なお、本実施形態において、混色が生じるおそれがあるのは、通常光観察モードの場合のみであり、狭帯域光観察モードの場合には、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎを時分割で照射しているため、混色が生じることはない。

γ回路４５も、制御回路１５により制御される。具体的には、狭帯域光観察モード時には、通常光観察モード時よりもγ補正の特性を強調したγ特性に変更される。これにより、低信号レベル側でのコントラストが強調され、より識別し易い表示特性となる。このγ回路４５によりγ補正された３原色信号Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２は、セレクタ５１に入力される。

セレクタ５１は、制御回路１５により切替が制御される。通常光観察モードの場合には、３原色信号Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２をそのまま第２マトリクス回路４６に入力する。一方、狭帯域光観察モードの場合には、セレクタ５１は、紫色狭帯域光Ｖｎで照明中の検体を撮像したときに得た３原色信号Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２（以下「Ｒ２ｖ，Ｇ２ｖ，Ｂ２ｖ」とする）のうち青色信号Ｂ２ｖを同時化回路５２に入力し、その他の信号を破棄する。また、セレクタ５１は、緑色狭帯域光Ｇｎで照明中の検体を撮像したときに得た３原色信号Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２（以下「Ｒ２ｇ，Ｇ２ｇ，Ｂ２ｇ」とする）のうち緑色信号Ｇ２ｇを同時化回路５２に入力し、その他の信号を破棄する。同時化回路５２は、青色信号Ｂ２ｖ、緑色信号Ｇ２ｇの両方が入力されたら、それら信号Ｂ２ｖ、Ｇ２ｇを同時に第２マトリクス回路４６に入力する。

第２マトリクス回路４６は、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２又はＢ２ｖ、Ｇ２ｖから、輝度信号Ｙと、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換する。この場合、制御回路１５は、通常光観察モード時には、３原色信号Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２から、輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに単に変換するように第２マトリクス回路４６のマトリクス係数を設定する。また、制御回路１５は、狭帯域光観察モード時には、第２マトリクス回路４６のマトリクス係数を通常光観察モード時の値から変更して、Ｂ２ｖ、Ｇ２ｇのうちＢ２ｖの重み付けを大きくした輝度信号Ｙｎｂｉ及び色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙが生成されるようにする。

この場合における変換式は、３行３列のマトリクスＡ、Ｋを用いると、以下のようになる。

ここで、Ｋは、例えば３個の実数成分ｋ１〜ｋ３（その他の成分は０）からなる。又、Ａは、ＲＧＢ信号からＹ色差信号に変換する為のマトリクス（行列）であり、以下のような公知の演算係数（２）等が用いられる。

第２マトリクス回路４６により出力される輝度信号Ｙｎｂｉは、セレクタ３９に入力される。このセレクタ３９は、制御回路１５により切替が制御される。つまり、通常光観察モード時には輝度信号Ｙｈが選択され、狭帯域光観察モード時には、輝度信号Ｙｎｂｉが選択される。

第２マトリクス回路４６から出力される色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは、セレクタ３９を通った輝度信号Ｙｈ又はＹｎｂｉ（Ｙｈ／Ｙｎｂｉと表記）と共に、拡大回路４７に入力される。この拡大回路４７により拡大処理された輝度信号Ｙｈ／Ｙｎｂｉは、強調回路４８により輪郭強調された後、第３マトリクス回路４９に入力され、拡大回路４７により拡大処理された色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、強調回路４８を通さないで第３マトリクス回路４９に入力される。そして、第３マトリクス回路４９により３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換された後、図示しないＤ／Ａ変換回路によりアナログの映像信号に変換されて映像信号出力端からモニタ５に出力される。なお、通常光観察モードと狭帯域光観察モードでは、補色系撮像素子２９における信号の読出しタイミングが異なるため、モニタ５での画像表示タイミングについても、各観察モードに応じて異なっている。

