JP5670400B2 - 内視鏡システム及びそのプロセッサ装置並びに内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

内視鏡システム及びそのプロセッサ装置並びに内視鏡システムの作動方法 Download PDF

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Description

本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示する内視鏡システム及びそのプロセッサ装置並びに内視鏡システムの作動方法に関する。
近年の医療分野においては、光源装置と、内視鏡装置と、プロセッサ装置とを備える内視鏡システムが広く用いられている。この内視鏡システムを用いた診断においては、内視鏡の挿入部を検体内に挿入し、その先端部から検体に所定波長の照明光で照明してから、先端部の撮像素子で検体を撮像することにより、検体上に表れる様々な生体情報が反映された内視鏡画像を取得している。
内視鏡画像としては、白色光で照明された検体の可視光像を撮像して得られる通常画像の他、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域の光と、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が同じである等吸収波長域の狭帯域光とによって、血管の酸素状態を可視化した酸素飽和度画像が用いられつつある。
例えば、特許文献1では、異吸収波長域の光として、中心波長470nmの狭帯域光と中心波長430nmの狭帯域光とを用い、等吸収波長域の光として、中心波長450nmの狭帯域光を用いている。そして、中心波長470nmの狭帯域光の照射時から得られる470nm画像をモニタのBチャンネルに、中心波長450nmの狭帯域光の照射時に得られる450nm画像をモニタのGチャンネルに、中心波長430nmの狭帯域光の照射時に得られる430画像をモニタのRチャンネルに割り当てている。
このように色の割り当てを行うことで、血管が高酸素状態にあるときには、Rチャンネルに割り当てた430nm画像の画素値が470nm画像の画素値よりも高くなるため、血管の色が赤っぽくなり、反対に、血管が低酸素状態にあるときには、Bチャンネルに割り当てた470nm画像の画素値が430nm画像の画素値よりも高くなるため、血管の色が青っぽくなる。これにより、血管の酸素状態の違いを色の違いで観察することができる。なお、430nm画像の画素値の変化と470nm画像の画素値の変化が、酸素飽和度の違いにより異なるのは、430nmと470nmでは、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係が異なっているためである。
特許4270634号公報
しかしながら、特許文献1においては、酸素飽和度の変化による430nm画像及び470nm画像の画素値の変化が小さい場合には、血管の酸素状態の違いが色の違いとして表れてこない。このような場合には、血管の酸素状態を観察することが困難となる。したがって、血管の酸素状態の違いを色の違いとして、画像上で確実に表示することができることが求められていた。
本発明は、血管の酸素状態の違いを色の違いとして、画像上で確実に表示することができる内視鏡システム及びそのプロセッサ装置並びに内視鏡システムの作動方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、検体に照明光を照射する照明手段と、照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得する第1画像情報取得手段と、照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得する第2画像情報取得手段と、酸素飽和度の変化に合わせて第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、画素値調整後の第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報と、画素値調整後の第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報と、を作成する表示用画像情報作成手段と、表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御手段とを備え、表示用画像情報作成手段は、第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第1テーブルを用いて、第1色の表示用画像情報を作成し、第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第2テーブルを用いて、第2色の表示用画像情報を作成することを特徴とする。
ここで、第1異吸収波長域の画像情報の画素値を調整、又は第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整する際には、酸素飽和度が一定値以上の第1酸素飽和度状態(例えば、第1異吸収波長域の画像情報を、等吸収波長域の波長情報を含む画像情報で規格化して得られる第1規格化情報が一定値以上にある状態)と、酸素飽和度が一定値未満の第2酸素飽和度状態(例えば、第1規格化情報が一定値未満にある状態)とで、画素値調整方法を変えることが好ましい。
例えば、第1酸素飽和度状態では、酸素飽和度に応じて、第1異吸収波長域の画像情報の画素値を減少させる一方で、第2異吸収波長域の画像情報の画素値を増加させることが好ましい。これに対して、第2酸素飽和度状態では、酸素飽和度に応じて、第1異吸収波長域の画像情報の画素値を増加させる一方で、第2異吸収波長域の画像情報の画素値を減少させることが好ましい。
表示用画像情報作成手段は、第1色及び第2色の表示用画像情報に加えて、第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、第3色の表示用画像情報との関係を記憶する第3テーブルを用いて、第3色の表示用画像情報を作成することが好ましい。
表示制御手段は、第1色の表示用画像情報を第1色チャンネルに割り当て、第2色の表示用画像情報を第2色チャンネルに割り当て、第3色の表示用画像情報を第3色チャンネルに割り当てることが好ましい。第1色チャンネルは青色チャンネルであり、第2色チャンネルは緑色チャンネルであり、第3色チャンネルは赤色チャンネルであることが好ましい。
酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数とが略同じ等吸収波長域の波長成分を有する等吸収波長域の画像情報を取得する第4画像情報取得手段と、第1異吸収波長域の画像情報を等吸収波長域の画像情報で規格化して得られる第1規格化情報、又は第2異吸収波長域の画像情報を等吸収波長域の画像情報で規格化して得られる第2規格化情報の少なくとも一方を作成する規格化情報作成手段を有し、酸素飽和度の変化は、第1又は第2規格化情報の値の変化であることが好ましい。等吸収波長域の画像情報は、第1異吸収波長域の画像情報と第2異吸収波長域の画像情報の合成により得られることが好ましい。第1異吸収波長域は450〜500nmであり、第2異吸収波長域は415〜450nmであることが好ましい。
本発明は、検体に照明光を照射するとともに、照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得し、照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得する内視鏡装置と組み合わせて使用される内視鏡システムのプロセッサ装置において、内視鏡装置から第1及び第2異吸収波長域の画像情報を受信する受信手段と、酸素飽和度の変化に合わせて第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、画素値調整後の第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報と、画素値調整後の第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報と、を作成する表示用画像情報作成手段と、表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御手段とを備え、表示用画像情報作成手段は、第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第1テーブルを用いて、第1色の表示用画像情報を作成し、第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第2テーブルを用いて、第2色の表示用画像情報を作成することを特徴とする。
