JP5774563B2 - 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

Description

本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度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。

現在の医療分野においては、内視鏡を使ったガン診断が広く行われている。この内視鏡のガンの診断においては、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画像を取得している。

例えば、特許文献１では、酸化ヘモグロビン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を照明光として用いることで、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化している。この画像化により得られる酸素飽和度画像上では、低酸素状態を示すガンなどの病変部位とそれ以外の高酸素状態を示す正常部位とが、異なる色で表示される。これにより、ガンの分布を酸素飽和度画像から直感的に把握することができる。

特開２０１２−１００８００号公報

特許文献１では、異吸収波長域の照明光を含む複数波長域の照明光の発光時に得られる複数の画像情報の各画素間の強度比と酸素飽和度との相関関係を、LUTなどのメモリに予め記憶させている。そして、実際に、内視鏡を挿入して体腔内の画像観察を行う際には、体腔内の撮像で順次得られる強度比に対応する酸素飽和度を、メモリに記憶させた相関関係から算出し、その算出された酸素飽和度に基づいて酸素飽和度画像を生成している。

この特許文献１では、複数波長域の照明光のうち、異吸収波長域の照明光について、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差が規定の値であることを前提として、強度比と酸素飽和度との相関関係を構築している。そのため、キセノンランプのように、経時変化によって発光スペクトルが変化する照明光源を使用した場合は、異吸収波長域の照明光における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差が、経時変化により規定値からズレてしまうことがある。また、温度変化により発光スペクトルが変化する蛍光体（例えば、青色励起光によって緑から赤の蛍光を発光する蛍光体）を含む照明光源を使用した場合にも、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差が、温度変化によって規定値からズレてしまうことがある。このように規定値からズレてしまうと、酸素飽和度を算出することができないおそれがある。

本発明は、経時変化、温度変化によって照明光の発光スペクトルが変化する場合であっても、酸素飽和度を正確に算出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、検体に対して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と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第１波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる第１画像情報と、第１波長域と異なる第２波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第２画像情報と、第１及び第２波長域と異なる第３波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第３画像情報とを取得する画像情報取得手段と、第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報の各画素間の第１強度比、及び第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報とは組み合わせが異なる２つの画像情報の各画素間の第２強度比を算出する強度比算出手段と、強度比算出手段で算出した第１強度比の平均値を第１平均強度比として求め、強度比算出手段で算出した第２強度比の平均値を第２平均強度比として求める平均強度比算出手段と、予め設定した第１強度比の初期強度比と、平均強度比算出手段で求めた第１平均強度比との第１ズレ量を算出し、且つ、予め設定した第２強度比の初期強度比と、平均強度比算出手段で求めた第２平均強度比との第２ズレ量を算出するズレ量算出手段と、第１強度比及び第２強度比からなる二次元空間上で定義され、第１強度比及び第２強度比と酸素飽和度とを対応付ける等高線を記憶する相関関係記憶部と、第１ズレ量又は第２ズレ量に基づいて、等高線をシフトすることにより、相関関係記憶部を更新する更新手段と、更新後の相関関係記憶部を参照して、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と、を備えることを特徴とする。

複数の画像情報は、第１画像情報と、第１波長域と異なる第２波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第２画像情報と、第１及び第２波長域と異なる第３波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第３画像情報を有し、酸素飽和度算出手段は、前記第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報の各画素間の第１強度比、及び前記第１ないし第３画像情報のうち前記２つの画像情報とは組み合わせが異なる２つの画像情報の各画素間の第２強度比と、前記酸素飽和度との相関関係を記憶する相関関係記憶部と、第１ないし第３画像情報及び前記相関関係を用いて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部とを有することが好ましい。

第１画像情報は、４５０〜５００nmの波長域を含む光が照射された検体を撮像素子で撮像して得られる狭帯域の第１画像データであり、第２画像情報は、５９０〜７００ｎｍの波長域を含む光が照射された検体を撮像素子で撮像して得られる第２画像データであり、第３画像情報は、５４０〜５８０ｎｍの波長域を含む光が照射された検体を撮像素子で撮像して得られる第３画像データであることが好ましい。

