JP5623469B2 - 内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡用制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡を用いて血中ヘモグロビンの酸素飽和度などの血液に関する情報を取得する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡用制御プログラムに関するものである。

近年の内視鏡分野においては、診断時に使用する観察画像として、白色光の照明によって得られる通常画像の他に、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化を疑似カラー等で画像化した酸素飽和度画像が用いられつつある。

通常画像は、主として、血管や凹凸など粘膜の状態を詳細に観察することを目的とする画像である。そのため、通常画像には、相当の解像度が必要となる。一方、酸素飽和度画像では、ガンの存在を示す低酸素領域は、一定の広がりを持つ領域として分布しているため、解像度はそれほど要求されていない。しかしながら、酸素飽和度画像では、反射光の光量に応じて酸素飽和度が決められるため、反射光は感度良く的確に捉える必要がある。そのため、酸素飽和度画像の生成には、LD・LEDやそれに匹敵する高光量の狭帯域光の照明が必要となり、また、高光量の照明光を使用しない場合には、高感度の撮像素子が必要となる。

そこで、特許文献１に示すような、通常センサと高感度の高感度センサを備えた２センサタイプの内視鏡スコープを用いることで、高解像度が要求される通常画像については通常センサの画像信号に基づいて生成し、高感度が要求される酸素飽和度画像については高感度センサの画像信号に基づいて生成することが考えられる。

特開２０１０−２２７２５６号公報

特許文献１の内視鏡スコープは、微弱な自家蛍光を感度良く検出することを目的としているため、自家蛍光については常に高感度センサで検出する必要がある。これに対して、酸素飽和度画像の生成に必要な照明光（酸素飽和度用照明光）は特定の波長域に狭帯域化しているため（例えば４７３±１０nm）、白色光などの広帯域光と比較して光量は落ちるものの、自家蛍光ほど光量は低くない。例えば、近景状態では、酸素飽和度の変化を捉えるのに十分な光量を確保できると考えられる。このように、酸素飽和度用照明光の光量を十分に確保できる状況下においても、解像度の高い通常センサではなく、解像度の低い高感度センサで酸素飽和度画像を生成した場合には、通常センサを使用していれば得られたはずの解像度を取得することができない。

本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化を捉えるために必要な感度を確保しつつ、可能な限りの解像度を持つ酸素飽和度画像を取得することができる内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡用制御プログラムを提供することを目的としている。

本発明の内視鏡システムは、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域を含む酸素飽和度用照明光を、被検体に照射する照明手段と、酸素飽和度用照明光の反射光の光量を検出する光量検出手段と、酸素飽和度用照明光が照明された被検体の反射像を撮像素子で撮像する撮像手段であって、撮像素子は互いに感度が異なる第１及び第２撮像素子からなり、第１及び第２撮像素子のうち酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて決められた撮像素子に切り替えて、切り替えた撮像素子で被検体の反射像を撮像して、酸素飽和度用信号を取得する撮像手段と、酸素飽和度用信号を高感度化するための高感度化手段と、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たす場合には、高感度化しない酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、高感度化した酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。

高感度化手段は、酸素飽和度用信号の高感度化を行っていない場合には、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が第１閾値を下回ったときに、高感度化を開始させ、酸素飽和度用信号の高感度化を行っている場合には、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が、第１閾値よりも大きい第２閾値を上回ったときに、高感度化を停止させる制御部を有することが好ましい。

撮像手段は、酸素飽和度用Ｒ光、酸素飽和度用Ｇ光、酸素飽和度用Ｂ光で照明された被検体の反射像を撮像することによって、酸素飽和度用Ｒ光に対応する酸素飽和度用Ｒ信号、酸素飽和度用Ｇ光に対応する酸素飽和度用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｂ光に対応する酸素飽和度用Ｂ信号を取得し、光量検出手段は、酸素飽和度用Ｒ信号、酸素飽和度用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｂ信号のうち少なくともいずれかの輝度値に基づいて、酸素飽和度用照明光の反射光の光量を定めてもよい。また、撮像手段は、被検体の反射像の撮像によって、複数の色成分を有する画像を取得し、光量検出手段は、画像の複数の色成分に対して重み付けして得られた値に基づいて、酸素飽和度用照明光の反射光の光量を定めてもよい。

高感度化手段は、酸素飽和度用信号をビニング処理するビニング処理部であることが好ましい。酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、ビニング処理のレベルを変化させることがより好ましい。また、ビニング処理は、第１撮像素子よりも高感度の第２撮像素子で行われることがより好ましい。また、照明手段は、酸素飽和度用照明光に加えて、広帯域の波長成分を有する通常画像の生成に用いられる通常用照明光を、被検体に順次照射し、撮像手段は、通常光用照明光の反射像を第１撮像素子で撮像することにより通常用信号を取得するとともに、酸素飽和度用照明光の反射像を第２撮像素子で撮像することにより酸素飽和度用信号を取得し、画像生成手段は、通常用信号に基づいて通常画像を生成するとともに、通常用信号の一部と酸素飽和度用信号に基づいて酸素飽和度画像を生成することがより好ましい。また、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合に、ビニング処理部は、酸素飽和度用信号をビニング処理し、画像生成手段は、酸素飽和度画像を生成する際、通常用信号の一部とビニング処理後の酸素飽和度用信号の表示領域を揃えることがさらに好ましい。

また、高感度化手段は、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、第１撮像素子よりも高感度の第２撮像素子における露光時間を、所定の条件を満たすときの露光時間よりも長くする露光時間制御部であることが好ましい。また、酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、露光時間を変化させることが好ましい。

本発明は、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域を含む酸素飽和度用照明光を被検体に照射し、その反射像を互いに感度が異なる第１及び第２撮像素子のうちいずれかの撮像素子で撮像する内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置において、酸素飽和度用照明光が照明された被検体像の撮像により得られる酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度用照明光の反射光の光量を検出する光量検出手段と、酸素飽和度用信号を高感度化するための高感度化手段と、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たす場合には、高感度化しない酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、高感度化した酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度画像を生成する画像生成手段とを備え、酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、反射像を撮像する撮像素子を切り替えることを特徴とする。

本発明は、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域を含む酸素飽和度用照明光を被検体に照射し、その反射像を互いに感度が異なる第１及び第２撮像素子のうちいずれかの撮像素子で撮像する内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置にインストールされる内視鏡用制御プログラムにおいて、コンピュータを、酸素飽和度用照明光が照明された被検体像の撮像により得られる酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度用照明光の反射光の光量を検出する光量検出手段と、酸素飽和度用信号を高感度化するための高感度化手段と、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たす場合には、高感度化しない酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、高感度化した酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度画像を生成する画像生成手段として機能させ、酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、反射像を撮像する撮像素子を切り替える機能を付与することを特徴とする。

本発明によれば、酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合にのみ、酸素飽和度用信号を高感度化した上で酸素飽和度画像を生成しているため、酸素飽和度の変化を捉えるために必要な感度を確保しつつ、可能な限りの解像度を持つ酸素飽和度画像を取得することができる。

本発明の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的構成を示すブロック図である。 第１実施形態の回転フィルタを示す図である。 通常用フィルタの透過特性と広帯域光ＢＢの発光強度を示すグラフである。 第１実施形態における通常観察モード時の発光パターンを示す図である。 第１実施形態における酸素飽和度観察モード時の発光パターンを示す図である。 酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 通常撮像系、高感度撮像系を示す図である。 モノクロ通常センサの受光面を示す図である。 第１実施形態におけるビニング処理を説明するための図である。 第１実施形態におけるビニング処理の開始・停止を説明するための図である。 モノクロ高感度センサの受光面を示す図である。 モノクロ通常センサとモノクロ高感度センサにおける有効部の設定を説明するための図である。 第１実施形態において酸素飽和度用照明光の検出をモノクロ通常センサで行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 第１実施形態において酸素飽和度用照明光の検出をモノクロ通常センサで行う場合の撮像信号の読出を説明するための図である。 第１実施形態において、ＦＩＴ方式、ＩＴ方式のモノクロ通常センサで酸素飽和度用照明光の検出を行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 第１実施形態において酸素飽和度用照明光をモノクロ高感度センサで行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 第１実施形態において酸素飽和度用照明光をモノクロ高感度センサで行う場合の撮像信号の読出を説明するための図である。 第１実施形態において、ＦＩＴ方式、ＩＴ方式のモノクロ高感度センサで酸素飽和度用照明光の検出を行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 モノクロ通常センサとモノクロ高感度センサの切替を説明するための図である。 酸素飽和度画像処理部の機能的構成を示すブロック図である。 輝度比Ｂ／Ｇ、Ｒ／Ｇと酸素飽和度と相関関係を示すグラフである。 図１７の相関関係を用いた酸素飽和度の算出を説明するための図である。 通常画像と酸素飽和度画像を並列表示したモニタの図である。 通常画像と酸素飽和度画像を選択的に表示するモニタの図である。 第２実施形態の回転フィルタを表す図である。 第２実施形態における酸素飽和度観察モード時の発光パターンを示す図である。 通常撮像系、高感度撮像系と、通常用ＤＳＰ、高感度用ＤＳＰとの間の撮像信号の入出力関係を説明するための図である。 第２実施形態におけるビニング処理を説明するための図である。 モノクロ高感度センサでビニング処理済みの信号と、モノクロ通常センサの信号とで画素数を揃える処理を説明するための図である。 第２実施形態において酸素飽和度用照明光をモノクロ通常センサで行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 第２実施形態において酸素飽和度用照明光をモノクロ通常センサで行う場合の撮像信号の読出を説明するための図である。 第２実施形態において、ＦＩＴ方式、ＩＴ方式のモノクロ通常センサで酸素飽和度用照明光の検出を行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 第２実施形態において酸素飽和度用照明光の検出をモノクロ高感度センサで行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 第２実施形態において酸素飽和度用照明光の検出をモノクロ高感度センサで行う場合の撮像信号の読出を説明するための図である。 第２実施形態において、ＦＩＴ方式、ＩＴ方式のモノクロ高感度センサで酸素飽和度用照明光の検出を行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 図２０とは異なる第２実施形態の回転フィルタを示す図である。 図２７の回転フィルタを用いた場合におけるモノクロ通常センサの撮像タイミングを説明するための図である。 図２７の回転フィルタを用いた場合におけるモノクロ通常センサ、モノクロ高感度センサの撮像タイミングを説明するための図である。 酸素飽和度用Ｂ光の発光期間を長くする場合のＦＩＴ方式、ＩＴ方式のモノクロ通常センサの撮像タイミングを説明するための図である。 酸素飽和度用Ｂ光の発光期間を長くする場合のＦＩＴ方式、ＩＴ方式のモノクロ通常センサ、モノクロ高感度センサの撮像タイミングを説明するための図である。 酸素飽和度用照明光が低光量となった場合の露光時間の延長を説明するための図である。 露光時間延長の開始・停止を説明するための図である。 レーザ光源を備えた内視鏡システムの機能的構成を示すブロック図である。 通常用照明光、酸素飽和度用照明光の発光スペクトルを示すグラフである。 図３１の内視鏡システムにおける通常観察モード時の発光パターンを示す図である。 図３１の内視鏡システムにおける酸素飽和度観察モード時の発光パターンを示す図である。 酸素飽和度用照明光をモノクロ通常センサで行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 酸素飽和度用照明光をモノクロ通常センサで行う場合の撮像信号の読出を説明するための図である。 酸素飽和度用照明光をモノクロ高感度センサで行う場合の撮像タイミングを説明するための図である。 酸素飽和度用照明光をモノクロ高感度センサで行う場合の撮像信号の読出を説明するための図である。 輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３と、血管深さ、酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。 図３６の相関関係を用いた酸素飽和度の算出を説明するための図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態の内視鏡システム１０は、被検体内の観察部位を撮像する内視鏡１１と、撮像により得られた信号に基づいて観察部位の観察画像を生成するプロセッサ装置１２と、観察部位を照射する光を供給する光源装置１３と、観察画像を表示するモニタ１４とを備えている。プロセッサ装置１２には、キーボードやマウスなどの操作入力部であるコンソール１５が設けられている。