本発明の内視鏡システムの作動方法は、第1画像情報取得手段が、照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得するステップと、第2画像情報取得手段が、照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得するステップと、表示用画像作成手段が、酸素飽和度の変化に合わせて第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、画素値調整後の第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報と、画素値調整後の第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報と、を作成するステップと、表示制御手段が、表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御処理を行うステップとを有し、表示用画像作成手段が第1色の表示用画像情報と第2色の表示用画像情報とを作成するステップでは、表示用画像情報作成手段が、第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第1テーブルを用いて、第1色の表示用画像情報を作成し、第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第2テーブルを用いて、第2色の表示用画像情報を作成することを特徴とする。
本発明によれば、前記酸素飽和度の変化に合わせて前記第1異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した表示用画像情報、又は前記酸素飽和度の変化に合わせて前記第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した表示用画像情報のうち少なくとも1つの表示用画像情報を作成し、その表示用画像情報を含む複数の画像情報を表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てているため、血管の酸素状態の違いは、色の違いとして、表示手段上で確実に表示される。
内視鏡システムの外観を示す概略図である。 第1実施形態の内視鏡システムの内部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平面図である。 回転フィルタのBフィルタ部、Gフィルタ部、Rフィルタ部の分光透過率を示すグラフである。 回転フィルタの第1狭帯域フィルタ部及び第2狭帯域フィルタ部の分光透過率を示すグラフである。 酸化ヘモグロビンHbO2の吸光係数と還元ヘモグロビンHbの吸光係数を示すグラフである。 通常モードにおける撮像素子の動作を示す説明図である。 酸素飽和度モードにおける撮像素子の動作を示す説明図である。 画像処理部の内部構成を示すブロック図である。 強度比B1/Mと第1ゲインとの関係を示すグラフである。 強度比B2/Mと第2ゲインとの関係を示すグラフである。 ゲイン処理A〜Cの内容を示す説明図である。 強度比B1/Mから高レンジ用の第1ゲインGB1を算出する方法を示す説明図である。 強度比B2/Mから通常レンジ用の第2ゲインGB2を算出する方法を示す説明図である。 青色画像データB1´及び青色画像データB2´の色割り当てを説明するための説明図である。 ゲイン処理しない場合の青色画像データB1及び青色画像データB2の画素値の変化を示した説明図である。 ゲイン処理済みの青色画像データB1´及び青色画像データB2´の画素値の変化を示した説明図である。 酸素飽和度モードの一連の流れを表したフローチャートである。 青色変換用2DLUT、緑色変換用2DLUT、赤色変換用2DLUTを示すブロック図である。 青色変換用1DLUT、緑色変換用1DLUT、赤色変換用1DLUTを示すブロック図である。 図16と同じ青色変換用1DLUT、緑色変換用1DLUTと、図16と異なる赤色変換用1DLUTとを示すブロック図である。 第2実施形態の内視鏡システムの内部構成を示すブロック図である。 第1実施形態と異なる回転フィルタを示す平面図である。 図18の回転フィルタを用いた場合における酸素飽和度モード時の撮像素子の動作を示す説明図である。 青色画像データB、緑色画像データG、赤色画像データRに対するゲイン処理及び色の割り当てを説明するための説明図である。 所定画素と隣接画素で強度比B/Mの差が無い場合(所定画素と隣接画像で酸素飽和度に違いが無い場合)のゲイン処理を説明するための説明図である。 所定画素と隣接画素で強度比B/Mの差が有る場合(所定画素と隣接画像で酸素飽和度に違いが有る場合)のゲイン処理を説明するための説明図である。
図1に示すように、第1実施形態の内視鏡システム10は、検体内を照明する光を発生する光源装置11と、光源装置11からの光を検体の観察領域に照射し、その反射像を撮像する内視鏡装置12と、内視鏡装置12での撮像により得られた画像データを画像処理するプロセッサ装置13と、画像処理によって得られた内視鏡画像等を表示する表示装置14と、キーボード等で構成される入力装置15とを備えている。
内視鏡装置12には、操作部16側から順に、軟性部17、湾曲部18、スコープ先端部19が設けられている。軟性部17は可撓性を有しているため、屈曲自在にすることができる。湾曲部18は、操作部16に配置されたアングルノブ16aの回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部18は、検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲させることができるため、スコープ先端部19を所望の観察部位に向けることができる。
内視鏡システム10は、波長範囲が青色から赤色に及ぶ可視光の検体像からなる通常画像を表示装置14に表示する通常モードと、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を表示装置14に表示する酸素飽和度モードとを備えている。これら2つのモードは、内視鏡装置に設けられた切り替えスイッチ21や入力装置15によって、切り替え可能である。
図2に示すように、光源装置11は、白色光源30と、この白色光源30からの広帯域光BBを所定波長の光に波長分離する回転フィルタ31と、回転フィルタ31の回転軸31aに接続され、一定の回転速度で回転フィルタ31を回転させるモータ32と、回転フィルタ31を径方向にシフトさせるシフト部34と、回転フィルタ31を透過した光を集光する集光レンズ35と、集光レンズ35からの光が入射する光ファイバ36と、光ファイバ36に入射した光を2系統の光に分岐させる分岐部37を備えている。
白色光源30は、光源本体30aと、絞り30bとを備えている。光源本体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、白色LEDなどの広帯域用の光源で構成され、広帯域光BBを発光する。広帯域光BBは、青色帯域から赤色帯域までの可視光の波長範囲、例えば400nm〜700nmの波長範囲を有している。絞り30bは、その開度を調整することによって、白色光源30から出射して回転フィルタ31に入射する広帯域光BBの光量を調整する。
内視鏡装置12は電子内視鏡であり、光源装置11の分岐部37により分岐された2系統の光を導光するライトガイド28,29と、ライトガイド28,29で導光された2系統(2灯)の光を観察領域に向けて照射する照明部40と、被観察領域を撮像する撮像部41と、内視鏡装置12と光源装置11及びプロセッサ装置13とを着脱自在に接続するコネクタ部42を備えている。
照明部40は、撮像部41の両脇に設けられた2つの照明窓43,44を備えており、各照明窓43,44の奥には、それぞれ投光ユニット47,54が収納されている。各投光ユニット47,54は、ライトガイド28,29からの光を、照明レンズ51を通して観察領域に照射する。撮像部41は、スコープ先端部19の略中心位置に、被観察領域からの反射光を受光する1つの観察窓42を備えている。
観察窓42の奥には、検体の観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット45が設けられており、さらにその対物レンズユニット45の奥には、観察領域を撮像するCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子60が設けられている。この撮像素子60はモノクロの撮像素子であり、対物レンズユニット45からの光を受光面(撮像面)で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号(アナログ信号)を出力する。なお、撮像素子60として、IT(インターライントランスファー)型のCCDを使用するが、そのほか、グローバルシャッターを有するCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)を使用してもよい。
撮像素子60から出力される撮像信号(アナログ信号)は、スコープケーブル67を通じてA/D変換器68に入力される。A/D変換器68は、撮像信号(アナログ信号)をその電圧レベルに対応する画像データ(デジタル信号)に変換する。変換後の画像データは、コネクタ部42を介して、プロセッサ装置13に入力される。撮像制御部70は撮像素子60の撮像制御を行う。この撮像制御は、モード毎に異なっている。
プロセッサ装置13は、制御部71と、画像処理部72と、記憶部74とを備えており、制御部71には表示装置14及び入力装置15が接続されている。制御部71はプロセッサ装置13内の各部を制御するとともに、内視鏡装置12の切り替えスイッチ21や入力装置15から入力される入力情報に基づいて、内視鏡装置12の撮像制御部70及び表示装置14の動作を制御する。