相関関係記憶部は、相関関係を複数個記憶し、変更手段は、スペクトル情報取得手段で取得した照明光のスペクトル情報に基づいて、複数の相関関係の中から１つの相関関係を選択することが好ましい。変更手段は、スペクトル情報取得手段で取得した照明光のスペクトル情報に基づいて、相関関係を更新することが好ましい。

照明光のスペクトル情報は、照明光のスペクトルの変化に関するスペクトル変化情報であることが好ましい。照明手段の累積点灯時間をスペクトル変化情報として用いることが好ましい。第１強度比又は第２強度比の少なくとも一方の強度比と予め定めた初期強度比とのズレ量を、スペクトル変化情報として用いることが好ましい。照明手段はキセノンランプを有することが好ましい。

本発明は、検体に対して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と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第１波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる第１画像情報と、第１波長域と異なる第２波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第２画像情報と、第１及び第２波長域と異なる第３波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第３画像情報とを取得する内視鏡に接続される内視鏡システムのプロセッサ装置において、第１ないし第３画像情報を受信する受信手段と、第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報の各画素間の第１強度比、及び第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報とは組み合わせが異なる２つの画像情報の各画素間の第２強度比を算出する強度比算出手段と、強度比算出手段で算出した第１強度比の平均値を第１平均強度比として求め、強度比算出手段で算出した第２強度比の平均値を第２平均強度比として求める平均強度比算出手段と、予め設定した第１強度比の初期強度比と、平均強度比算出手段で求めた第１平均強度比との第１ズレ量を算出し、且つ、予め設定した第２強度比の初期強度比と、平均強度比算出手段で求めた第２平均強度比との第２ズレ量を算出するズレ量算出手段と、第１強度比及び第２強度比からなる二次元空間上で定義され、第１強度比及び第２強度比と酸素飽和度とを対応付ける等高線を記憶する相関関係記憶部と、第１ズレ量又は第２ズレ量に基づいて、等高線をシフトすることにより、相関関係記憶部を更新する更新手段と、更新後の相関関係記憶部を参照して、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と、を備え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、照明手段が、照明光を発するステップと、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と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第１波長域を含む光で照明中の検体を撮像して得られる第１画像情報と、第１波長域と異なる第２波長域の光で照明中の検体を撮像して得られる第２画像情報と、第１及び第２波長域と異なる第３波長域の光で照明中の検体を撮像して得られる第３画像情報とを取得するステップと、強度比算出手段が、第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報の各画素間の第１強度比、及び第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報とは組み合わせが異なる２つの画像情報の各画素間の第２強度比を算出するステップと、平均強度比算出手段が、強度比算出手段で算出した第１強度比の平均値を第１平均強度比として求め、強度比算出手段で算出した第２強度比の平均値を第２平均強度比として求めるステップと、ズレ量算出手段が、予め設定した第１強度比の初期強度比と、平均強度比算出手段で求めた第１平均強度比との第１ズレ量を算出し、且つ、予め設定した第２強度比の初期強度比と、平均強度比算出手段で求めた第２平均強度比との第２ズレ量を算出するステップと、更新手段が、第１強度比及び第２強度比からなる二次元空間上で定義され、第１強度比及び第２強度比と酸素飽和度とを対応付ける等高線を記憶する相関関係記憶部を更新するステップであって、第１ズレ量又は第２ズレ量に基づいて、等高線をシフトすることにより、相関関係記憶部を更新するステップと、酸素飽和度算出手段が、更新後の相関関係記憶部を参照して、酸素飽和度を算出するステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、照明光のスペクトル情報に基づいて、酸素飽和度の算出方法を変更しているため、経時変化、温度変化によって照明光の発光スペクトルが変化した場合であっても、酸素飽和度を正確に算出することができる。