この内視鏡システム１０は、可視被検体像を観察するための通常観察モードと、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を観察するための酸素飽和度観察モードの２つの動作モードを備えている。このモードの切替は、コンソール１５や内視鏡１１の操作部１６に設けられたモード切替スイッチ１６ａにより行われる。コンソール１５及びモード切替スイッチ１６ａは、プロセッサ装置１２内のＭＰＵ７０に接続されている。

内視鏡１１は、被検体内に挿入される可撓性の挿入部１７と、挿入部１７の基端部分に設けられた操作部１６と、操作部１６とプロセッサ装置１２及び光源装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。

挿入部１７は、先端部１９、湾曲部２０、可撓管部２１からなり、これらが先端から基端にかけて順に連設されている。先端部１９の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓２２、観察部位で反射した像光が入射する観察窓２３（図３参照）の他、観察窓２３を洗浄するために送気・送水を行うための送気・送水ノズルや鉗子や電気メスといった処置具を突出させる鉗子出口などが設けられている（いずれも図示省略）。観察窓２３の奥には、結像用の光学系、通常撮像系４７、高感度撮像系４９など（図２参照）が内蔵されている。

湾曲部２０は、連結された複数の湾曲駒からなり、操作部１６のアングルノブ２６を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部２０が湾曲することにより、先端部１９の向きが所望の方向に向けられる。可撓管部２１は、食道や腸など曲がりくねった管道に挿入できるように可撓性を有している。挿入部１７には、通常撮像系４７、高感度撮像系４９と通信を行うための通信ケーブルや、光源装置１３から供給される照明光を照明窓２２に導光するライトガイド４３（図２参照）が挿通されている。

操作部１６には、アングルノブ２６の他、処置具を挿入するための鉗子口２７、送気・送水操作を行う送気・送水ボタン、静止画像を撮影するためのレリーズボタンなどが設けられている。

ユニバーサルコード１８には、挿入部１７から延設される通信ケーブルやライトガイド４３が挿通されており、プロセッサ装置１２および光源装置１３側の端部には、コネクタ２８が取り付けられている。コネクタ２８は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、通信用コネクタには通信ケーブルの一端が、光源用コネクタにはライトガイド４３の一端がそれぞれ配設される。内視鏡１１は、このコネクタ２８を介して、プロセッサ装置１２および光源装置１３に着脱自在に接続される。

光源装置１３は、白色光源ユニット３０、回転フィルタ３１、モータ３２、シフト部３３を備えている。白色光源ユニット３０は、光源３０ａと、絞り３０ｂとからなる。光源３０ａは、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどからなり、波長域が４００ｎｍ〜７００ｎｍの広帯域光ＢＢ（図４参照）を発光する。絞り３０ｂは、プロセッサ装置１２内のＭＰＵ７０により駆動されて広帯域光ＢＢの光量を調整する。

図３に示すように、回転フィルタ３１は、回転軸３１ａを中心に回転自在に設けられている。モータ３２により回転軸３１ａを回転させることによって、回転フィルタ３１は回転する。回転フィルタ３１は回転軸３１ａに近い内側領域３５と、回転軸３１ａから遠い外側領域３７とを備えている。シフト部３３は、回転フィルタ３１を径方向に移動させる。通常観察モード時には、シフト部３３により、内側領域３５を広帯域光ＢＢの光路上に挿入する内側位置へ回転フィルタ３１を移動させ、酸素飽和度観察モード時には、外側領域３７を広帯域光ＢＢの光路上に挿入する外側位置へ回転フィルタ３１を移動させる。

内側領域３５には、通常用Ｒフィルタ（図３では「通Ｒ」と表記）４０ｒ、通常用Ｇフィルタ（図３では「通Ｇ」と表記）４０ｇ、通常用Ｂフィルタ（図３では「通Ｂ」と表記）４０ｂの３つのフィルタが、周方向に沿って配置されている。各フィルタ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂの間は広帯域光ＢＢを遮光する遮光部となっている。一方、外側領域３７には、通常用Ｒフィルタ４０ｒ、酸素飽和度用Ｒフィルタ（図３では「酸Ｒ」と表記）４２ｒ、通常観察用Ｇフィルタ４０ｇ、酸素飽和度用Ｇフィルタ（図３では「酸Ｇ」と表記）４２ｇ、通常観察用Ｂフィルタ４０ｂ、酸素飽和度用Ｂフィルタ（図３では「酸Ｂ」と表記）４２ｂの合計６つのフィルタが、周方向に沿って配置されている。各フィルタ４０ｒ、４２ｒ、４０ｇ、４２ｇ、４０ｂ、４２ｂの間は広帯域光ＢＢを遮光する遮光部となっている。

図４に示すように、通常用Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、広帯域光ＢＢのうち、通常画像の生成に必要な波長域の光を透過させる。通常用Ｒフィルタ４０ｒは、広帯域光ＢＢのうち波長域が５８０ｎｍ〜７６０ｎｍの通常用Ｒ光を通過させる。通常用Ｇフィルタ４０ｇは、広帯域光ＢＢのうち波長域が４５０ｎｍ〜６３０ｎｍの通常用Ｇ光を通過させる。通常用Ｂフィルタ４０ｂは、広帯域光ＢＢのうち波長域が３８０ｎｍ〜５００ｎｍの通常用Ｂ光を通過させる。

酸素飽和度用Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ４２ｒ、４２ｇ、４２ｂは、広帯域光ＢＢのうち、酸素飽和度画像の生成に必要な波長域の光を透過させる。酸素飽和度用Ｒフィルタ４２ｒは、６００〜７００ｎｍの波長域を含む酸素飽和度用Ｒ光を透過させ、酸素飽和度用Ｇフィルタ４２ｇは、５００〜５９０nmの波長域を含む酸素飽和度用Ｇ光を透過させ、酸素飽和度用Ｂフィルタ４２ｂは、波長域が４７３±１０ｎｍを含む青色狭帯域の酸素飽和度用Ｂ光を通過させる。

したがって、通常観察モード時には、内側位置にセットされた回転フィルタ３１が回転することで、図５Ａに示すように、通常用Ｒ光（図５Ａでは「通常Ｒ」と表記。以下同様。）が被検体に照射された後に、一定の遮光期間を経た上で、通常用Ｇ光（図５Ａでは「通常Ｇ」と表記。以下同様。）が照射される。その後に、一定の遮光期間を経た上で、通常用Ｂ光（図５Ａでは「通常Ｂ」と表記。以下同様。）が被検体に照射される。これら光は、集光レンズ３８及びロッドインテグレータ３９を通して、ライトガイド４３に入射する。