図3に示すように、回転フィルタ31は、モータ32に接続された回転軸31aを回転中心として回転する。この回転フィルタ31には、回転軸31aがある回転中心から順に、半径方向に沿って、第1及び第2フィルタ領域38,39が設けられている。第1フィルタ領域38は通常モード時に広帯域光BBの光路上にセットされ、第2フィルタ領域39は酸素飽和度モード時に広帯域光BBの光路上にセットされる。各フィルタ領域38,39の切替は、シフト部34により回転フィルタ31を半径方向にシフトさせることによって、行われる。
第1フィルタ領域38には、中心角が120°の扇型の領域に、それぞれBフィルタ部38a、Gフィルタ部38b、Rフィルタ部38cが設けられている。図4Aに示すように、Bフィルタ部38aは広帯域光BBから青色帯域(380〜520nm)のB光を透過させ、Gフィルタ部38bは広帯域光BBから緑色帯域(480〜620nm)のG光を透過させ、Rフィルタ部38cは広帯域光BBから赤色帯域(580〜720nm)のR光を透過させる。したがって、回転フィルタ31の回転によって、B光、G光、R光が順次出射する。これらB光、G光、R光は、集光レンズ35及び光ファイバ36を通して、内視鏡装置12のライドガイド28,29に入射する。
第2フィルタ領域39には、第1狭帯域フィルタ部39a(図3では「第1狭帯域(450〜500nm)」と記載)と、第2狭帯域フィルタ部39b(図3では「第2狭帯域(415〜450nm)」と記載)とが設けられている。図4Bに示すように、第1狭帯域フィルタ部39aは、広帯域光BBのうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい450〜500nm(第1異吸収波長域)の狭帯域光を透過させる(図5参照)。また、第2狭帯域フィルタ部39bは、広帯域光BBのうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい415〜450nm(第2異吸収波長域)の狭帯域光を透過させる(図5参照)。これら2種類の光は、集光レンズ35及び光ファイバ36を通して、ライドガイド28,29に順次入射する。
撮像素子60は、モード毎に異なる撮像が行われる。通常モードでは、図6Aに示すように、B光、G光、R光の照射期間Tb、Tg、Trにおいて、各色の像光を撮像素子60で順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて青色信号Bc、緑色信号Gc、赤色信号Rcを順次出力する。この一連の動作は、通常モードに設定されている間、繰り返し行われる。そして、これら青色信号Bc、緑色信号Gc、赤色信号RcをA/D変換することによって、青色画像データBc、緑色画像データGc、赤色画像データRcが得られる。
一方、酸素飽和度モードでは、図6Bに示すように、第1異吸収波長域の狭帯域光、第2異吸収波長域の狭帯域光の照射期間T1、T2おいて、それぞれの光の像光を撮像素子60で順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて青色信号B1、青色信号B2を順次出力する。こうした動作は、酸素飽和度モードに設定されている間、繰り返し行われる。そして、これら青色信号B1、青色信号B2をA/D変換することによって、青色画像データB1、青色画像データB2が得られる。
上記のように、モード毎に異なる画像データが得られるため、モード毎に行われる画像処理もそれぞれ異なる。図7に示すように、画像処理部72は、通常モード時に取得した画像データに基づいて画像処理する通常モード用画像処理部80と、酸素飽和度モード時に取得した画像データに基づいて画像処理する酸素飽和度モード用画像処理部81とを備えている。
通常モード用画像処理部80は、通常モード時に得られる青色画像データBc、緑色画像データGc、赤色画像データRcに基づいて、青色画像、緑色画像、赤色画像からなるフルカラーの通常画像を作成する。この作成された通常画像のうち、青色画像は表示装置14のBチャンネルに、緑色画像は表示装置14のGチャンネルに、赤色画像は表示装置14のRチャンネルに割り当てられる。
酸素飽和度モード用画像処理部81は、強度比算出部84と、ゲインテーブル85と、ゲイン処理部86と、画像作成部87を備えている。強度比算出部84は、青色画像データB1と青色画像データB2を合成して合成画像データMを作成するとともに、青色画像データB1と合成画像データM間の強度比B1/Mと、青色画像データB2と合成画像データM間の強度比B2/Mを求める。強度比算出部84では、画像データ間で同じ位置にある画素間の強度比B1/M、B2/Mを算出し、また、画像データの全ての画素に対して強度比B1/M、B2/Mを算出する。なお、強度比B1/M、B2/Mは画像データのうち血管部分の画素のみ求めてもよい。この場合、血管部分は、血管部分の画像データとそれ以外の部分の画像データとの差に基づいて特定される。
ここで、青色画像データB1は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域の波長成分(450〜500nm)を有しているため、酸素飽和度が低下すると、青色画像データB1の画素値は増加する。これに対して、青色画像データB2は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域の波長成分(415〜450nm)を有しているため、酸素飽和度が低下すると、青色画像データB2の画素値は減少する。一方、合成画像データMは、第1異吸収波長域の波長成分と第2異吸収波長域の波長成分を有しているため、酸素飽和度が変化しても、合成画像データMの画素値はほとんど変化しない。
以上から、青色画像データB1の画素値を合成画像データMの画素値で除して得られる強度比B1/Mは、酸素飽和度の低下とともに、大きくなる。これに対して、青色画像データB2の画素値を合成画像データMの画素値で除して得られる強度比B2/Mは、酸化飽和度の低下とともに、小さくなる。
ゲインテーブル85は、強度比B1/Mと、青色画像データB1の画素値に掛け合わせるための第1ゲインとを関連付けて記憶する第1ゲインテーブル85aと、強度比B2/Mと、青色画像データB2の画素値に掛け合わせるための第1ゲインとを関連付けて記憶する第2ゲインテーブル85bとを備えている。
第1ゲインテーブル85aには、図8に示すように、強度比B1/Mの変化に合わせて、青色画像データB1の画素値を変化させるための高レンジ用の第1ゲインと、強度比B1/Mの変化に合わせて、青色画像データB1の画素値を徐々に変化させるための通常レンジ用の第1ゲインとが記憶されている。シフト有りの場合には高レンジ用の第1ゲインが設定され、シフト無しの場合には通常レンジ用の第1ゲインが設定される。なお、高レンジ用の第1ゲインのレンジRh1は、通常レンジ用の第1ゲインのレンジRn1よりも大きく設定されている。
これら高レンジ用の第1ゲイン及び通常レンジ用の第1ゲインともに、強度比B1/MがKL〜KMの範囲内にあるとき、即ち高酸素状態から中酸素状態の間にあるときは、ゲインが「1」よりも小さくなっている。したがって、この範囲においては、ゲインダウンによって、青色画像データB1の画素値が低下する。一方、強度比B1/MがKMからKHの範囲内にあるとき、即ち、中酸素状態から低酸素状態の間にあるときには、ゲインが「1」よりも大きくなっている。したがって、この範囲においては、ゲインアップによって、青色画像データB1の画素値が増加する。
第2ゲインテーブル85bには、図9に示すように、強度比B2/Mの変化に合わせて、青色画像データB2の画素値を変化させるための高レンジ用の第2ゲインと、強度比B2/Mの変化に合わせて、青色画像データB2の画素値を徐々に変化させるための通常レンジ用の第2ゲインとが記憶されている。シフト有りの場合には高レンジ用の第2ゲインが設定され、シフト無しの場合には通常レンジ用の第2ゲインが設定される。なお、高レンジ用の第2ゲインのレンジRh2は、通常レンジ用の第2ゲインのレンジRn2よりも大きく設定されている。
これら高レンジ用の第2ゲイン及び通常レンジ用の第2ゲインともに、強度比B2/MがVH〜VMの範囲内にあるとき、即ち高酸素状態から中酸素状態の間にあるときには、ゲインが「1」よりも大きくなっている。したがって、この範囲においては、ゲインアップによって、青色画像データB2の画素値が増加する。一方、強度比B2/MがVMからVLの範囲内にあるとき、即ち、中酸素状態から低酸素状態の間にあるときには、ゲインが「1」よりも小さくなっている。したがって、この範囲においては、ゲインダウンによって、青色画像データB2の画素値が増加する。
ゲイン処理部86は、強度比算出部84で求めた強度比B1/M、B2/Mとゲインテーブル85を用いて、青色画像データB1及び青色画像データB2に対してゲイン処理を施す。ゲイン処理は、図10に示すように、高レンジ用の第1ゲイン(シフト有り)と通常レンジ用の第2ゲイン(シフト無し)を用いるゲイン処理Aと、通常レンジ用の第1ゲイン(シフト無し)と高レンジ用の第2ゲイン(シフト有り)を用いるゲイン処理Bと、高レンジ用の第1ゲイン(シフト有り)と高レンジ用の第2ゲイン(シフト有り)を用いるゲイン処理Cとからなる。ゲイン処理A〜Cのいずれも、青色画像データB1の画素値と青色画像データB2の画素値の差を大きくするものであり、その中でも、ゲイン処理Cが画素値の差を一番大きくする。なお、これら3つのゲイン処理のいずれを使用するかは、入力装置15の操作によって決めることできる。