内視鏡システムの外観を表す図である。 内視鏡システムの内部構成を示す図である。 キセノンランプの発光スペクトルを示すグラフである。 回転フィルタを示す図である。 測定用フィルタ、Ｂフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタの分光透過特性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説明するための図である。 酸素飽和度モードにおける撮像素子の動作を説明するための図である。 第１実施形態における画像処理部の内部構成を示す図である。 強度比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２と酸素飽和度との相関関係を表すグラフである。 第１及び第２相関関係における等高線の間隔Ｘ１〜Ｘ５を列挙した表である。 ３５０〜８００nmの波長域における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の分布を示すグラフである。 強度比Ｂ１^＊／Ｇ２^＊、Ｒ２^＊／Ｇ２^＊に対応する酸素飽和度の算出方法を説明するためのグラフである。 青色画像データＢ２、緑色画像データＧ２、赤色画像データＲ２とゲインとの関係を示すグラフである。 キセノンランプの点灯から、酸素飽和度モードを経て、キセノンランプの消灯に至るまでの一連の流れを表したフローチャートである。 第２実施形態における画像処理部の内部構成を示す図である。 キセノンランプの累積点灯時間Ｔによって定義される等高線の間隔Ｘ１〜Ｘ５を列挙した表である。 初期強度比とのズレ量に基づいて、等高線全体をシフトさせること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、被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からの光を被検体の被観察領域に照射し、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、被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被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をその半径方向にシフトさせるシフト部３４を備えている。

白色光源３０は、光源本体３０ａと、赤外線カットフィルタ３０ｂと、絞り３０ｃとを備えている。光源本体３０ａはキセノンランプで構成され、図３に示すように、広帯域光ＢＢを発光する。この広帯域光ＢＢは、光源本体３０ａの発光特性が経時変化することで、発光スペクトルに変化が生じるようになる。即ち、キセノンランプの累積点灯時間が長くなるほど、広帯域光ＢＢの発光スペクトルの変化が大きくなる。したがって、キセノンランプの累積点灯時間と広帯域光BBの発光スペクトルの変化とは相関関係があるため、第１実施形態では、キセノンランプの累積点灯時間を、広帯域光BBの発光スペクトルの変化に関するスペクトル変化情報として用いる。

光源本体３０ａは、ランプボタン３５のＯＮ・ＯＦＦ操作によって、点灯または消灯する。このランプボタン３５は、光源装置１１内に設けられたタイマー３６に接続されている。タイマー３６は、ランプボタン３５が操作される毎に、ランプボタン３５のＯＮ時間を計測することによって光源本体３０ａの累積点灯時間Ｔを計測する。このタイマー３６で計測された累積点灯時間Ｔのデータは、プロセッサ装置１３に送信される。

赤外線カットフィルタ３０ｂは、光源本体３０ａと絞り３０ｃとの間に設けられ、広帯域光ＢＢのうち、７２０nm以下の波長域の光を透過させる一方で、７２０nmを超える波長域の光をカットする（図３参照）。絞り３０ｃ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。なお、光源本体３０ａは、経時的に発光スペクトルが変化する光源であれば、キセノンランプに限る必要はなく、また、温度変化により蛍光の発光スペクトルが変化する蛍光体を含む照明光源でもよい。例えば、青色励起光によって緑から赤の蛍光を発光する蛍光体を含む照明光源の場合であれば、青色励起光と蛍光とを含む広帯域光ＢＢが発せられる。