また、酸素飽和度観察モード時には、外側位置にセットされた回転フィルタ３１が回転することで、図５Ｂに示すように、通常用Ｒ光が被検体に照射された後、一定の遮光期間を経た上で、酸素飽和度用Ｒ光（図５Ｂでは「酸素Ｒ」と表記。以下同様。）が被検体に照射される。その後に、一定の遮光期間を経た上で、通常用Ｇ光が被検体に照射される。その後に、一定の遮光期間を経た上で、酸素飽和度用Ｇ光（図５Ｂでは「酸素Ｇ」と表記。以下同様。）が被検体に照射される。その後に、一定の遮光期間を経た上で、通常用Ｂ光が被検体に照射される。その後に、一定の遮光期間を経た上で、酸素飽和度用Ｂ光（図５Ｂでは「酸素Ｂ」と表記。以下同様。）が被検体に照射される。これら光は、集光レンズ３８及びロッドインテグレータ３９を通して、ライトガイド４３に入射する。

ここで、図６に示すように、酸素飽和度用Ｂ光に含まれる４７３±１０nmの波長域は、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）の吸光係数が還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸光係数よりも高くなっている。したがって、酸素飽和度用Ｂ光が血管に照射されたときには、その反射光は、酸素飽和度が高くなるほど、低くなる（すなわち、高酸素状態になるほど血管が暗くなる）。なお、酸素飽和度用Ｒフィルタ、Ｇフィルタ４２ｒ、４２ｇの透過帯域については、狭帯域化して酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係が同じ波長域にしてもよい（吸光係数の大小関係が異なる波長域を含まないようにする。）。

図２に示すように、内視鏡１１は、ライトガイド４３、光線分離部４５、通常撮像系４７、高感度撮像系４９を備えている。ライトガイド４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、ライトガイド４３の入射端を有するコネクタ２８が光源装置１３に接続されたときに、その入射端は、光源装置１３のロッドインテグレータ３９の出射端と対向する。

照明窓２２の奥には、照明光の配光角を調整する照射レンズ４８が配置されている。ライトガイド４３からの光は、照明窓２２を通して、観察部位に照射される。観察部位で反射した光は、観察窓２３を通して、結像レンズ５１に入射する。結像レンズ５１から出射した光は、光線分離部４５によって２つの光に分離される。光線分離部４５は、図７に示すように、プリズム５２から構成される。このプリズム５２は、入射光を分離する光線分離面５２ａを有している。この光線分離面５２ａで分離された光のうち、一方は通常撮像系４７のモノクロ通常センサ５３に入射し、他方は高感度撮像系４９のモノクロ高感度センサ６０に入射する。

通常撮像系４７、高感度撮像系４９では、ＣＣＤイメージセンサで撮像を行う。したがって、以下においては、ＣＣＤイメージセンサを例に説明を行う。通常撮像系４７は、モノクロ通常センサ５３とＡＦＥ５５を有している。この通常撮像系の全体的な駆動制御はＭＰＵ７０により行われる。モノクロ通常センサ５３は、例えば３０ｆ／ｓや６０ｆ／ｓで撮像可能なＦＴ（フレームトランスファ）方式、ＦＩＴ（フレームインターライントランスファ）方式、ＩＴ（インターライントランスファ）方式のＣＣＤイメージセンサからなる。モノクロ通常センサ５３は、プリズム５２からの光が入射する受光面５６を有しており、この受光面５６には、フォトダイオードなどの画素を構成する複数の光電変換素子がマトリックスに配列されている。モノクロ通常センサ５３は、受光面５６で受光した光を光電変換して、各画素においてそれぞれの受光量に応じた信号電荷を蓄積する。信号電荷はアンプによって電圧信号に変換されて読み出される。電圧信号は撮像信号として読み出されて、撮像信号はＡＦＥ５５に送られる。なお、ＦＴ方式のＣＣＤイメージセンサを使用する場合には、図３に示す遮光部付きの回転フィルタ３１を使用する必要があるが、ＦＩＴ方式やＩＴ方式の場合には、遮光部無しの回転フィルタを使用してもよい。

モノクロ通常センサ５３の受光面５６の反対側には、冷却用ペルチェ５８が設けられている。冷却用ペルチェ５８は、モノクロ通常センサ５３で生じた熱を逃がすことにより、モノクロ通常センサ５３を冷却する。この冷却によって、図８に示す受光面５６のうち有効部５６ａ以外からの出力（暗出力）が減少する。したがって、撮像信号において、有効部５６ａからの出力が占める割合が増加するため、感度が向上する。例えば、モノクロ通常センサ５３の温度を８度低下させることで、感度が約２倍となる。なお、感度を向上させない場合には、モノクロ通常センサ５３には冷却用ペルチェ５８を設けなくてもよい。

ＡＦＥ５５は、相関二重サンプリング回路及びアナログデジタルコンバータから構成されるＣＤＳ−ＡＤＣ５５ａと、ＴＧ（タイミングジェネレータ）５５ｂとを備えている。ＣＤＳ−ＡＤＣ５５ａは、モノクロ通常センサ５３から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、モノクロ通常センサ５３の駆動により生じたノイズを除去する。そして、ノイズが除去された撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ装置１３の通常用ＤＳＰ７２に入力する。ＴＧ５５ｂは、撮像タイミングなどモノクロ通常センサ５３の駆動を制御するための駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、モノクロ通常センサ５３に送られる。

高感度撮像系４９は、モノクロ高感度センサ６０とＡＦＥ５５を有しており、通常撮像系４７と同様、ＭＰＵ７０により駆動制御される。モノクロ高感度センサ６０は、アバランシェ増幅（電子増倍）を行うセンサであるため、モノクロ通常センサ５３よりも高感度で撮像を行うことができる。例えば、モノクロ高感度センサ６０は、モノクロ通常センサ５３に対して、２〜２００倍程度までの増幅が可能である。即ち、モノクロ通常センサ５３とモノクロ高感度センサ６０との感度比を、１：２００程度にまですることができる。

なお、モノクロ高感度センサ６０は、モノクロ通常センサ５３と同様、ＦＴ（フレームトランスファ）方式、ＦＩＴ（フレームインターライントランスファ）方式、ＩＴ（インターライントランスファ）方式のＣＣＤイメージセンサからなる。このモノクロ高感度センサ６０は、モノクロ通常センサ５３以下のフレームレートでの撮像も可能である（例えば、モノクロ通常センサ５３のフレームレートを３０ｆ／ｓとした場合に、モノクロ高感度センサ６０のフレームレートを１５ｆ／ｓや７．５ｆ／ｓにする）。このように、モノクロ高感度センサ６０のフレームレートを落とした場合には、電荷蓄積時間を長くすることができる。そして、電荷蓄積時間を長くすることに加えて、ペルチェなどでモノクロ高感度センサ６０を冷却することによって、Ｓ／Ｎを向上させることができる。また、モノクロ高感度センサ６０は、モノクロ通常センサ５３に対して、総画素数は１／ｎ^２、感度はｎ^２となる。

モノクロ高感度センサ６０は、ビニング処理によって、酸素飽和度画像の生成に使用する撮像信号を高感度化する。このビニング処理は、図９に示すように、ＭＰＵ７０内のビニング処理部７０ｂがモノクロ高感度センサ６０を制御することにより行われる。なお、ビニング処理としては、センサ内で画素加算をするハードウエアビニングを行うが、センサから出力した信号に対して画素加算を行うソフトウエアビニングを行ってもよい。ここで、ハードウエアビニングの場合には、モノクロ高感度センサ６０を駆動する駆動信号は、ビニングに合わせて変更される。また、ビニング処理は、画素加算する縦と横の画素が同じ（正方）である必要はなく、例えば、縦２画素、横１画素でビニングしてもよく、また縦４画素、横１画素でビニングしてもよい。

ビニング処理部７０ｂは、後述のプロセッサ７５内の光量判定部７８で検出された酸素飽和度用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の光量に基づいて、ビニング処理の制御を行う。酸素飽和度用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の光量は、各光を照射したときに得られる画像から算出される画素換算平均値で定められる。そして、光量判定部７８は、画素換算平均値と予め設定した閾値との比較を行う。閾値には、ビニング処理が行われていない場合に用いられるビニング開始用閾値と、ビニング処理が行われている場合に用いられるビニング停止用閾値とがある。ビニング停止用閾値はビニング開始用閾値よりも大きく設定することが好ましい。例えば、ビニング停止用閾値は、「ビニング開始用閾値×１６＋１０」にする。仮に、これら２つの閾値の差を小さくした場合には、画素換算平均値が２つの閾値付近に近づくと、ビニング有り・無しの切替が頻繁に起こるようになるが、上記のように、２つの閾値の差を実質的に大きくすることで、ビニング有り・無しの切替は頻繁に起こらなくなる。

図１０に示すように、ビニング停止中は、モノクロ高感度センサ６０で得られた画像（高感度センサ画像）の画素換算平均値がビニング開始用閾値を上回っている限り、画素加算無しの１画素×１画素の読出単位で、撮像信号の読出が行われる。そして、ビニング開始用閾値を下回った場合には、画素加算有りの４画素×４画素の読出単位で、撮像信号の読出が行われる。即ち、ビニング処理が開始する。ビニング実行中は、高感度センサ画像の画素換算平均値がビニング停止用閾値を下回っている限り、ビニング処理が継続する。そして、ビニング停止用閾値を上回った場合に、ビニング処理は停止する。即ち、画素加算無しの１画素×１画素の読出単位での読出に復帰する。

なお、ビニング処理のレベル（撮像信号の読出単位（縦ｘ画素×横ｙ画素（ｘ、ｙは自然数）））は、高感度センサ画像の画素換算平均値に応じて、任意に切り替えてもよい。即ち、高感度センサ画像の画素換算平均値が小さくなるほど、ビニング処理のレベルを大きくする。例えば、高感度センサ画像の画素換算平均値が最高感度の１／２５を下回ったら２画素×２画素のビニング処理を行い、更に、最高感度の１／５０を下回ったら４画素×４画素のビニング処理を行う。