モニタ５には、通常光観察モード時には、通常光によって照明された検体の像が写し出された通常画像が表示される。一方、狭帯域光観察モード時には、紫色狭帯域光Ｖｎ又は緑色狭帯域光Ｇｎによって照明された検体の像が写し出された特殊画像が表示される。ここで、紫色狭帯域光Ｖｎは、検体の表面から表層付近までの第１透過距離で透過可能である一方、緑色狭帯域光Ｇｎは、検体の表面から中深層付近までの第２透過距離（第１透過距離よりも長い）で透過可能である。また、紫色狭帯域光Ｖｎ及び緑色狭帯域光Ｇｎは同時に検体に照射するのではなく交互に照射しているため、それら狭帯域光Ｖｎ、Ｇｎは補色系撮像素子２９において混色しない。また、紫色狭帯域光Ｖｎの波長範囲３８０〜４４０nmと、緑色狭帯域光Ｇｎの波長範囲５３０〜５５０nmとは重なり合っていない。

したがって、特殊画像においては、第１透過距離の範囲内に含まれる表層の構造（例えば表層血管）と、第２透過距離の範囲内に含まれる中深層の構造とを分離して視認することができるとともに、表層の構造及び中深層の構造のコントラストを向上又は維持することができる。また、紫色狭帯域光Ｖｎの照射時間Ｔｖを緑色狭帯域光Ｇｎの照射時間Ｔｇよりも長くし、また、紫色狭帯域光Ｖｎを照射したときの電荷蓄積時間Ｓｖを緑色狭帯域光Ｇｎを照射したときの電荷蓄積時間Ｓｇよりも長くしているため、紫色狭帯域光Ｖｎを照射したときに得られる信号の感度は向上している。これにより、表層の構造のコントラスト、特に、病変部の診断に重要な部位である表層血管のコントラストを向上することができる。

なお、強調回路４８により輪郭強調も補色系撮像素子２９等の種類に応じてその強調特性（強調帯域が中低帯域にするか中高帯域にするか）等を変更しても良い。特に狭帯域光観察モード時には、輝度信号Ｙｎｂｉが強調処理されることになる。この場合、式（１）を採用した場合には、後述するようにＢ信号による生体表層付近の毛細血管等の構造を強調した処理を行うことになり、注目する画像成分を明瞭に表示できるようになる。

なお、映像信号出力端からモニタ５のＲ，Ｇ，Ｂの各チャンネルに実際に入力される３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、狭帯域光観察モード時には、式（１）を採用した場合、Ｇ，Ｂ，Ｂの信号（重み付けは係数により異なるが）となり、特にＢ信号による比率が最も大きくなり、Ｂ信号による生体表層付近の表層血管（毛細血管など）等の構造に対応した内視鏡画像を識別し易い状態で表示することができるようになる。つまり、狭帯域光観察モード時におけるモニタ５のＲＧＢチャンネルにそれぞれ入力される信号は、実際にはＧ，Ｂ，Ｂ信号（係数の値は別として）となる。

このように本実施形態においては、観察モードの切替に連動して、各観察モードに適した信号処理が行えるようにプロセッサ装置４の信号処理系（より具体的にはＹ／Ｃ分離回路３７以降の信号処理系）における処理特性を変更することが特徴となっている。この場合、各観察モードに専用の処理回路を設けるのではなく、殆ど共通の処理回路における処理特性を変更することにより、両観察モードに適した処理を行えるようにして、簡単な構成により、両観察モードに適切に対応できるようにしていることが特徴となっている。

本実施形態による作用を図１１を参照して以下に説明する。術者は、図１に示すように内視鏡２を光源装置３及びプロセッサ装置４に接続し、電源を投入することにより、プロセッサ装置４の制御回路１５は、初期設定の処理を開始し、光源装置３及びプロセッサ装置４の動作モードとして、例えば通常光観察モードの設定状態にする。

この状態において、光源装置３は、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄを全て点灯する。これにより、図４Ａに示す発光スペクトルを有する通常光のもとで、内視鏡２により撮像を行う状態となる。また、プロセッサ装置４側の各部も通常光観察モードの状態で信号処理を行う設定状態になる。このとき、モニタ５には、通常画像が表示される。

術者は、内視鏡２の挿入部７を患者の体腔内に挿入することにより、内視鏡検査を行うことができる。体腔内における患部等の検査対象組織の表層血管の走行状態等をより詳しく観察しようと思う場合には、術者は、モード切替スイッチ１４を操作する。制御回路１５は、モード切替スイッチ１４が操作されたか否かをモニタし、モード切替スイッチ１４が操作されていない場合には、その状態を維持し、モード切替スイッチ１４が操作された場合には、狭帯域光観察モードに切り替えられる。