図４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５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４０及び光ファイバ４１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は、測定用フィルタ部３９ａ（図４では「測定用」と記載）、Bフィルタ部３９ｂ、Ｇフィルタ部３９ｃ、Ｒフィルタ部３９ｄが設けられている。測定用フィルタ部３９ａは広帯域光ＢＢのうち、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数に差（図１０参照）がある波長範囲４５０〜５００nmの酸素飽和度測定光を透過させる。また、Bフィルタ部３９ｂ、Ｇフィルタ部３９ｃ，Ｒフィルタ部３９ｄは、上記Ｂ、Ｇ、Ｒフィルタ部３８ａ、３８ｂ、３８ｃと同様の透過特性を有している。したがって、Ｂ、Ｇ、Ｒフィルタ部３９ｂ、３９ｃ、３９ｄも、それぞれ、広帯域光ＢＢのうち、上記と同様のＢ光、Ｇ光、Ｒ光を透過させる。以上から、回転フィルタ３１の回転によって、酸素飽和度測定光、Ｂ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４０及び光ファイバ４１を通して、ライドガイド２８，２９に順次入射する。

図２に示すように、内視鏡装置１２は電子内視鏡から構成され、ライトガイド２８，２９で導光された２系統（２灯）の光を被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１系統の撮像部４１とを備えている。

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を通して被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、対物レンズユニット（図示省略）を通して受光する１つの観察窓４２を備えている。

観察窓４２奥には、被検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット（図示省略）等の光学系が設けられており、さらにその対物レンズユニットの奥には、被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は各画素にカラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像素子であり、対物レンズユニットからの光を受光面（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。通常モードにおいては、図６Ａに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三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、繰り返される。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、酸素飽和度モードにおいては、図６Ｂに示すように、酸素飽和度測定光、Ｂ光、Ｇ光、R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G２、赤色信号R２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、繰り返される。そして、これら青色信号B１、青色信号B２、緑色信号G２、赤色信号R２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G２、赤色画像データR２が得られる。

図２に示すように、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７に示すように、画像処理部７２は、通常画像処理部８０、酸素飽和度画像処理部８２を備えている。通常画像処理部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を、それぞれ表示装置１４のBチャンネル、Gチャンネル、Rチャンネルに割り当てる処理を行う。これにより、表示装置１４上に、通常画像が表示される。

酸素飽和度画像処理部８２は、強度比算出部８３と、相関関係記憶部８４と、相関関係選択部８５と、酸素飽和度算出部８６と、画像生成部８７とを備えている。強度比算出部８３は、酸素飽和度モード時に取得した画像データのうち、青色画像データＢ１と緑色画像データＧ２の強度比Ｂ１／Ｇ２と、緑色画像データＧ２と赤色画像データＲ２の強度比Ｒ２／Ｇ２とを求める。強度比算出部８３では、画像データ間で同じ位置にある画素間の強度比を算出し、また、強度比は画像データの全ての画素に対して算出される。なお、強度比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。

相関関係記憶部８４は、強度比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２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８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。なお、強度比Ｂ１／Ｇ２，Ｒ２／Ｇ２はlogスケールで記憶されている。

また、各等高線の間隔Ｘ１〜Ｘ５は、酸素飽和度測定光の波長域における酸化、還元ヘモグロビン吸光係数の差に応じて変わるように定義されている。本実施形態では、経時変化により発光スペクトルが変化するキセノンランプの光を、酸素飽和度測定光として使用しているため、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差も、キセノンランプの経時変化によって変化する。この経時変化に対応させるため、相関関係記憶部８４には、累積点灯時間が一定時間未満で、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差が予め定めた一定の範囲内に収まっている場合の第１相関関係８４ａと、累積点灯時間が一定時間を超えている場合で、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差が予め定めた一定の範囲から外れた場合の第２相関関係８４ｂとを記憶している。