モノクロ高感度センサ６０は、図１１に示すように、プリズム５２からの光が入射する受光面６２を有している。この受光面６２には、フォトダイオードなどの画素を構成する複数の光電変換素子がマトリックスに配列されている。モノクロ高感度センサ６０は、モノクロ通常センサ５３と同様、受光面６２で受光した光を光電変換処理し、それにより得られる撮像信号を読み出す。読み出した撮像信号は、ＡＦＥ５５に送られる。ＡＦＥ５５は、通常撮像系４７のＡＦＥ５５と同様の機能を有しており、ＡＦＥ５５からの撮像信号をプロセッサ装置１３の高感度用ＤＳＰ７３に入力する。

モノクロ高感度センサ６０の受光面６２の反対側には、冷却用ペルチェ５８が設けられている。冷却用ペルチェ５８は、モノクロ高感度センサ６０で生じた熱を逃がすことにより、モノクロ高感度センサ６０を冷却する。この冷却ペルチェ５８の冷却によって、モノクロ高感度センサ６０の感度を向上させることができる。例えば、冷却用ペルチェにより４０℃に冷却したモノクロ高感度センサ６０は、冷却しない場合と比較して、約３２倍の感度を得ることができる。

なお、モノクロ通常センサ５３とモノクロ高感度センサ６０の画素数は、同じでもよく、異なってもよい。また、モノクロ通常センサ５３の画素とモノクロ高感度センサ６０の画素は正方形であってもよく、その他の形でもよい。また、図８及び１１に示すように、モノクロ通常センサ５３とモノクロ高感度センサ６０のアスペクト比（縦横比）は同じでもよく、異なってもよい。

また、モノクロ通常センサ５３とモノクロ高感度センサ６０は、モノクロ通常センサ５３の受光面５６上に結像される被写体像とモノクロ高感度センサ６０の受光面６２上に結像される被写体像とがほぼ同じになるように、配置する必要がある。そのためには、光線分離部４５を出射してモノクロ通常センサ５３に入射まで光の光路と、モノクロ高感度センサ６０に入射するまでの光の光路とがほぼ等価にすることが好ましい。

ただし、互いの光路が等価でない場合には、図１２に示すように、モノクロ通常センサ５３の領域Ａに写し出される被写体像と、モノクロ高感度センサ６０の領域Ｂに写し出される被写体像とは、一部共通するものの、全体としては異なる。そこで、領域Ａ、Ｂのうち、同じ被写体像が写り込んでいる同一被写体領域Ｃ（領域Ａの一部分Ａ´、受光領域Ｂの一部分Ｂ´）を有効部５６ａ，６２ａとする。即ち、領域Ａの同一被写体領域Ａ´が有効部５６ａとなり、領域Ｂの同一被写体領域Ｂ´が有効部６２ａとなる。このとき、モノクロ通常センサ５３の有効部５６ａの画素数をn1×m1とし、モノクロ高感度センサ６０の有効部６２ａの画素数をn2×m2とする。なお、それぞれの有効部の画素数は、光線分離部４５などの光学系調整後に、モノクロ通常センサ５３の出力画像とモノクロ高感度センサ６０の出力画像をモニタ１４上で確認した上で、決定することが好ましい。また、モノクロ高感度センサ６０がモノクロ通常センサ５３より解像度が低い場合、モノクロ高感度センサ６０の画像は多少ボケてもよいので、モノクロ高感度センサ６０に至るまでの光路長を多少長くすることができる。

図２に示すように、プロセッサ装置１２は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）７０の他、通常用と高感度用のＤＳＰ（Digital Signal Processor）７２，７３と、プロセッサ７５とを備えている。ＭＰＵ７０はプロセッサ装置１２の各部を制御する他、内視鏡１１及び光源装置１３の制御も行う。このＭＰＵ７０は、制御プログラムや制御に必要な設定データを記憶する制御プログラム用メモリ７０ａを備えており、この制御プログラム用メモリ７０ａから本発明の酸素飽和度用制御プログラムを読み出して実行することにより、各種制御を行う。なお、制御プログラムは書き換え可能であり、酸素飽和度用制御プログラムに代えて、例えば、ＡＦＩ（Auto Fluorescence Imaging）用の制御プログラムをインストールしてもよい。

通常用ＤＳＰ７２は、通常撮像系４７が出力する撮像信号を取得する。通常用ＤＳＰ７２は、取得した撮像信号に対して、ガンマ補正やホワイトバランス補正などの信号処理を施すことにより通常センサ画像を生成する。通常センサ画像は、通常用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光・撮像時に得られる通常用Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から生成される第１通常センサ画像と、酸素飽和度用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光・撮像時に得られる酸素飽和度用Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から生成される第２通常センサ画像で構成される。第１及び第２通常センサ画像は、プロセッサ７５に送信される。高感度用ＤＳＰ７３についても、同様の処理を行うことにより、高感度センサ画像を生成する。高感度センサ画像は、酸素飽和度用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光・撮像時に得られる酸素飽和度用Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から生成される。生成された高感度センサ画像は、プロセッサ７５に送信される。

なお、通常用ＤＳＰ７２及び高感度用ＤＳＰ７３においては、第１及び第２通常センサ画像（有効部画素数n1×m1）と高感度センサ画像（有効部画素数n2×m2）に対して画素数変換処理を行う。画素数変換処理では、スプライン関数等により画素ピッチを変換することにより、第１及び第２通常センサ画像と高感度センサ画像の画素数をn×mに揃える。n×mは、n1×m1と等しくしてもよく、もしくは、n2×m2と等しくしてもよい。また、n×mは規定の値であってもよい。なお、画素数変換後の画素は画素数変換後の画素は画素数変換前のアスペクト比を有していることが好ましいが、長方形でもよく、画素数変換後に、撮像有効部と同じ画角となるようにする。

プロセッサ７５は、光量判定部７８、通常画像処理部７９、酸素飽和度画像処理部８０を備えている。光量判定部７８は、酸素飽和度観察モードに設定されている場合に、第２通常センサ画像または高感度センサ画像から、酸素飽和度用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光（以下、これらを総称して「酸素飽和度用照明光」とする。）の光量（各色の反射光の光量）を検出する。そして、光量判定部７８は、検出した酸素飽和度用照明光の光量が、酸素飽和度画像上で酸素飽和度の変化を確実に観察するために十分な光量に達しているか否か（低光量か否か）を判定する。なお、酸素飽和度用照明光のうち酸素飽和度用Ｂ光についてのみ、光量のみを検出し、低光量か否かを判定してもよい（この場合、酸素飽和度用Ｂ信号の輝度値に基づいて光量検出する）。

光量判定部７８では、酸素飽和度用照明光の光量を、第２通常センサ画像または高感度センサ画像の１画面全体あるいは中央部（面積１／４程度）から出力された出力信号の画素換算平均値に基づいて、定める。その際、高感度センサ画像については、増幅率設定も加味して定める必要がある。この画素換算平均値は、大きくなればなるほど、照明光の光量も高くなる。そして、光量判定部７８は、画素換算平均値と予め設定した１つの閾値との比較によって、酸素飽和度用照明光の光量が低光量か否かを判定する。ここで、閾値はモノクロ通常センサ５３の最高感度の１／５０にすることが好ましい（最高感度が10bit1024の場合には閾値を２０にする）。

なお、酸素飽和度用照明光の光量については、画素換算平均値に代えて、第２通常センサ画像または高感度センサ画像の特定の色成分の画素値で定めてもよく（例えば、Ｂ画像の画素値の平均値）、また、第２通常センサ画像または高感度センサ画像の複数の色成分に対して任意の重み付けした値で定めてもよい（例えば、Ｂ画像の画素値、Ｇ画像の画素値、Ｒ画像の画素値を、２：１：１で重み付けした値）。

そして、図１３Ａに示すように、酸素飽和度用照明光が低光量でないと判定される限り、通常用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光（以下、これらを総称して「通常用照明光」とする）及び酸素飽和度用照明光のいずれも、モノクロ通常センサ５３で検出される。モノクロ通常センサ５３は、各照明光の発光期間に被検体像の撮像を行い、各照明光の発光期間の間に設けられた遮光期間に各撮像信号の読出を行う。これにより、図１３Ｂに示すように、モノクロ通常センサ５３からは、通常用Ｒ信号、酸素飽和度用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｇ信号、通常用Ｂ信号、酸素飽和度用Ｂ信号が、この順で読み出される。

そして、光量判定部７８が、酸素飽和度用照明光が低光量であると判定した場合には、図１４Ａに示すように、通常用照明光をモノクロ通常センサ５３で検出する一方で、酸素飽和度用照明光をモノクロ高感度センサ６０で検出する。モノクロ通常センサ５３は、各通常用照明光の発光期間に被検体像の撮像を行い、通常用照明光の発光後に設けられた遮光期間に撮像信号の読出を行う。また、モノクロ通常センサ５３は、酸素飽和度用照明光の発光後に設けられた遮光期間に、酸素飽和度用照明光の光電変換により発生した電荷の排出を行う。一方、モノクロ高感度センサ６０は、各酸素飽和度用照明光の発光期間に被検体像の撮像を行い、通常用照明光の発光後に設けられた遮光期間に撮像信号の読出を行う。また、モノクロ高感度センサ６０は、通常用照明光の発光後に設けられた遮光期間に、通常用照明光の光電変換により発生した電荷の排出を行う。

以上により、図１４Ｂに示すように、モノクロ通常センサ５３からは、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、通常用Ｂ信号が読み出され、モノクロ高感度センサ６０からは、酸素飽和度用Ｒ信号、酸素飽和度用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｂ信号が読み出される。