ゲイン処理Aを行う場合には、まず、図11Aに示すように、第1ゲインテーブル85aを参照して、強度比算出部84で求めた強度比B1/Mに対応する高レンジ用の第1ゲインGB1を算出する。そして、この高レンジ用の第1ゲインGB1を青色画像データB1の画素値に掛け合わせることによって、ゲイン処理済みの青色画像データB1´が得られる。次に、図11Bに示すように、第2ゲインテーブル85bを参照して、強度比算出部84で求めた強度比B2/Mに対応する通常レンジ用の第2ゲインGB2を算出する。そして、この通常レンジ用の第2ゲインGB2を青色画像データB2の画素値に掛け合わせることによって、ゲイン処理済みの青色画像データB2´を得る。なお、ゲイン処理B、Cについても、ゲイン処理Aと同様に行われる。
画像作成部87は、図12に示すように、ゲイン処理済みの青色画像データB1´を表示装置14のBチャンネルに、ゲイン処理済みの青色画像データB2´を表示装置14のGチャンネル及びRチャンネルに割り当てる。これにより、酸素飽和度の変化に伴って血管の色が大きく変化する酸素飽和度画像が表示装置に表示される。例えば、図13Aに示すように、青色画像データB1及び青色画像データB2をゲイン処理せずに表示装置14のB、G、Rチャンネルに割り当てた場合は、高酸素状態における画像データB1、B2間の画素値の差ΔHと、低酸素状態における画像データB1、B2間の画素値の差ΔLはそれほど大きくない。そのため、酸素飽和度画像上で血管の色の変化を観察することが困難である。なお、図13Aにおいて、高O2は「高酸素状態」を、中O2は「中酸素状態」を、低O2は「低酸素状態」を示している。図13Bにおいても同様である。また、画像作成部87では、ゲイン処理済みの青色画像データB1´を表示装置14のBチャンネル及びGチャンネルに、ゲイン処理済みの青色画像データB2´を表示装置14のRチャンネルに割り当ててもよい。
これに対して、本実施形態では、図13Bに示すように、血管の酸素状態に応じたゲイン処理(強度比B1/M、B2/Mに応じたゲイン処理)を施した青色画像データB1´及び青色画像データB2´を、表示装置14のB、G、Rチャンネルに割り当てているため、高酸素状態における画像データB1、B2間の画素値の差ΔH´と、低酸素状態における画像データB1、B2間の画素値の差ΔL´は大きくなっている。
このように、画素値の差ΔH´が大きいのは、高酸素状態のときに、青色画像データB1の画素値をゲインダウンする一方で、青色画像データB2の画素値をゲインアップしているためである。また、画素値の差ΔL´が大きいのは、低酸素状態のときに、青色画像データB1の画素値をゲインアップする一方で、青色画像データB2の画素値をゲインダウンしているためである。以上から、本実施形態では、血管の酸素状態の違いによる血管の色の違いを、酸素飽和度画像上で確実に観察することができる。なお、酸素飽和度画像上では、高酸素状態のときには血管は「イエロー調」で表示され、低酸素状態のときには血管は「青色」で表示される。
次に、本実施形態における一連の流れ、特に、酸素飽和度モードについての一連の流れを、図14のフローチャートに沿って説明する。通常モードの元では、内視鏡装置12を体内、例えば消化管内に挿入する。アングルノブ16aの操作によって、所望の観察部位にスコープ先端部19をセットして体内の観察を行う。この通常モード時の観察では、広帯域光BBの光路上に、回転フィルタ31の第1フィルタ領域38がセットされる。この状態で回転フィルタ31を回転することで、B光、G光、R光が検体内に順次照射される。そして、検体内の反射像をモノクロの撮像素子60で撮像し、その撮像により得られた青色、緑色、赤色画像データBc、Gc、Rcに基づいて通常画像を表示装置14に表示する。
そして、観察部位が病変部と推測される場合は、内視鏡装置の切り替えスイッチ21によって、酸素飽和度モードに切り替える。このモード切り替えにより、回転フィルタ31が外側にシフトして、広帯域光BBの光路上に回転フィルタ31の第2フィルタ領域39がセットされる。この状態で回転フィルタ31が回転することで、第1異吸収波長域の狭帯域光と第2異吸収波長域の狭帯域光が交互に回転フィルタ31から出射する。出射した光は検体に順次照射され、その反射像がモノクロの撮像素子60によって順次撮像される。これにより、青色画像データB1及び青色画像データB2が得られる。
次に、青色画像データB1と青色画像データB2を合成して、合成画像データMを作成する。そして、青色画像データB1及び合成画像データM間の強度比B1/Mを算出するとともに、青色画像データB2及び合成画像データM間の強度比B2/Mを算出する。そして、第1ゲインテーブル85aを参照して、強度比B1/Mに対応する第1ゲインを算出するとともに、第2ゲインテーブル85bを参照して、強度比B2/Mに対応する第2ゲインを算出する。そして、算出した第1ゲインを青色画像データB1の画素値に掛け合わせることによって、青色画像データB1´を得る。また、算出した第2ゲインを青色画像データB2の画素値に掛け合わせることによって、青色画像データB2´を得る。ゲイン処理済みの青色画像データB1´を表示装置14のBチャンネルに割り当て、ゲイン処理済みの青色画像データB2´を表示装置14のGチャンネル及びRチャンネルに割り当てる。これにより、酸素飽和度画像が表示装置14に表示される。
なお、第1実施形態では、酸素飽和度の変化に合わせたゲイン処理を青色画像データB1及び青色画像データB2に施すことによって、酸素飽和度の変化に伴う血管の色の変化が明確になるようにしたが、これに代えて、2DLUT(2dimension Look Up Table)を用いてもよい。2DLUTは、図15に示すように、青色変換用2DLUTと、緑色変換用2DLUTと、赤色変換用2DLUTとからなり、各2DLUTは、青色画像データB1、B2が入力されたときに、この青色画像データB1、B2に対応するB値、G値、R値を出力する。これら2DLUTから出力されたB値、G値、R値は、表示装置14のB,G,Rチャンネルに割り当てられる。
青色変換用2DLUTには、青色画像データB1、B2と、これら青色画像データB1、B2に基づいて青色変換プログラムを実行したときに得られるB値とが対応付けて記録されている。青色変換プログラムは、第1青色変換プログラム及び第2青色変換プログラムとからなり、いずれの青色変換プログラムを実行するかは、青色画像データB1、B2に基づいて算出される強度比B1/M(又は、強度比B2/M)の大きさによって決められる。
第1青色変換プログラムは、強度比B1/MがKL〜KMの範囲内にある場合(即ち、高酸素状態から中酸素状態にある場合)に実行されるプログラムであり、青色画像データB1、B2の画素値を所定の減少率で減少させた上で、その画素値減少後の青色画像データB1、B2をB値に色変換する。ここで、青色画像データB1、B2の画素値減少率は、強度比B1/Mに基づいて決められている。
これに対して、第2青色変換プログラムは、強度比B1/MがKM〜KHの範囲内にある場合(即ち、中酸素状態から低酸素状態にある場合)に実行されるプログラムであり、青色画像データB1、B2の画素値を所定の増加率で増加させた上で、その画素値増加後の青色画像データB1、B2をB値に色変換する。青色画像データB1、B2の画素値増加率は、強度比B1/Mに基づいて決められている。
緑色変換用2DLUTには、青色画像データB1、B2と、これら青色画像データB1、B2に基づいて緑色変換プログラムを実行したときに得られるG値とが対応付けて記録されている。赤色変換用2DLUTには、青色画像データB1、B2と、これら青色画像データB1、B2に基づいて第2赤色変換プログラムを実行したときに得られるR値とが対応付けて記録されている。
緑色変換プログラムは、第1緑色変換プログラム及び第2緑色変換プログラムとからなり、いずれの緑色変換プログラムを実行するかは、強度比B1/M(又は、強度比B2/M)の大きさによって決められる。また、赤色変換プログラムは、第1赤色変換プログラム及び第2赤色変換プログラムとからなり、いずれの赤色変換プログラムを実行するかは、強度比B1/M(又は、強度比B2/M)の大きさによって決められる。
第1緑色変換プログラム及び第1赤色変換プログラムは、強度比B1/MがKL〜KMの範囲内にある場合(即ち、高酸素状態から中酸素状態にある場合)に実行されるプログラムであり、青色画像データB1、B2の画素値を所定の増加率で増加させた上で、その画素値増加後の青色画像データB1、B2をG値及びR値に色変換する。ここで、青色画像データB1、B2の画素値増加率は、強度比B1/Mに基づいて決められている。
これに対して、第2緑色変換プログラム及び第2赤色変換プログラムは、強度比B1/MがKM〜KHの範囲内にある場合(即ち、中酸素状態から低酸素状態にある場合)に実行されるプログラムであり、青色画像データB1、B2の画素値を所定の減少率で減少させた上で、その画素値減少後の青色画像データB1、B2をG値及びR値に色変換する。青色画像データB1、B2の画素値減少率は、強度比B1/Mに基づいて決められている。
なお、上記の2DLUTを用いた場合には、高酸素状態のときには血管が「イエロー調」で表わされ、低酸素状態のときには血管は「青色」で表わされる酸素飽和度画像が表示装置14に表示される。なお、赤色変換用2DLUTで変換したR値は表示装置14のRチャンネルに割り当てず、その代わりに、緑色変換用2DLUTで変換したG値を表示装置14のGチャンネル及びRチャンネルに割り当ててもよい。
また、2DLUTに代えて、1DLUT(1dimension Look Up Table)を用いてもよい。1DLUTは、図16に示すように、青色変換用1DLUTと、緑色変換用1DLUTと、赤色変換用1DLUTとからなり、青色変換用1DLUTは、青色画像データB1が入力されたときに、この青色画像データB1に対応するB値を出力する。緑色変換用1DLUTは、青色画像データB2が入力されたときに、この青色画像データB2に対応するG値を出力する。赤色変換用1DLUTは、青色画像データB1が入力されたときに、この青色画像データB1に対応するR値を出力する。以上の3つの1DLUTから出力されたB値、G値、R値は、表示装置14のB,G,Rチャンネルに割り当てられる。