制御回路１５は、光源装置３及びプロセッサ装置４の動作モードを狭帯域光観察モードの設定状態に変更する。具体的には、制御回路１５は、光源装置３に対しては、V-LED２０ａ、G-LED２０ｃを交互に点灯発光する。これにより、図４Ｂに示すように、紫色狭帯域光Ｖｎと緑色狭帯域光Ｇｎが交互に検体内に照射される。また、光源装置３の光源制御部２１は、紫色狭帯域光Ｖｎの照射時間Ｔｖを緑色狭帯域光Ｇｎの照射時間Ｔｇよりも長く設定する。

また、制御回路１５は、プロセッサ装置４における各部の設定を変更する、具体的には、制御回路１５は、撮像制御部３１を制御して、図１０に示すように、紫色狭帯域光Ｖｎを照射しているときの電荷蓄積時間Ｓｖを、緑色狭帯域光Ｇｎを照射しているときの電荷蓄積時間Ｓｇよりも長く設定する。また、制御回路１５は、第２のＬＰＦ４３の帯域特性を広帯域化し、第１マトリクス回路４２のマトリクス係数を変更し、γ回路４５のγ特性を変更する。

また、制御回路１５は、セレクタ５１を制御して、紫色狭帯域光Ｖｎで照明中の検体を撮像したときに得た３原色信号Ｒ２ｖ，Ｇ２ｖ，Ｂ２ｖのうち青色信号Ｂ２ｖを同時化回路５２に入力させるとともに、緑色狭帯域光Ｇｎで照明中の検体を撮像したときに得た３原色信号Ｒ２ｇ，Ｇ２ｇ，Ｂ２ｇのうち緑色信号Ｇ２ｇを同時化回路５２に入力させる。同時化回路５２は、青色信号Ｂ２ｖ、緑色信号Ｇ２ｇの両方が入力されたら、それら信号をＢ２ｖ、Ｇ２ｇを同時に第２マトリクス回路４６に入力する。また、制御回路１５は、第２マトリクス回路４６のマトリクス係数を信号Ｂ２ｖによる信号成分の比率が大きくなるように変更し、またセレクタ３９を輝度信号Ｙｎｂｉが選択されるように切り替える等の変更設定を行う。以上により、狭帯域光観察モード時には、特殊画像が表示される。

そして、制御回路１５は、モード切替スイッチ１４が操作されたか否かをモニタし、モード切替スイッチ１４が操作されていない場合には、診断を終了しない限り、その状態を維持し、モード切替スイッチ１４が操作された場合には、通常光観察モードに戻ることになる。

なお、上記実施形態では、狭帯域光観察モード時に、緑色狭帯域光Ｇｎを用いたが、これに代えて、緑色狭帯域フィルタ２２で波長制限せずに、波長域が広帯域に及ぶ緑色光Ｇを用いてもよい。緑色光Ｇを用いた場合には、明るい状態で狭帯域光観察を行うことができる。なお、この場合には、光源装置３内には、緑色狭帯域フィルタ２２を設けない。

なお、上記実施形態では、狭帯域光観察モード時に、中心波長４０５±１０nmの紫色狭帯域光Ｖｎを用いたが、青色帯域においてヘモグロビンの吸光係数が高い狭帯域光であれば、これに限られない。例えば、紫色狭帯域光Ｖｎの代わりに、中心波長４４５±１０nmの青色狭帯域光を用いてもよい。この場合には、青色狭帯域光の波長範囲は、緑色狭帯域光Ｇの波長範囲５３０〜５５０nmや緑色光Ｇの波長範囲５００〜６００nmと重なり合わないようにする。

なお、上記実施形態では、狭帯域光観察モード時に、γ回路４５を出力した信号を、セレクタ５１によって同時化回路に送って、紫色狭帯域光Ｖｎで照明中の検体を撮像して得た信号と緑色狭帯域光Ｇｎで照明中の検体を撮像して得た信号を同時化したが、その他の方法で、同時化を行ってもよい。

なお、特許請求の範囲の「照射部」は、本実施形態において「光源装置３」と「内視鏡２のうち光源装置３からの光を導光して検体内に照射するための部材（ライトガイド１３等）」を組み合せたものに対応している。また、特許請求の範囲の「画像処理部」は本実施形態において「プロセッサ装置４」に対応している。また、特許請求の範囲の「表示部」は「モニタ５」に対応している。