以上においては、通常撮像系４７、高感度撮像系４９でＣＣＤイメージセンサを使用した場合について説明を行ったが、ＣＭＯＳイメージセンサを使用した場合も上記と同様の考え方で実施することができる。

なお、光量判定部７８では、予め設定した１つの閾値を用いて、酸素飽和度用照明光の光量が低光量か否かを判定したが、図１５に示すように、予め設定した２つの閾値１、２を用いて判定を行ってもよい。この場合、閾値２を閾値１よりも大きく設定する（例えば、閾値２を最高感度の1/25とし、閾値１を最高感度の1/50とする）。そして、モノクロ通常センサ５３で酸素飽和度用照明光を検出しているときには、第２通常センサ画像の画素換算平均値が閾値１以下となった場合に、酸素飽和度用照明光の検出をモノクロ高感度センサ６０に切り替える。一方、モノクロ高感度センサ６０で酸素飽和度用照明光の検出を行っている場合には、高感度センサ画像の画素換算平均値が閾値２以上となった場合に、酸素飽和度用照明光の検出をモノクロ通常センサ５３に切り替える。

なお、モノクロ通常センサ５３とモノクロ高感度センサ６０の切替用の閾値に加えて、上記ビニング処理の停止及び開始に用いた閾値（ビニング開始用閾値及びビニング停止用閾値）を用いることで、酸素飽和度用照明光の光量の低下に合わせて、モノクロ通常センサ→モノクロ高感度センサ→ビニング処理と切り替えてもよい。

なお、図１３Ａ、Ｂ及び図１４Ａ、Ｂは、ＦＴ方式のように、各照明光の発光期間の間に遮光期間を設ける必要（電荷転送のため）がある場合の撮像制御を表している。一方、ＦＩＴ方式やＩＴ方式の場合であれば、図１３Ｃ及び図１４Ｃに示すように、遮光期間は不要である。ここで、図１３Ｃは、図１３Ａに対応しており、酸素飽和度用照明光が低光量でない場合の撮像制御を示している。また、図１４Ｃは、図１４Ａに対応しており、酸素飽和度用照明光が低光量である場合の撮像制御を示している。

図２に示すように、通常画像処理部７９は、通常用ＤＳＰ７２からの第１通常センサ画像（通常用Ｂ信号、Ｇ信号、Ｒ信号から生成されるカラー画像）のうち、Ｂ画像をモニタ１４のＢチャンネルに、Ｇ画像をモニタ１４のＧチャンネルに、Ｒ画像をモニタ１４のＲチャンネルに割り当てる処理を行うことにより、通常画像を生成する。なお、第１通常センサ画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像は異なるタイミングで取得しているため、互いの画像をパターンマッチングなどで位置合わせした後に、通常画像を生成することが好ましい。

図１６に示すように、酸素飽和度画像処理部８０は、位置合わせ部８１と、輝度比算出部８２と、相関関係記憶部８３と、酸素飽和度算出部８４と、酸素飽和度画像生成部８５とを備えている。位置合わせ部８１は、酸素飽和度用照明光をモノクロ通常センサ５３で検出した場合は、第２通常センサ画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像（以下これらを総称して「酸素飽和度用画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像」という）間の位置合わせを行い、酸素飽和度用照明光をモノクロ高感度センサ６０で検出した場合は、高感度センサ画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像（以下、これらも「酸素飽和度用画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像」という）。位置合わせは、例えば、各画像の血管パターンが一致するように、マッチング処理することが好ましい。

輝度比算出部８２は、酸素飽和度用画像のＢ画像とＧ画像間の輝度比Ｂ／Ｇと、酸素飽和度用画像のＧ画像とＲ画像間の輝度比Ｒ／Ｇとを求める。輝度比算出部８２では、輝度比を求める際、各画像において同じ位置にある画素間の輝度比を算出する。また、輝度比は画像信号の全ての画素に対して算出される。なお、輝度比は血管部分の画素のみ求めてもよい。この場合、血管部分は、血管部分の画素値とそれ以外の部分の画素値との差に基づいて特定される。

相関関係記憶部８３は、輝度比Ｂ／Ｇ及びＲ／Ｇと酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図１７に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等高線を定義した２次元テーブルで記憶されている。この等高線の位置、形は光散乱の物理的なシミュレーションで得られ、血液量に応じて変わるように定義されている。例えば、血液量の変化があると、各等高線間の間隔が広くなったり、狭くなったりする。なお、輝度比Ｂ／Ｇ，Ｒ／Ｇはlogスケールで記憶されている。

上記相関関係は、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２や還元ヘモグロビンＨｂの吸光特性や粘膜の光散乱特性と密接に関連性し合っている（図６参照）。例えば、４７３ｎｍのように酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差が大きい波長では、酸素飽和度の情報を取り易い。しかしながら、４７３ｎｍの波長成分を含む酸素飽和度用画像のＢ画像は、酸素飽和度だけでなく血液量にも依存度が高い。そこで、Ｂ画像に加え、主として血液量に依存して変化する光に対応する酸素飽和度用画像のＲ画像と、Ｂ画像とＲ画像のリファレンス画像（規格化用信号）となる酸素飽和度用画像のＧ画像を用いることで、血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。

なお、図１７に示すように、輝度比Ｒ／Ｇが大きくなるのに従って、輝度比Ｂ／Ｇの信号値も大きくなるの（酸素飽和度＝０％限界の等高線が斜め上方にスライドする）は、以下の理由からである。輝度比Ｒ／Ｇは血液量と相関関係があるため、輝度比Ｒ／Ｇが大きくなるほど血液量も大きくなる。酸素飽和度用画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像の中で、血液量の増加によって信号値の低下が一番大きくなるのは、Ｇ画像であり、その次がＢ画像である。これは、Ｇ画像に含まれる波長成分の５４０〜５８０ｎｍの吸光係数が、Ｂ画像に含まれる波長成分の４７０ｎｍ付近の吸光係数よりも高いためである（図６参照）。したがって、輝度比Ｂ／Ｇにおいては、血液量が大きくなるほど、分子のＢの輝度値の低下よりも分母のＧの輝度値の低下の方が大きくなる。即ち、輝度比Ｂ／Ｇは、血液量が大きくなるにつれて、大きくなる。

酸素飽和度算出部８４は、相関関係記憶部８３に記憶された相関関係と輝度比算出部８２で求めた輝度比Ｂ／Ｇ、Ｒ／Ｇとを用いて、酸素飽和度用画像の各画素における酸素飽和度を求める。この酸素飽和度算出部８４では、酸素飽和度画像処理部８０に入力された酸素飽和度用画像について、各画素毎に酸素飽和度を算出する。ここで、酸素飽和度用画像のうち、Ｂ画像、Ｇ画像、Ｒ画像の所定画素の輝度値を、それぞれＢ^＊、Ｇ^＊、Ｒ^＊とする。まず、輝度比算出部８２は、輝度値Ｂ^＊と輝度値Ｇ^＊から輝度比Ｂ^＊／Ｇ^＊を求めるとともに、輝度値Ｒ^＊と輝度値Ｇ^＊から輝度比Ｒ^＊／Ｇ^＊を求める。

そして、図１８に示すように、相関関係記憶部８３に記憶した相関関係から、輝度比算出部８２で求めた輝度比Ｂ^＊／Ｇ^＊、Ｒ^＊／Ｇ^＊に対応する対応点Ｐを特定する。そして、対応点Ｐが酸素飽和度＝０％限界の下限ライン８７と酸素飽和度＝１００％限界の上限ライン８８との間にある場合に、その対応点Ｐが示すパーセント値を酸素飽和度とする。例えば、図１８の場合であれば、対応点Ｐは６０％の等高線上に位置するため、酸素飽和度は６０％となる。

一方、対応点が下限ライン８７と上限ライン８８との間から外れている場合、対応点が下限ライン８７よりも上方に位置するときには酸素飽和度を０％とし、対応点が上限ライン８８よりも下方に位置するときには酸素飽和度を１００％とする。なお、対応点が下限ライン８７と上限ライン８８との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げてモニタ１４上に表示しないようにしてもよい。

酸素飽和度画像生成部８５は、酸素飽和度算出部８４で求めた酸素飽和度に基づき、酸素飽和度画像を生成する。生成された酸素飽和度画像はモニタ１４に表示される。生成される酸素飽和度画像としては、例えば、酸素飽和度に応じて異なる色（通常画像で使う色とは異なる疑似色を使うため「疑似カラー」と呼ばれる）で表した完全疑似カラー画像の他、酸素飽和度が一定値を下回った低酸素領域にのみ疑似カラーで表し、それ以外の領域については通常画像の色（通常光画像で使用する色）で表した一部疑似カラー画像などがある。また、酸素飽和度画像の表示方法としては、図１９Ａに示すように、通常画像９０と酸素飽和度画像９１をモニタ１４上に並列に配置して同時に表示してもよく、また、図１９Ｂに示すように、モニタ１４上で、通常画像９０と酸素飽和度画像９１を交互に切り替えて表示してもよい。

なお、第１実施形態では、酸素飽和度観察モード時に、通常用Ｒ光、酸素飽和度用Ｒ光、通常用Ｇ光、酸素飽和度用Ｇ光、通常用Ｂ光、酸素飽和度用Ｂ光の順で照射するが、これに限定されない。例えば、通常用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を照射した後に、酸素飽和度用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の順で照射してもよい。