青色変換用1DLUTは、青色画像データB1と、この画像データB1に基づいて1D−青色変換用プログラムを実行したときに得られるB値とが対応付けて記録されている。1D−青色変換用プログラムは、B値に変換するための1D用B値変換処理を実行することにより、画像データB1に対応するB値が得られる。
1D用B値変換処理は、青色画像データB1の画素値の大きさに対応するB値用の画素値調整処理を、青色画像データB1に施した上で、この画素値調整処理後の青色画像データB1をB値に色変換する。ここで、B値用の画素値調整処理は、高酸素状態と低酸素状態におけるB値とG値の画素値の差を大きくするために行われる。本実施形態では、青色画像データB1の画素値(Pv1)が閾値Th以下の高酸素状態の場合(Pv1≦Th)には、画像データB1の画素値を所定の減少率で減少させ、画素値Pv1が閾値Thを上回る低酸素状態の場合(Pv1>Th)には、画像データB1の画素値を所定の増加率で増加させる。なお、閾値Thのときには、青色画像データB1の血管部分の画素値と青色画像データB2の血管部分の画素値がほぼ同じになっている(ただし、AEなどにより照明光の光量が変化しない場合に限る)。
緑色変換用1DLUTは、青色画像データB2と、この青色画像データB2に基づいて1D−緑色変換用プログラムを実行したときに得られるG値とが対応付けて記録されている。1D−緑色変換用プログラムは、G値に変換するための1D用G値変換処理を実行することにより、画像データB2に対応するG値が得られる。
1D用G値変換処理は、青色画像データB2の画素値の大きさに対応するG値用の画素値調整処理を、青色画像データB2に施した上で、この画素値調整処理後の青色画像データB2をG値に色変換する。ここで、G値用の画素値調整処理は、高酸素状態と低酸素状態におけるG値とB値との画素値の差を大きくするために行われる。本実施形態では、青色画像データB2の画素値(Pv2)が閾値Th以上の高酸素状態の場合(Pv2≧Th)には、画像データB2の画素値を所定の増加率で増加させ、画素値Pv2が閾値Thを下回る低酸素状態の場合(Pv2<Th)には、画像データB2の画素値を所定の減少率で減少させる。なお、閾値Thは上記と同様である。
赤色変換用1DLUTは、青色画像データB1と、この青色画像データB1に基づいて1D−赤色変換用プログラムを実行したときに得られるR値とが対応付けて記録されている。1D−赤色変換用プログラムは、R値に変換するための1D用R値変換処理を実行することにより、画像データB1に対応するR値が得られる。
1D用R値変換処理は、青色画像データB1の画素値の大きさに対応するR値用の画素値調整処理を、青色画像データBxに施した上で、この画素値調整処理後の青色画像データBxをR値に色変換する。ここで、R値用の画素値調整処理は、高酸素状態と低酸素状態におけるR値とG値の画素値の差を大きくするために行われる。本実施形態では、画素値Pv1が閾値Th以下の高酸素状態の場合(Pv1≦Th)には、画像データB1の画素値を所定の減少率で減少させ、画素値Pv1が閾値Thを上回る低酸素状態の場合(Pv2>Th)には、画像データB1の画素値を所定の増加率で増加させる。
なお、上記の1DLUTを用いた場合には、高酸素状態のときには血管が「緑調」で表わされ、低酸素状態のときには血管は「マゼンタ」で表わされる酸素飽和度画像が表示装置14に表示される。
なお、図17に示すように、赤色変換用1DLUTは、青色画像データB1に代えて、青色画像データB2が入力されたときに、この青色画像データB2に対応するR値を出力してもよい。この場合には、画素値調整処理の内容が、上記と異なる。青色画像データB2の画素値Pv2が閾値Th以上の高酸素状態の場合(Pv2≧Th)には、青色画像データB2の画素値を所定の増加率で増加させた上でR値に変換する。反対に、画素値Pv2が閾値Thを下回る低酸素状態の場合(Pv2<Th)には、青色画像データB2の画素値を所定の減少率で減少させた上でR値に変換する。
なお、上記第1実施形態では、酸素飽和度モード時に、回転フィルタを用いて、第1異吸収波長域の狭帯域光と第2異吸収波長域の狭帯域光を交互に検体内に照射したが、これに代えて、図18に示す内視鏡システム200のように、中心波長473nmの第1異吸収波長域の狭帯域光を発する第1半導体光源201と、中心波長430nmの第2異吸収波長域の狭帯域光を発する第2半導体光源202を用いて、検体内の照明を行ってもよい。この内視鏡システム200では、第1及び第2半導体光源201,202の他に、中心波長445nmの励起光とこの励起光を蛍光体で波長変換して得られる緑〜赤の蛍光とが混色した白色光を発する白色光源203が設けられている。以下、内視鏡システム200のうち、内視鏡システム10と異なる部分のみ説明を行う。なお、第1及び第2半導体光源としては、レーザ光源の他、LEDなどが用いられる。
この内視鏡システム200では、第1半導体光源201からの第1異吸収波長の狭帯域光は光ファイバ205に入射し、第2半導体光源202からの第2異吸収波長の狭帯域光は光ファイバ206に入射し、白色光源203からの白色光は光ファイバ207に入射する。各光ファイバ205,206,207からの光は、それぞれ分岐部208で2系統の光に分岐されて、ライトガイド28,29に入射する。
また、第1及び第2半導体光源201,202と白色光源203は、光源制御部210によって、駆動制御される。通常モードの設定されているときには、第1及び第2半導体光源201,202はOFFにされ、白色光源203はONにされる。これにより、検体内には白色光が照射される。一方、酸素飽和度モードに設定されているときには、白色光源203はOFFにされ、第1及び第2半導体光源201,202のONとOFFが交互に繰り返される。これにより、検体内には、第1異吸収波長域の狭帯域光と第2異吸収波長域の狭帯域光とが交互に照射される。
また、内視鏡システム200では、RGBのカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子215で検体内の撮像が行われる。通常モード時には、白色光で照明された検体を撮像素子215で撮像することにより、通常画像を作成するための青色画像データBc、緑色画像データGc、赤色画像データRcを同時に得ることができる。一方、酸素飽和度モード時には、第1異吸収波長域の狭帯域光で照明された検体を撮像素子215で撮像することで3色の画像データB1、G1、R1が得られ、第2異吸収波長域の狭帯域光で照明された検体を撮像素子215で撮像することで3色の画像データB2、G2、R2が得られる。これら画像データのうち、青色画像データB1と青色画像データB2が酸素飽和度画像の作成に用いられる。
なお、上記第1実施形態では、酸素飽和度モード時に、青色画像データB1及び青色画像データB2の2つの画像データに基づいて、体腔内が疑似カラーで表示される酸素飽和度画像を作成したが、青色画像データB1及び青色画像データB2に加えて、緑色の波長成分を有する緑色画像データG及び赤色の波長成分を有する赤色画像データRの4つの画像データに基づいて、酸素飽和度画像の作成を行ってもよい。この4つの画像データに基づいて作成される酸素飽和度画像は、酸素飽和度が一定値を下回る低酸素領域のみ疑似カラーで表示され、その他は通常画像と同じ色味で表示される通常画像+酸素飽和度画像となっている。この通常画像+酸素飽和度画像の作成は、回転フィルタ31に代えて、図19に示す回転フィルタ300が用いられる。
回転フィルタ300は、通常モード時に広帯域光BBの光路上にセットされる第1フィルタ領域38と、この第1フィルタ領域38の外側に設けられ、酸素飽和度モード時に広帯域光BBの光路上にセットされる第2フィルタ領域301とを備えている。第1フィルタ領域38は、回転フィルタ31と同様のBフィルタ部38a、Gフィルタ部38b、Rフィルタ部38cを備えている。第2フィルタ領域301は、回転フィルタ31と同様の第1狭帯域フィルタ部39a及び第2狭帯域フィルタ部39bの他、Gフィルタ部302及びRフィルタ部303を備えている。
Gフィルタ部302は、Gフィルタ部38bと同様に、広帯域光BBのうち480〜620nmのG光を透過させる。Rフィルタ部302は、Rフィルタ部38cと同様に、広帯域光BBのうち580〜720nmのR光を透過させる。以上から、酸素飽和度モード時には、回転フィルタ300が回転することによって、第1異吸収波長域の狭帯域光、第2異吸収波長域の狭帯域光、G光、R光が順次出射する。これら4種類の光は、集光レンズ35及び光ファイバ36を通して、ライドガイド28,29に順次入射する。
なお、G光の波長域(480〜620nm)は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係が頻繁に入れ替わる波長域であるため、酸素飽和度が変化しても、G光の反射光の光量はほとんど変化しない。また、R光の波長域(580〜720nm)は、還元ヘモグロビンの吸光係数が酸化ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい波長域が大部分を占めているため、酸素飽和度の低下に伴って、R光の反射光の光量も低下する。