図９に示すように、第１相関関係８４ａにおいては、酸素飽和度０％の等高線８８ａと酸素飽和度２０％の等高線８８ｂの間隔Ｘ１はａとして、酸素飽和度２０％の等高線８８ｂと酸素飽和度４０％の等高線８８ｃの間隔Ｘ２はｂとして、酸素飽和度４０％の等高線８８ｃと酸素飽和度６０％の等高線８８ｄの間隔Ｘ３はｃとして、酸素飽和度６０％の等高線８８ｄと酸素飽和度８０％の等高線８８ｅの間隔Ｘ４はｄとして、酸素飽和度８０％の等高線８８ｅと酸素飽和度１００％の等高線８８ｆの間隔Ｘ５はｅとして、定められている。一方、第２相関関係８４ｂにおいては、等高線の間隔Ｘ１はａと異なるｆとして、等高線の間隔Ｘ２はｂと異なるｇとして、等高線の間隔Ｘ３はｃと異なるｈとして、等高線の間隔Ｘ４はｄと異なるｉとして、等高線の間隔Ｘ５はｅと異なるｊとして定められている。なお、ａ〜ｊは、いずれも定数である。

上記第１及び第２相関関係８４ａ，８４ｂは、図１０に示すような酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。ここで、曲線９０は酸化ヘモグロビンの吸光係数を、曲線９１は還元ヘモグロビンの吸光係数を示している。例えば、４７３ｎｍのように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の光に対応する信号を含む青色画像データＢ１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、青色画像データＢ１に加え、主として血液量に依存して変化する赤色画像データＲ２と、青色画像データＢ２と赤色画像データＲ２のリファレンス画像（規格化用画像データ）となる緑色画像データＧ２から得られる強度比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２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。

また、４７０〜７００ｎｍの波長範囲の光は、粘膜組織内での散乱係数が小さく、かつ波長依存性が小さいという性質がある。このため、この波長範囲の光を照明光として用いることによって、血管の深さの影響を低減しつつ、血液量および酸素飽和度の情報を含む血液情報を得ることができる。以上から、青色画像データには４５０〜５００nmの波長域の成分を有していることが好ましく、緑色画像データには５４０〜５８０nmの波長域の成分を有していることが好ましく、赤色画像データには５９０〜７００nmの波長域の成分を有していることが好ましい。

なお、相関関係記憶部８４には、強度比Ｒ２／Ｇ２と血液量との相関関係についても記憶させてもよい。この相関関係は、強度比Ｒ２／Ｇ２が大きくなればなるほど血液量も大きくなるように定義される１次元テーブルとして記憶されている。この強度比Ｒ２／Ｇ２と血液量の相関関係は血液量の算出時に用いられる。

相関関係選択部８５は、相関関係記憶部８４に記憶した第１及び第２相関関係のうちいずれか一方を、酸素飽和度算出部８６で使用する相関関係として選択する。この相関関係選択部８５では、光源装置１１のタイマー３６で計測した累積点灯時間Ｔが一定時間未満の場合に、第１相関関係を、酸素飽和度算出部８６で使用する相関関係として選択する。一方、累積点灯時間Ｔが一定時間を超えている場合に、第２相関関係を、酸素飽和度算出部８６で使用する相関関係として選択する。

酸素飽和度算出部８６は、相関関係選択部８５で選択された相関関係と強度比算出部８３で求めた強度比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２とを用いて、各画素における酸素飽和度を求める。なお、以下の説明においては、酸素飽和度の算出に使用する青色画像データB１、緑色画像データG２、赤色画像データR２の所定画素の輝度値を、それぞれＢ１^＊、Ｇ２^＊、Ｒ２^＊する。これに伴い、各画素における強度比は、Ｂ１^＊／Ｇ２^＊、Ｒ２^＊／Ｇ２^＊となる。

酸素飽和度算出部８６は、図１１に示すように、相関関係記憶部８４に記憶した相関関係から、強度比Ｂ１^＊／Ｇ２^＊、Ｒ２^＊／Ｇ２^＊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％限界の等高線８８ａと酸素飽和度＝１００％限界の等高線８８ｆ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１１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、対応点が等高線８８ａと等高線８８ｆとの間から外れている場合、対応点が等高線８８ａよりも上方に位置するときには酸素飽和度を０％とし、対応点が等高線８８ｆ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、対応点が等高線８８ａと等高線８８ｆ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表示装置１４上に表示しないようにしてもよい。