なお、第１実施形態では、モノクロ高感度センサでビニング処理を行ったが、モノクロ通常センサ５３のビニング処理を行ってもよい。この場合、酸素飽和度用照明光が入射したときのみビニング処理を行う。また、モノクロ通常センサでビニング処理を開始するために用いる閾値は、上記ビニング開始用閾値（モノクロ高感度センサでビニング処理を開始するために用いる閾値）よりも高めに設定することが好ましい。

第２実施形態では、酸素飽和度画像の生成に必要な照明光として、第１実施形態の酸素飽和度用Ｇ光、Ｒ光に代えて、通常用Ｇ光、Ｒ光を使用する。それ以外については、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と第２実施形態とで異なる部分についてのみ以下説明を行う。

図２０に示すように、回転フィルタ９０は、第１実施形態と同様、内側領域３５と外側領域３７を備えており、通常観察モード時には、内側領域３５を広帯域光ＢＢの光路上に挿入する内側位置へ回転フィルタ９０を移動させ、酸素飽和度観察モード時には、外側領域３７を広帯域光ＢＢの光路上に挿入する外側位置へ回転フィルタ９０を移動させる。内側領域３５のフィルタ構成については、第１実施形態の回転フィルタ３１と同様である。なお、ＦＴ方式のＣＣＤイメージセンサを使用する場合には、図２０に示す遮光部付きの回転フィルタ９０を使用する必要があるが、ＦＩＴ方式やＩＴ方式の場合には、遮光部無しの回転フィルタを使用してもよい。

これに対して、外側領域３７には、第１実施形態の回転フィルタ３１と異なり、酸素飽和度用Ｒフィルタ４２ｒと酸素飽和度用Ｇフィルタ４２ｇが設けられていない。即ち、通常用Ｒフィルタ４０ｒ、通常観察用Ｇフィルタ４０ｇ、通常観察用Ｂフィルタ４０ｂ、酸素飽和度用Ｂフィルタ４２ｂの合計４つのフィルタが、周方向に沿って配置されている。そして、各フィルタ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂ、４２ｂの間は広帯域光ＢＢを遮光する遮光部となっている。

したがって、酸素飽和度観察モード時には、外側位置にセットされた回転フィルタ９０が回転することで、図２１に示すように、通常用Ｒ光が被検体に照射された後、一定の遮光期間を経た上で、通常用Ｇ光が被検体に照射される。その後に、一定の遮光期間を経た上で、通常用Ｂ光が被検体に照射される。その後に、一定の遮光期間を経た上で、酸素飽和度用Ｂ光が被検体に照射される。

図２２に示すように、第２実施形態では、通常撮像系４７のＡＦＥ５５は、第１実施形態と異なり、撮像信号を通常用ＤＳＰ７２に入力するだけでなく、高感度用ＤＳＰ７３に入力する。そして、第２実施形態の通常用ＤＳＰ７２は、第１通常センサ画像については、第１実施形態と同様に、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、通常用Ｂ信号から生成する一方、第２通常センサ画像については、第１実施形態と異なり、通常撮像系４７のＡＦＥ５５から入力された通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｂ信号から生成する。一方、第２実施形態の高感度用ＤＳＰ７３は、第１実施形態と異なり、通常撮像系４７のＡＦＥ５５から入力された通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号に加えて、高感度撮像系４９のＡＦＥ５５から入力された酸素飽和度用Ｂ信号から生成される。

第２実施形態の光量判定部７８では、酸素飽和度観察モードに設定されている場合に、第２通常センサ画像のＢ画像または高感度センサ画像のＢ画像から、酸素飽和度用Ｂ光の光量を検出する。そして、光量判定部７８は、検出した酸素飽和度用Ｂ光の光量が、酸素飽和度画像上で酸素飽和度の変化を確実に観察するために十分な光量に達しているか否か（低光量か否か）を判定する。

第２実施形態におけるビニング処理は、以下のようにして行われる。図２３に示すように、光量判定部７８は、酸素飽和度用Ｂ光の照射により得られる高感度センサ画像に基づいて、画素換算平均値を算出する。そして、この算出した画素平均値とビニング開始用閾値及びビニング停止用閾値とを比較することによって、上記第１実施形態と同様のビニング処理の開始・停止の制御を行う。

ここで、第２実施形態では、モノクロ高感度センサ６０でビニング処理を行った場合には、モノクロ通常センサ５３から出力した通常用Ｒ信号、Ｇ信号の画素数と、モノクロ高感度センサ６０から出力した酸素飽和度用Ｂ信号の画素数と揃える必要がある。これは、酸素飽和度画像の生成に、酸素飽和度用Ｂ信号に加えて、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号を用いるためである。以上のように、通常用Ｒ信号、Ｇ信号と酸素飽和度用Ｂ信号とで画素数を揃えることによって、通常用Ｒ信号、Ｇ信号上での被検体像と酸素飽和度用Ｂ信号上での被検体像とがほぼ一致する（すなわち各信号における表示領域が合うようになる）。

例えば、図２４に示すように、２画素×２画素のビニング処理が施された酸素飽和度用Ｂ信号の画素数は、通常用Ｒ信号、Ｇ信号の画素数Ｎの１／４となっている。この場合、酸素飽和度用Ｂ信号の画素数を４倍にする拡大処理を行う（または通常用Ｒ信号、Ｇ信号の画素数を１／４にする縮小処理を行う）ことによって、各信号間の画素数を揃える。そして、画素数が揃った通常用Ｒ信号、Ｇ信号及び酸素飽和度用Ｂ信号に基づいて、酸素飽和度画像の生成を行う。

また、第２実施形態では、モノクロ通常センサ５３とモノクロ高感度センサ６０の切替は、以下のようにして行われる。図２５Ａに示すように、酸素飽和度用照明光が低光量でないと判定される限り、酸素飽和度用Ｂ光は、モノクロ通常センサ５３で検出される。これにより、図２５Ｂに示すように、モノクロ通常センサ５３からは、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、通常用Ｂ信号、酸素飽和度用Ｂ信号が、この順で読み出される。

そして、光量判定部７８が、酸素飽和度用Ｂ光が低光量であると判定した場合には、図２６Ａに示すように、酸素飽和度用Ｂ光の検出をモノクロ高感度センサ６０に切り替える。モノクロ通常センサ５３は、第１実施形態と同様、通常用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各発光期間に被検体の撮像を行い、各発光期間の後の遮光期間に撮像信号の読出を行う。また、モノクロ通常センサ５３は、酸素飽和度用Ｂ光が発光された後の遮光期間に、酸素飽和度用Ｂ光の光電変換により発生した電荷を排出する。一方、モノクロ高感度センサ６０は、第１実施形態と異なり、酸素飽和度用Ｂ光の発光期間にのみ被検体像の撮像を行い、酸素飽和度用Ｂ光の発光後に設けられた遮光期間に撮像信号の読出を行う。また、モノクロ高感度センサ６０は、通常用Ｂ光の発光された後の遮光期間に、通常用Ｂ光の光電変換により発生した電荷を排出する。

これにより、図２６Ｂに示すように、モノクロ通常センサ５３からは、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、通常用Ｂ信号が読み出され、モノクロ高感度センサ６０からは、酸素飽和度用Ｂ信号が読み出される。そして、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、通常用Ｂ信号に基づいて通常画像が生成され、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｂ信号に基づいて、酸素飽和度画像が生成される。通常画像及び酸素飽和度画像の生成方法は、第１実施形態と同様である。

なお、図２５Ａ、Ｂ及び図２６Ａ、Ｂは、ＦＴ方式のように、各照明光の発光期間の間に遮光期間を設ける必要（電荷転送のため）がある場合の撮像制御を表している。一方、ＦＩＴ方式やＩＴ方式の場合であれば、図２５Ｃ及び図２６Ｃに示すように、遮光期間は不要である。ここで、図２５Ｃは、図２５Ａに対応しており、酸素飽和度用照明光が低光量でない場合の撮像制御を示している。また、図２６Ｃは、図２６Ａに対応しており、酸素飽和度用照明光が低光量である場合の撮像制御を示している。

第２実施形態においては、回転フィルタ９０に代えて、図２７に示すように、酸素飽和度用Ｂフィルタ４２ｂのフィルタ面積が大きい回転フィルタ９１を用いてもよい。この回転フィルタ９１を用いることで、酸素飽和度用Ｂ光の発光期間が、他の通常用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各発光期間よりも長くなる。これにより、酸素飽和度用Ｂ光の発光時には、高感度で撮像を行うことができる。ここで、ＦＴ方式のＣＣＤイメージセンサを使用する場合には、図２７に示す遮光部付きの回転フィルタ９１を使用する必要があるが、ＦＩＴ方式やＩＴ方式の場合には、遮光部無しの回転フィルタを使用してもよい。

なお、回転フィルタ９１を用いた場合、図２８Ａ及びＢに示すように、酸素飽和度用Ｂ光の発光時には、モノクロ通常センサ５３及びモノクロ高感度センサ６０ともに、通常用Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光時の撮像期間よりも長い撮像期間で撮像を行う。これら図２８Ａ、Ｂは、ＦＴ方式のように、各照明光の発光期間の間に遮光期間を設ける必要（電荷転送のため）がある場合の撮像制御を表している。一方、ＦＩＴ方式やＩＴ方式の場合であれば、図２８Ｃ及び図２８Ｄに示すように、遮光期間は不要である。ここで、図２８Ａ，Ｃは、酸素飽和度用照明光が低光量でない場合の撮像制御を示しており、図２８Ｂ、Ｄは、酸素飽和度用照明光が低光量である場合の撮像制御を示している。