そして、回転フィルタ300を用いた場合には、酸素飽和度モード時に、図20に示す手順で撮像制御が行われる。この図20に示すように、第1異吸収波長域の狭帯域光、第2異吸収波長域の狭帯域光、G光、R光の照射期間T1、T2、T3、T4おいて、それぞれの光の像光を撮像素子60で順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて青色信号B1、青色信号B2、緑色信号G、赤色信号Rを順次出力する。こうした動作は、酸素飽和度モードに設定されている間、繰り返し行われる。そして、これら青色信号B1、青色信号B2、緑色信号G、赤色信号RをA/D変換することによって、青色画像データB1、青色画像データB2、緑色画像データG、赤色画像データRが得られる。
ここで、上記したように、青色画像データB1については酸素飽和度の低下とともに画素値が増加する一方、青色画像データB2については酸素飽和度の低下とともに画素値が減少する。また、緑色画像データGyについては、血管からのR光の反射光の光量は酸素飽和度によって変化しないため、画素値も酸素飽和度の変化ではほとんど変化しない。一方、赤色画像データRzについては、血管からのR光の反射光の光量は酸素飽和度の低下とともに減少するため、画素値も酸素飽和度の低下とともに減少する。
酸素飽和度モード時に上記4つの画像データが得られると、図21に示すように、まず、青色画像データB1と青色画像データB2とが合成されて、青色画像データBが得られる。この合成後の青色画像データBは、酸素飽和度の変化による画素値の変化が異なる2つの青色画像データB1、B2を合成して得られるものであるため、酸素飽和度が変化しても青色画像データBの画素値はほとんど変化しない。
そして、合成後の青色画像データB、緑色画像データG、赤色画像データRに対してゲイン処理が施される。ゲイン処理は、青色画像データB1と緑色画像データG間の強度比B/Gに応じて、各画像データの画素値を調整する。青色画像データBに対しては、強度比B/Gの増加とともに画素値を増加させるゲイン処理が施される。一方、緑色画像データG及び赤色画像データRに対しては、強度比B/Gの増加とともに画素値を減少させるゲイン処理が施される。ゲイン処理後の青色画像データB´、緑色画像データG´、赤色画像データR´は、表示装置14のB、G、Rチャンネルに割り当てられる。これにより、通常画像+酸素飽和度画像が表示装置14に表示される。
なお、上記第1及び第2実施形態では、酸素飽和度の変化に合わせて、画像データの画素値を調整(増加又は減少)したが、これに代えて、画素間で(空間的に)、酸素飽和度の大きさに違いがある場合には、その画素間での酸素飽和度の違いに合わせて、画像データの画素値の調整を行ってもよい。例えば、画素間の酸素飽和度の違いを示す値として、所定画素の強度比B1/Mから隣接画素の強度比B1/Mを引いた第1差分値(所定画素の強度比B1/M−隣接画素の強度比B1/M)を算出するとともに、隣接画素の強度比B1/Mから所定画素の強度比B1/Mを引いた第2差分値(隣接画素の強度比B1/M−所定画素のB1/M)を算出する。
そして、第1差分値に応じたゲイン係数を用いて、所定画素の青色画像データB1、B2にゲイン処理を施すとともに、第2差分値に応じたゲイン係数を用いて、隣接画素の青色画像データB1、B2にゲイン処理を施す。そして、ゲイン処理後の所定画素の青色画像データB1´及び隣接画素の青色画像データB1´は表示装置14のBチャンネルに割り当てられ、ゲイン処理後の所定画素の青色画像データB2´及び隣接画素の青色画像データB2´は表示装置14のGチャンネル及びRチャンネルに割り当てられる。なお、画素間での酸素飽和度の違いに合わせて画素値の調整をする場合には、ゲイン処理の他に、上記実施形態のように、2DLUTや1DLUTで画素値の調整を行ってもよい。
例えば、図22Aに示すように、所定画素の強度比B1/Mが「1」であり、その所定画素に隣接する隣接画素の強度比B1/Mが「1」である場合には、第1及び第2差分値ともに「0」となる。差分値「0」の場合には、所定画素と隣接画素の間では酸素飽和度に違いが無いため、所定画素と隣接画素の画素値を調整する必要性がない。したがって、差分値「0」に対応するゲイン係数は、「1」に定められている。そして、ゲイン係数「1」のゲイン処理が、所定画素の青色画像データB1、B2、隣接画素の青色画像データB1、B2とに施される。このゲイン処理後も、所定画素と隣接画素間で画素値の差は生じないため、表示装置14上でも、所定画素と隣接画素の色の違いは生じない。
一方、図22Bに示すように、所定画素の強度比B1/Mが「0.5」であり、隣接画素の強度比B1/Mが「2」である場合には、第1差分値は「−1.5」となり、第2差分値は「1.5」となる。このように差分値が「0」以外の場合には、所定画素と隣接画素の間で酸素飽和度に違いが生じている。この酸素飽和度の違いによる画素間の画素値の差を大きくするために、負の差分値に対応するゲイン係数を「1」以下に、正の差分値に対応するゲイン係数を「1」以上に定めている。したがって、第1差分値の「−1.5」に対応するゲイン係数は「1」以下であり、第2差分値の「1.5」に対応するゲイン係数は「1」以上となっている。
そして、所定画素の青色画像データB1、B2に対して、ゲイン係数「1以下」のゲイン処理を施すことにより、ゲイン係数に応じて画素値が減少した青色画像データB1´、B2´が得られる。一方、隣接画素の青色画像データB1、B2に対して、ゲイン係数「1以上」のゲイン処理を施すことにより、ゲイン係数に応じて画素値が増加した青色画像データB1´、B2´が得られる。以上のように、所定画素の画像データに対して、画素値を減少させるゲイン処理を行う一方で、隣接画素の画像データに対して、画素値を増加させるゲイン処理を行うことで、所定画素と隣接画素間の画素値の差が大きくなる。このように画素値の差を大きくすることで、表示装置14における所定画素と隣接画素の色の違いがより明確になる。
なお、上記第1及び第2実施形態では、第1異吸収波長域の波長成分を有する青色画像データB1と、第2異吸収波長域の波長成分を有する青色画像データB2の2波長分の画像データを用いて、酸素飽和度の作成及び表示を行ったが、異なる波長成分を有する画像データを3つ以上用いてもよい。この場合には、異吸収波長域の波長成分を有する画像データのみを組み合わせてもよく、また、異吸収波長域の波長成分を有する画像データの他、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数がほぼ同じ等吸収波長域の波長成分を有する画像データを組み合わせてもよい。
なお、上記実施形態では、青色画像データB1上での酸素飽和度の変化を示す情報として、青色画像データB1及び合成画像データM間の強度比B1/Mを用いたが、これに代えて、青色画像データB1の画素値そのものを、酸素飽和度の変化を示す情報として用いてもよい。同様にして、青色画像データB2上での酸素飽和度の変化を示す情報として、強度比B2/Mに代えて、青色画像データB2の画素値そのものを、酸素飽和度の変化を示す情報として用いてもよい。
なお、上記実施形態では、青色画像データB1の画素値及び青色画像データB2の画素値の両方を、酸素飽和度の変化に合わせて(例えば、強度比B1/M、B2/Mの変化に合わせて)を調整したが、これに限らず、青色画像データB1及び青色画像データB2のうち、一方の画像データの画素値を酸素飽和度の変化に合わせて調整し、他方の画像データの画素値については酸素飽和度の変化に合わせて調整しなくてもよい。この場合には、表示装置のB,G,Rチャンネルのうち、所定の色チャンネルに画素値が調整された画像データが割り当てられ、残りの色チャンネルに画素値が調整されていない画像データが割り当てられる。
なお、上記実施形態では、血液量(酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和)のうち酸化ヘモグロビンの占める割合である酸素飽和度を用いて酸素飽和度画像を生成したが、これに代えて又は加えて、「血液量×酸素飽和度(%)」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスや、「血液量×(100−酸素飽和度)(%)」から求まる還元ヘモグロビンインデックスを用いてもよい。
なお、本発明の課題は、以下の技術的思想によっても解決することができる。
[付記項1]
検体に照明光を照射する照明手段と、
前記照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得する第1画像情報取得手段と、
前記照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得する第2画像情報取得手段と、
前記異吸収波長域の画像情報を、特定の波長成分を有する特定画像情報で規格化して規格化情報を取得する規格化情報取得手段と、
前記規格化情報における所定画素の値とこの所定画素に隣接する隣接画素の値の差分値を求める差分値情報算出手段と、
前記差分値に応じて前記第1異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した第1異吸収波長域の表示用画像情報、又は前記差分値に応じて前記第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した第2異吸収波長域の表示用画像情報のうち少なくとも1つの表示用画像情報を作成する表示用画像情報作成手段と、
前記表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