１ 内視鏡システム
３ 光源装置
４ プロセッサ装置
５ モニタ
１４ モード切替スイッチ
２０ａ V-LED
２０ｂ B-LED
２０ｃ G-LED
２０ｄ R-LED
２２ 緑色狭帯域フィルタ
２１ 光源制御部
２９ 補色系撮像素子
３１ 撮像制御部

Claims (7)

1. 紫色狭帯域光又は青色狭帯域光を発生する第１半導体光源と、
   緑色光を発生する第２半導体光源と、
   青緑色狭帯域光を発生する第３半導体光源と、
   赤色光を発生する第４半導体光源と、
   前記緑色光から緑色狭帯域光を生成する狭帯域フィルタと、
   前記紫色狭帯域光、前記青緑色狭帯域光、前記緑色光、及び前記赤色光を含む通常光を用いる通常光観察モードと、前記紫色狭帯域光又は前記青色狭帯域光のいずれかの光と前記緑色狭帯域光を用いる狭帯域光観察モードとを切替えるためのモード切替部と、
   前記通常光観察モードにおいて、前記第１半導体光源、前記第２半導体光源、前記第３半導体光源、及び前記第４半導体光源を全て点灯することによって、検体に向けて前記通常光を照射させる制御を行い、前記狭帯域光観察モードにおいて、前記第１半導体光源と前記第２半導体光源とを互いに点灯することによって、検体に向けて、前記紫色狭帯域光又は前記青色狭帯域光のいずれかの光と、前記緑色狭帯域光とを時分割で照射させる制御を行う光源制御部と、
   前記紫色狭帯域光又は前記青色狭帯域光のいずれかの光と、前記緑色狭帯域光の両方に感応する特定画素を有し、前記通常光観察モードにおいて、前記通常光で照明中の検体の反射像を撮像して、前記通常光観察モード用の画像信号を出力し、前記狭帯域光観察モードにおいて、前記紫色狭帯域光又は前記青色狭帯域光のいずれかの光で照明中の検体の反射像を撮像し、前記緑色狭帯域光で照明中の検体を撮像して前記狭帯域光観察モード用の画像信号を出力する補色系撮像素子と、
   前記通常光観察モード用の画像信号に基づいて、前記通常光によって照明された検体の反射像が写し出された通常画像を作成し、又は前記狭帯域光観察モード用の画像信号に基づいて、前記紫色狭帯域光又は前記青色狭帯域光のいずれかの光と、前記緑色狭帯域光とによって照明された検体の反射像が写し出された特殊画像を作成する画像処理部と、
   前記通常画像又は前記特殊画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記紫色狭帯域光と前記青色狭帯域光は、検体の表面から深さ方向に対して第１透過距離で透過可能であり、前記緑色狭帯域光は前記第１透過距離よりも長い第２透過距離で透過可能であり、
   前記特殊画像は、前記第１透過距離に含まれる構造と前記第２透過距離に含まれる構造とを分離して視認可能である請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記狭帯域フィルタは、前記第２半導体光源の光路上に挿脱可能である請求項１又は２記載の内視鏡システム。
4. 前記光源制御部は、前記第１半導体光源、前記第２半導体光源、前記第３半導体光源、及び前記第４半導体光源の光の照射時間を制御する請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡システム。
5. 前記補色系撮像素子を制御して、前記紫色狭帯域光と前記青色狭帯域光のいずれかの光で照明中の検体の反射像を撮像する際の電荷蓄積時間を、前記緑色狭帯域光で照明中の検体の反射像を撮像する際の電荷蓄積時間よりも長くする撮像制御部を有する請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
6. 前記補色系撮像素子を制御して、前記紫色狭帯域光と前記青色狭帯域光のいずれかの光と、前記緑色狭帯域光のそれぞれの照射後に、前記狭帯域光観察モード用の画像信号を読み出す撮像制御部を備える請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
7. 前記補色系撮像素子を制御して、前記紫色狭帯域光と前記青色狭帯域光のいずれかの光と、前記緑色狭帯域光との両方の照射が完了した後のみに、前記狭帯域光観察モード用の画像信号を読み出す撮像制御部を備える請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
   

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