なお、第２実施形態では、酸素飽和度観察モード時に、通常用Ｒ光、通常用Ｇ光、通常用Ｂ光、酸素飽和度用Ｂ光の順で照射するが、照射順は、これに限定されない。

第３実施形態では、モノクロ高感度センサにおける露光時間を延長することによって、酸素飽和度画像の生成に使用する撮像信号を高感度化する。そのため、第３実施形態においては、図２９に示すように、光線分離部４５とモノクロ高感度センサ６０との間に、露光時間を調整するシャッタ９５が設けられている。シャッタ９５は、ＭＰＵ７０内の露光時間制御部７０ｃによって駆動制御される。

以下においては、酸素飽和度用Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から酸素飽和度画像を生成する場合（第１実施形態参照）の露光時間調整について説明を行うが、通常用Ｒ信号、Ｇ信号及び酸素飽和度用Ｂ信号から酸素飽和度画像を生成する場合（第２実施形態参照）についても同様の手順で露光時間調整を行うことができる。なお、第３実施形態は、ビニング処理を行う以外は第１及び第２実施形態と同様であるので、第１及び第２実施形態と共通する部分については説明を省略する。

図２９に示すように、プロセッサ７５の光量判定部７８は、高感度センサ画像（酸素飽和度用Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号から生成される画像）に基づいて、画素換算平均値を算出する。そして、算出した画素換算平均値と予め設定した閾値との比較を行う。閾値には、露光時間延長が行われていない場合に用いられる露光時間延長開始用閾値と、露光時間延長が行われている場合に用いられる露光時間延長停止用閾値とがある。露光時間延長停止用閾値は露光時間延長開始用閾値よりも大きく設定することが好ましい。例えば、露光時間延長停止用閾値は、露光時間延長開始用閾値×４にする。

したがって、図３０に示すように、露光時間延長停止中は、高感度センサ画像の画素換算平均値がビニング開始用閾値を上回っている限り、１／３０の露光時間で撮像が行われる。そして、露光時間延長開始用閾値を下回った場合には、露光時間が１／３０から１／７．５に延長される（シャッタ９５が空いている時間が長くなる）。即ち、露光時間延長が開始する。露光時間延長実行中は、高感度センサ画像の画素換算平均値が露光時間延長停止用閾値を下回っている限り、露光時間１／７．５での撮像が継続する。そして、露光時間延長停止用閾値を上回った場合に、露光時間延長は停止する。即ち、露光時間１／３０での撮像に復帰する。なお、露光時間の延長の程度は、高感度センサ画像の画素換算平均値に応じて、任意に切り替えてもよい。

なお、第３実施形態においては、露光時間延長開始用閾値及び露光時間延長停止用閾値に加えて、第１実施形態に示すモノクロ通常センサとモノクロ高感度センサの切替用の閾値を用いることで、酸素飽和度用照明光の光量の低下に合わせて、モノクロ通常センサ→モノクロ高感度センサ→露光時間延長と切り替えてもよい。さらには、これら閾値に加えて、第３実施形態に示すビニング処理開始用閾値及びビニング処理停止用閾値を用いることにより、酸素飽和度用照明光の光量の低下に合わせて、モノクロ通常センサ→モノクロ高感度センサ→露光時間延長、ビニング処理のいずれか一方→露光時間延長とビニング処理の併用と切り替えてもよい。

なお、第３実施形態では、モノクロ高感度センサで露光時間の延長を行ったが、モノクロ通常センサから出力した酸素飽和度用Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号で酸素飽和度画像を生成する場合には、モノクロ通常センサで露光時間の延長を行ってもよい。この場合、上記と同様、光線分離部４５とモノクロ通常センサ５３との間にシャッタ９５を設け、酸素飽和度用Ｂ照明光が入射したときのみ露光時間の延長を行う。モノクロ通常センサで露光時間延長を開始するために用いる閾値は、上記露光時間延長開始用閾値よりも高めに設定することが好ましい。

なお、露光時間延長とビニング処理は、いずれかを選択的に行ってもよい。この場合、観察距離（遠景or近景）に応じて、ビニング処理、露光時間延長のいずれかを選択する。例えば遠景の場合には、解像度が低下するビニング処理ではなく、露光時間延長を選択することが好ましい。これに対して、近景の場合には、ビニング処理を行うことが好ましい。

なお、上記実施形態では、回転フィルタを備えた光源装置１３を用いて、各種照明光を生成したが、この光源装置１３に代えて、図３１に示すように、レーザ光源ＬＤ１、２、蛍光体９８、レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の駆動を制御する光源制御部１０２を備えた光源装置１００を用いて、各種照明光を生成してもよい。なお、この光源装置１００を用いた場合には、内視鏡の通常撮像系においては、モノクロ通常センサ５３に代えて、ＲＧＢのカラーフィルタが設けられた同時式カラー通常センサ１１０が用いられ、同様にして、高感度撮像系においては、モノクロ高感度センサ６０に代えて、ＲＧＢのカラーフィルタが設けられた同時式カラー高感度センサ１１２が用いられる。これらカラー通常センサ１１０及びカラー高感度センサ１１２は、電子シャッタを有するＩＴ（インターライントランスファ）方式の撮像素子である。

図３２に示すように、レーザ光源ＬＤ１は、波長域が４４０±１０nmに制限された狭帯域光Ｎ１を発光する。レーザ光源ＬＤ２は、波長域が４７０±１０nmに制限された狭帯域光Ｎ２を発光する。レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２としては、ＩｎＧａＮ系、ＩｎＧａＮＡｓ系、ＧａＮＡｓ系のレーザダイオードを用いることができる。レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２が発光する光は、光ファイバ１０４によってコンバイナ１０６に導光される。コンバイナ１０６は、各光ファイバ１０４からの光を合波する機能を持つ光学部材であり、選択的に入射する各光ファイバ１０４からの光の光軸を１つに結合する。コンバイナ１０６の下流には、蛍光体９８が設けられている。なお、レーザ光源に代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。

蛍光体９８は、狭帯域光Ｎ１によって励起されて、緑色領域から赤色領域にわたる波長域の蛍光ＦＬ１を発光する。この蛍光ＦＬ１と蛍光体９８を透過した狭帯域光Ｎ１によって通常用照明光が生成される。また、蛍光体９８は、狭帯域光Ｎ２にも励起され、緑色領域から赤色領域にわたる蛍光ＦＬ２を発光する。この蛍光ＦＬ２は蛍光ＦＬ１よりも若干光量が低くなっている。そして、蛍光ＦＬ２と蛍光体９８を透過した狭帯域光Ｎ２によって、酸素飽和度用照明光が生成される。なお、蛍光体としては、青色の励起光で緑色領域から赤色領域にわたる波長域の蛍光を励起発光するものであれば、特に限定されない。例えばマイクロホワイト（登録商標）を用いてもよい。

光源制御部１０２は、通常観察モード時には、図３３Ａに示すように、レーザ光源ＬＤ１のみを駆動させることで、被検体に通常用照明光を常時照射する。一方、光源制御部１０２は、酸素飽和度観察モード時には、図３３Ｂに示すように、レーザ光源ＬＤ１とレーザ光源ＬＤ２を交互に駆動することによって、通常用照明光と酸素飽和度用照明光とを交互に被検体に照射する。これら通常用照明光、酸素飽和度用照明光は、集光レンズ３８及びロッドインテグレータ３９を通して、ライドガイド４３に入射される。

光源装置１００を用いた場合の通常撮像系及び高感度撮像系の駆動制御を、以下に示す。上記第１実施形態と同様に、酸素飽和度用照明光が低光量でない場合には、図３４Ａに示すように、通常用照明光及び酸素飽和度用照明光のいずれも、カラー通常センサ１１０で検出される。カラー通常センサ１１０は、各照明光の発光期間に被検体像の撮像を行い、撮像後に各撮像信号の読出を行う。また、通常用照明光の発光期間と酸素飽和度用照明光の発光期間の間には、電子シャッタが作動して、センサ内の電荷が排出される。以上から、図３４Ｂに示すように、カラー通常センサ１１０からは、通常用照明光の発光・撮像時に、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、通常用Ｂ信号が読み出され、酸素飽和度用照明光の発光・撮像時に、酸素飽和度用Ｒ信号、酸素飽和度用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｂ信号が読み出される。

そして、酸素飽和度用照明光が低光量となった場合には、図３５Ａに示すように、通常用照明光をカラー通常センサ１１０で検出する一方で、酸素飽和度用照明光をカラー高感度センサ１１２で検出する。カラー通常センサ１１０は、通常用照明光の発光期間に被検体像の撮像を行い、撮像後に撮像信号の読出を行う。同様にして、カラー高感度センサ１１２は、酸素飽和度用照明光の発光期間に被検体の撮像を行い、撮像後に撮像信号の読出しを行う。これにより、図３５Ｂに示すように、カラー通常センサ１１０からは、通常用Ｒ信号、通常用Ｇ信号、通常用Ｂ信号が読み出され、カラー高感度センサ１１２からは、酸素飽和度用Ｒ信号、酸素飽和度用Ｇ信号、酸素飽和度用Ｂ信号が読み出される。

なお、光源装置１００では、蛍光と青色の狭帯域光とを組み合わせて通常用照明光や酸素飽和度用照明光を生成したが、これに代えて、キセノンランプの光とレーザ光の組み合わせで生成してもよく、また、キセノンランプの光とＬＥＤ光の組み合わせで生成してもよい。

なお、上記実施形態では、酸素飽和度画像の生成に、４７３nmの狭帯域成分を有する酸素飽和度用Ｂ光を用いたが、その他の波長域の照明光を用いてもよい。例えば、高感度センサに励起光バリアフィルタが設けられたＡＦＩ内視鏡用スコープを、上記実施形態のプロセッサ装置１２及び光源装置１３に装着する場合には、バリアフィルタの透過波長域内（例えば、５００〜６３０nm）で、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある波長域（例えば、５６０±１０nm）の光を用いることが好ましい。