[付記項2]
前記表示用画像情報作成手段は、
前記差分値に応じて、前記第1異吸収波長域の画像情報の画素値を調整する第1異吸収波長域用のゲイン処理によって、前記第1異吸収波長域の表示用画像情報を作成し、
前記差分値に応じて、前記第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整する第2異吸収波長域用のゲイン処理によって、前記第2異吸収波長域の表示用画像情報を作成することを特徴とする付記項1記載の内視鏡システム。
[付記項3]
前記第1異吸収波長域用のゲイン処理は、第1の画素値調整範囲又はこの第1の画素値調整範囲よりも狭い第2の画素値調整範囲のいずれかの範囲内で、画素値を調整し、
前記第2異吸収波長域用のゲイン処理は、第3の画素値調整範囲又はこの第3の画素値調整範囲よりも狭い第4の画素値調整範囲のいずれかの範囲内で、画素値を調整することを特徴とする付記項2記載の内視鏡システム。
[付記項4]
前記表示制御手段は、
前記異吸収波長域及び等吸収波長域の表示用画像情報のうち、一方を前記第1色チャンネルに割り当て、他方を前記第2色チャンネル及び第3色チャンネルに割り当てることを特徴とする付記項2または3記載の内視鏡システム。
[付記項5]
前記表示用画像情報作成手段は、
前記第1又は第2異吸収波長域の表示用画像情報に代えて、
前記差分値に応じて前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、その画素値調整後の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報、
前記差分値に応じて前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、その画素値調整後の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報、又は
前記差分値に応じて前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、その画素値調整後の画像情報を第3色に色変換した第3色の表示用画像情報のうち少なくとも1つの色の表示用画像情報を作成することを特徴とする付記項1記載の内視鏡システム。
[付記項6]
前記表示用画像情報作成手段は、
前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第1テーブルを用いて、前記第1色の表示用画像情報を作成し、
前前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第2テーブルを用いて、前記第2色の表示用画像情報を作成することを特徴とする付記項5記載の内視鏡システム。
[付記項7]
前記表示制御手段は、
前記第1色及び第2色の表示用画像情報のうち、一方を前記第1色チャンネルに割り当て、他方を前記第2色チャンネル及び第3色チャンネルに割り当てることを特徴とすることを特徴とする付記項6記載の内視鏡システム。
[付記項8]
付記項6記載の内視鏡システムにおいて、
前記表示用画像情報作成手段は、前記第1色及び第2色の表示用画像情報に加えて、
前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第3色の表示用画像情報との関係を記憶する第3テーブルを用いて、前記第3色の表示用画像情報を作成することを特徴とする。
[付記項9]
前記表示用画像情報作成手段は、
前記第1又は第2異吸収波長域の表示用画像情報に代えて、
前記酸素飽和度の変化に合わせて前記第1異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、その画素値調整後の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報、
前記酸素飽和度の変化に合わせて前記第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、その画素値調整後の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報、又は、
前記酸素飽和度の変化に合わせて、前記第1異吸収波長域の画像情報の画素値又は第2異吸収波長域の画像情報の画素値のいずれかを調整するとともに、その画素値調整後の画像情報を第3色に色変換した第3色の表示用画像情報のうち少なくとも1つの色の表示用画像情報を作成することを特徴とする付記項1記載の内視鏡システム。
[付記項10]
前記表示用画像情報作成手段は、
前記第1異吸収波長域の画像情報と前記第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第4テーブルを用いて、前記第1色の表示用画像情報を作成し、
前記第2異吸収波長域の画像情報と前記第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第5テーブルを用いて、前記第2色の表示用画像情報を作成し、
前記第1異吸収波長域の画像情報と前記第3色の表示用画像情報との関係を記憶する第6テーブルを用いて、前記第3色の表示用画像情報を作成することを特徴とする付記項9記載の内視鏡システム。
[付記項11]
前記表示用画像情報作成手段は、
前記第6テーブルに代えて、前記第2異吸収波長域の画像情報と前記第3色の表示用画像情報との関係を記憶する第7テーブルを用いて、前記第3色の表示用画像情報を作成することを特徴とする付記項10記載の内視鏡システム。
[付記項12]
前記表示制御手段は、
前記第1色の表示用画像情報を前記第1色チャンネルに割り当て、前記第2色の表示用画像情報を前記第2色チャンネルに割り当て、前記第3色の表示用画像情報を前記第3色チャンネルに割り当てることを特徴とする付記項8ないし11いずれか1項記載の内視鏡システム。
[付記項13]
前記第1色チャンネルは青色チャンネルであり、前記第2色チャンネルは緑色チャンネルであり、前記第3色チャンネルは赤色チャンネルであることを特徴とする付記項1ないし12いずれか1項記載の内視鏡システム。
[付記項14]
前記照明光のうち、前記第1及び第2異吸収波長域以外の特定波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる特定波長域の画像情報を取得する第3画像情報取得手段と、
前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と前記特定波長域の画像情報に基づいて、可視光の波長成分を有する通常画像を作成する通常画像作成手段とを有し、
前記表示用画像情報作成手段は、
前記第1又は第2異吸収波長域の表示用画像情報に代えて、前記通常画像の画素値を前記差分値に応じて調整した表示用画像情報を作成することを特徴とする付記項1記載の内視鏡システム。
[付記項15]
前記特定画像情報は、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数とが略同じ等吸収波長域の波長成分を有する等吸収波長域の画像情報であり、
前記規格化情報は、前記第1異吸収波長域の画像情報を前記等吸収波長域の画像情報で規格化して得られる第1規格化情報、又は前記第2異吸収波長域の画像情報を前記等吸収波長域の画像情報で規格化して得られる第2規格化情報のいずれかであることを特徴とする付記項1ないし14いずれか1項記載の内視鏡システム。
[付記項16]
前記等吸収波長域の画像情報は、前記第1異吸収波長域の画像情報と前記第2異吸収波長域の画像情報の合成により得られることを特徴とする付記項15記載の内視鏡システム。
[付記項17]
前記第1異吸収波長域は450〜500nmであり、前記第2異吸収波長域は415〜450nmであることを特徴とする付記項1ないし16いずれか1項記載の内視鏡システム。
[付記項18]
検体に照明光を照射するとともに、前記照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得し、前記照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得する内視鏡装置と組み合わせて使用される内視鏡システムのプロセッサ装置において、
前記内視鏡装置から前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を受信する受信手段と、
前記異吸収波長域の画像情報を、特定の波長成分を有する特定画像情報で規格化して規格化情報を取得する規格化情報取得手段と、
前記規格化情報における所定画素の値とこの所定画素に隣接する隣接画素の値の差分値を求める差分値情報算出手段と、
前記差分値に応じて前記第1異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した表示用画像情報、又は前記差分値に応じて前記第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した表示用画像情報のうち少なくとも1つの表示用画像情報を作成する表示用画像情報作成手段と、
前記表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御手段とを備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。
[付記項19]
検体に向けて照明手段から照明光を照射するステップと、
前記照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を、第1画像情報取得手段により取得するステップと、
前記照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を、第2画像情報取得手段により取得するステップと、
前記異吸収波長域の画像情報を、特定の波長成分を有する特定画像情報で規格化して規格化情報を、規格化情報取得手段により取得するステップと、
前記規格化情報における所定画素の値とこの所定画素に隣接する隣接画素の値の差分値を、差分値情報算出手段により求めるステップと、
前記差分値に応じて前記第1異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した表示用画像情報、又は前記差分値に応じて前記第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整した表示用画像情報のうち少なくとも1つの表示用画像情報を、表示用画像作成手段により作成するステップと、
前記表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御処理を、表示制御手段により行うステップとを有することを特徴とする内視鏡画像の表示制御方法。
10,200 内視鏡システム
11 光源装置
12 内視鏡装置
13 プロセッサ装置
31 回転フィルタ
85 ゲインテーブル

Claims (10)

  1. 検体に照明光を照射する照明手段と、
    前記照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得する第1画像情報取得手段と、
    前記照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得する第2画像情報取得手段と、
    前記酸素飽和度の変化に合わせて前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、画素値調整後の前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報と、画素値調整後の前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報と、を作成する表示用画像情報作成手段と、
    前記表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御手段とを備え
    前記表示用画像情報作成手段は、
    前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第1テーブルを用いて、前記第1色の表示用画像情報を作成し、
    前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第2テーブルを用いて、前記第2色の表示用画像情報を作成することを特徴とする内視鏡システム。
  2. 前記表示制御手段は、
    前記第1色及び第2色の表示用画像情報のうち、一方を前記第1色チャンネルに割り当て、他方を前記第2色チャンネル及び第3色チャンネルに割り当てることを特徴とすることを特徴とする請求項記載の内視鏡システム。
  3. 請求項記載の内視鏡システムにおいて、
    前記表示用画像情報作成手段は、前記第1色及び第2色の表示用画像情報に加えて、
    前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第3色の表示用画像情報との関係を記憶する第3テーブルを用いて、前記第3色の表示用画像情報を作成することを特徴とする。
  4. 前記表示制御手段は、
    前記第1色の表示用画像情報を前記第1色チャンネルに割り当て、前記第2色の表示用画像情報を前記第2色チャンネルに割り当て、前記第3色の表示用画像情報を前記第3色チャンネルに割り当てることを特徴とする請求項記載の内視鏡システム。
  5. 前記第1色チャンネルは青色チャンネルであり、前記第2色チャンネルは緑色チャンネルであり、前記第3色チャンネルは赤色チャンネルであることを特徴とする請求項1ないしいずれか1項記載の内視鏡システム。
  6. 酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数とが略同じ等吸収波長域の波長成分を有する等吸収波長域の画像情報を取得する第4画像情報取得手段と、
    前記第1異吸収波長域の画像情報を前記等吸収波長域の画像情報で規格化して得られる第1規格化情報、又は前記第2異吸収波長域の画像情報を前記等吸収波長域の画像情報で規格化して得られる第2規格化情報の少なくとも一方を作成する規格化情報作成手段を有し、
    前記酸素飽和度の変化は、前記第1又は第2規格化情報の値の変化であることを特徴とする請求項1ないしいずれか1項記載の内視鏡システム。
  7. 前記等吸収波長域の画像情報は、前記第1異吸収波長域の画像情報と前記第2異吸収波長域の画像情報の合成により得られることを特徴とする請求項記載の内視鏡システム。
  8. 前記第1異吸収波長域は450〜500nmであり、前記第2異吸収波長域は415〜450nmであることを特徴とする請求項1ないしいずれか1項記載の内視鏡システム。
  9. 検体に照明光を照射するとともに、前記照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得し、前記照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得する内視鏡装置と組み合わせて使用される内視鏡システムのプロセッサ装置において、
    前記内視鏡装置から前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を受信する受信手段と、
    前記酸素飽和度の変化に合わせて前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、画素値調整後の前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報と、画素値調整後の前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報と、を作成する表示用画像情報作成手段と、
    前記表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御手段とを備え
    前記表示用画像情報作成手段は、
    前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第1テーブルを用いて、前記第1色の表示用画像情報を作成し、
    前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第2テーブルを用いて、前記第2色の表示用画像情報を作成することを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
  10. 第1画像情報取得手段が、照明光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい第1異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第1異吸収波長域の画像情報を取得するステップと、
    第2画像情報取得手段が、前記照明光のうち、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さい第2異吸収波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる画像データの画素値が、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、変化する第2異吸収波長域の画像情報を取得するステップと、
    表示用画像作成手段が、前記酸素飽和度の変化に合わせて前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報の画素値を調整するとともに、画素値調整後の前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第1色に色変換した第1色の表示用画像情報と、画素値調整後の前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報を第2色に色変換した第2色の表示用画像情報と、を作成するステップと、
    表示制御手段が、前記表示用画像情報を含む複数の画像情報を、表示手段の第1色チャンネルないし第3色チャンネルに割り当てる表示制御処理を行うステップとを有し、
    前記表示用画像作成手段が前記第1色の表示用画像情報と前記第2色の表示用画像情報とを作成するステップでは、
    前記表示用画像情報作成手段が、
    前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第1色の表示用画像情報との関係を記憶する第1テーブルを用いて、前記第1色の表示用画像情報を作成し、
    前記第1及び第2異吸収波長域の画像情報と、前記第2色の表示用画像情報との関係を記憶する第2テーブルを用いて、前記第2色の表示用画像情報を作成することを特徴とする内視鏡システムの作動方法
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