なお、上記実施形態では、４７３nmの狭帯域成分を有する酸素飽和度用Ｂ信号と、緑色広帯域成分を有する酸素飽和度用Ｇ信号と、赤色広帯域成分を有する酸素飽和度用Ｒ信号を用いて、血液量に依存しない酸素飽和度の算出を行ったが、４４５nmの狭帯域成分を有する第１酸素飽和度用Ｂ信号、４７３nmの狭帯域成分を有する第２酸素飽和度用Ｂ信号、４０５nmの狭帯域成分を有する第３酸素飽和度用Ｂ信号を用いて、血管深さに依存しない酸素飽和度の算出を行ってもよい。この場合、回転フィルタ３１の外側領域３７の酸素飽和度用Ｇフィルタ４２ｇを、４４５±１０nmの狭帯域光を透過させるフィルタに変更し、酸素飽和度用Ｒフィルタ４２ｒを、４０５±１０nmの狭帯域光を透過させるフィルタに変更する。

血管深さに依存しない酸素飽和度の算出には、図３６に示す血管深さと酸素飽和度の相関関係が用いられる。図３６において、輝度座標系１２０は、ＸＹの２軸を持つＸＹ座標系であり、第１酸素飽和度用Ｂ信号及び第３酸素飽和度用Ｂ信号間の第１輝度比Ｓ１／Ｓ３がＸ軸に割り当てられ、第２酸素飽和度用Ｂ信号及び第３酸素飽和度用Ｂ信号間の第２輝度比Ｓ２／Ｓ３がＹ軸に割り当てられている。血管情報座標系１２１は、輝度座標系１２０上に設けられたＵＶの２軸を持つＵＶ座標系であり、Ｕ軸は血管深さＤに、Ｖ軸は酸素飽和度ＳｔＯ２に割り当てられている。

Ｕ軸は血管深さが輝度座標系１２０に対して正の相関関係があることから、正の傾きを有している。このＵ軸に関して、右斜め上にいくほど血管が浅い位置にあることを、左斜め下に行くほど血管が深い位置にあることを示している。一方、Ｖ軸は、酸素飽和度が輝度座標系１２０に対して負の相関関係を有することから、負の傾きを有している。このＶ軸に関して、左斜め上に行くほど酸素飽和度ＳｔＯ２が低いことを、右斜め下に行くほど、酸素飽和度ＳｔＯ２が高いことを示している。また、血管情報座標系１２１においては、Ｕ軸とＶ軸とは交点Ｐで直交している。

そして、実際に酸素飽和度を算出する際には、被検体の撮像によって得られる第１酸素飽和度用Ｂ信号及び第３酸素飽和度用Ｂ信号間の第１輝度比をＳ１^＊／Ｓ３^＊を算出するとともに、第２酸素飽和度用Ｂ信号及び第３酸素飽和度用Ｂ信号間の第２輝度比をＳ２^＊／Ｓ３^＊を算出する。そして、図３７に示すように、輝度座標系１２０において、第１及び第２輝度比Ｓ１^＊／Ｓ３^＊，Ｓ２^＊／Ｓ３^＊に対応する座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）を特定する。座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）が特定されたら、血管情報座標系１２１において、特定した座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）を、酸素飽和度の座標軸であるＶ軸と、血管深さの座標軸であるＵ軸にそれぞれ射影して、座標（Ｕ^＊，Ｖ^＊）を特定する。これにより、１つの画素について、血管深さ情報Ｕ^＊及び酸素飽和度情報Ｖ^＊が求まる。こうした処理を１画面分の全画素について繰り返して、全画素に対する血管深さ情報及び酸素飽和度情報を求める。この求めた酸素飽和度情報に基づいて、酸素飽和度画像を生成する。

１０ 内視鏡システム
１１ 内視鏡
４７ 通常撮像系
４９ 高感度撮像系
５３ モノクロ通常センサ
６０ モノクロ高感度センサ
７０ ＭＰＵ
７０ｂ ビニング処理部
７０ｃ 露光時間制御部
７８ 光量判定部
８０ 酸素飽和度画像処理部
１１０ カラー通常センサ
１１２ カラー高感度センサ

Claims (13)

1. 酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域を含む酸素飽和度用照明光を、被検体に照射する照明手段と、
   前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量を検出する光量検出手段と、
   前記酸素飽和度用照明光が照明された被検体の反射像を撮像素子で撮像する撮像手段であって、前記撮像素子は互いに感度が異なる第１及び第２撮像素子からなり、前記第１及び第２撮像素子のうち前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて決められた撮像素子に切り替えて、切り替えた前記撮像素子で前記被検体の反射像を撮像して、酸素飽和度用信号を取得する撮像手段と、
   前記酸素飽和度用信号を高感度化するための高感度化手段と、
   前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たす場合には、高感度化しない酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、高感度化した酸素飽和度用信号に基づいて、前記酸素飽和度画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記高感度化手段は、
   前記酸素飽和度用信号の高感度化を行っていない場合には、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が第１閾値を下回ったときに、前記高感度化を開始させ、
   前記酸素飽和度用信号の高感度化を行っている場合には、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が、前記第１閾値よりも大きい第２閾値を上回ったときに、前記高感度化を停止させる制御部を有することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記撮像手段は、酸素飽和度用Ｒ光、酸素飽和度用Ｇ光、酸素飽和度用Ｂ光で照明された被検体の反射像を撮像することによって、前記酸素飽和度用Ｒ光に対応する酸素飽和度用Ｒ信号、前記酸素飽和度用Ｇ光に対応する酸素飽和度用Ｇ信号、前記酸素飽和度用Ｂ光に対応する酸素飽和度用Ｂ信号を取得し、
   前記光量検出手段は、前記酸素飽和度用Ｒ信号、前記酸素飽和度用Ｇ信号、前記酸素飽和度用Ｂ信号のうち少なくともいずれかの輝度値に基づいて、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量を定めることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡システム。
4. 前記撮像手段は、前記被検体の反射像の撮像によって、複数の色成分を有する画像を取得し、
   前記光量検出手段は、前記画像の複数の色成分に対して重み付けして得られた値に基づいて、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量を定めることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡システム。
5. 前記高感度化手段は、前記酸素飽和度用信号をビニング処理するビニング処理部であることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の内視鏡システム。
6. 前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、ビニング処理のレベルを変化させることを特徴とする請求項５記載の内視鏡システム。
7. 前記ビニング処理は、前記第１撮像素子よりも高感度の第２撮像素子で行われることを特徴とする請求項５または６記載の内視鏡システム。
8. 前記照明手段は、酸素飽和度用照明光に加えて、広帯域の波長成分を有する通常画像の生成に用いられる通常用照明光を、前記被検体に順次照射し、
   前記撮像手段は、前記通常光用照明光の反射像を前記第１撮像素子で撮像することにより通常用信号を取得するとともに、前記酸素飽和度用照明光の反射像を前記第２撮像素子で撮像することにより前記酸素飽和度用信号を取得し、
   前記画像生成手段は、前記通常用信号に基づいて通常画像を生成するとともに、前記通常用信号の一部と酸素飽和度用信号に基づいて酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項５ないし７のうちいずれか１項記載の内視鏡システム。
9. 前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合に、
   前記ビニング処理部は、前記酸素飽和度用信号をビニング処理し、
   前記画像生成手段は、前記酸素飽和度画像を生成する際、前記通常用信号の一部とビニング処理後の酸素飽和度用信号の表示領域を揃えることを特徴とする請求項８記載の内視鏡システム。
10. 前記高感度化手段は、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、前記第１撮像素子よりも高感度の第２撮像素子における露光時間を、前記所定の条件を満たすときの露光時間よりも長くする露光時間制御部であることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の内視鏡システム。
11. 前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、前記露光時間を変化させることを特徴とする請求項１０記載の内視鏡システム。
12. 酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域を含む酸素飽和度用照明光を被検体に照射し、その反射像を互いに感度が異なる第１及び第２撮像素子のうちいずれかの撮像素子で撮像する内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置において、
    前記酸素飽和度用照明光が照明された被検体像の撮像により得られる酸素飽和度用信号に基づいて、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量を検出する光量検出手段と、
    前記酸素飽和度用信号を高感度化するための高感度化手段と、
    前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たす場合には、高感度化しない酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、高感度化した酸素飽和度用信号に基づいて、前記酸素飽和度画像を生成する画像生成手段とを備え、
    前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、前記反射像を撮像する撮像素子を切り替えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
13. 酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域を含む酸素飽和度用照明光を被検体に照射し、その反射像を互いに感度が異なる第１及び第２撮像素子のうちいずれかの撮像素子で撮像する内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置にインストールされる内視鏡用制御プログラムにおいて、
    コンピュータを、
    前記酸素飽和度用照明光が照明された被検体像の撮像により得られる酸素飽和度用信号に基づいて、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量を検出する光量検出手段と、
    前記酸素飽和度用信号を高感度化するための高感度化手段と、
    前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たす場合には、高感度化しない酸素飽和度用信号に基づいて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成し、前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量が所定の条件を満たさない場合は、高感度化した酸素飽和度用信号に基づいて、前記酸素飽和度画像を生成する画像生成手段として機能させ、
    前記酸素飽和度用照明光の反射光の光量に応じて、前記反射像を撮像する撮像素子を切り替える機能を付与することを特徴とする内視鏡用制御プログラム。

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