画像生成部８７は、酸素飽和度算出部８６で算出した酸素飽和度と、酸素飽和度モード時に得られた青色画像データＢ２、緑色画像データＧ２、赤色画像データＲ２とを用いて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する。この画像生成部８７では、青色画像データ、緑色画像データ、赤色画像データＲ２に対して、酸素飽和度に応じたゲインが施される。

図１２に示すように、酸素飽和度が６０％以上の場合には、青色画像データＢ２、緑色画像データＧ２、赤色画像データＲ２のいずれも、同じゲイン「１」が施される。これに対して、酸素飽和度が６０％未満の場合は、青色画像データＢ２に対して「１」未満のゲインが施される一方で、緑色画像データＧ２、赤色画像データＲ２に対しては「１」を超えるゲインが施される。このゲイン処理後の青色画像データＢ２´、緑色画像データＧ２´、赤色画像データＲ２´が表示装置１４のＢ、Ｇ、Ｒチャンネルにそれぞれ割り当てられる。

これにより、表示装置１４には酸素飽和度画像が表示される。以上のようにゲイン処理することで、酸素飽和度画像上においては、高酸素の領域は通常画像の色で表示されるのに対して、酸素飽和度が一定値を下回る低酸素の領域では疑似カラーで表示される。なお、画像生成部８７では、通常画像上で低酸素の領域のみ疑似カラーで表示したが、低酸素領域だけでなく高酸素の領域（６０〜１００％）も疑似カラーで表示してもよい。

次に、酸素飽和度モードにおける一連の流れを、図１３のフローチャートに沿って説明する。ランプボタン３５をＯＮにすると、キセノンランプである光源本体３０ａが点灯するとともに、タイマー３６が累積点灯時間Ｔの計測を開始する。そして、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。これにより、酸素飽和度測定光、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光が順次検体に照射され、各照射毎に検体がモノクロの撮像素子６０で撮像される。また、タイマー３６で計測した累積点灯時間Ｔが一定時間未満である場合には、第１相関関係を、酸素飽和度の算出に用いる相関関係として選択する。一方、累積点灯時間Ｔが一定時間を超えている場合には、第２相関関係を、酸素飽和度の算出に用いる相関関係として選択する。

次に、検体内の撮像で得られた画像データのうち、青色画像データB１及び緑色画像データG２間の強度比Ｂ１／Ｇ２、赤色画像データR２及び緑色画像データＧ２間の強度比Ｒ２／Ｇ２を、画素毎に算出する。そして、これら２つの強度比と、累積点灯時間Ｔに基づいて選択した相関関係とから、各画素毎に酸素飽和度を算出する。そして、算出した酸素飽和度と、青色画像データＢ２、緑色画像データＧ２、赤色画像データＲ２とに基づいて、酸素飽和度画像を表示装置１４に表示する。酸素飽和度測定光等の照明から酸素飽和度画像の表示までの一連のフローは、酸素飽和度モードが継続している限り、繰り返し行われる。そして、内視鏡診断が終了したときに、ランプボタン３５をＯＦＦにする。これに伴って、光源本体３０ａが消灯するとともに、タイマー３６による累積点灯時間Ｔの計測が停止する。

上記第１実施形態では、酸素飽和度の算出に際して、キセノンランプの累積点灯時間に応じて、２つの相関関係を使い分けたが、第２実施形態では、キセノンランプの累積点灯時間に基づいて等高線の間隔Ｘ１〜Ｘ５を変更することによって、相関関係を更新する。その他については、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

第２実施形態では、図１４に示すように、第１実施形態の酸素飽和度画像処理部８２に代えて、酸素飽和度画像処理部１００が用いられる。この酸素飽和度画像処理部１００では、上記第１実施形態と異なり、相関関係記憶部８４に１つの相関関係のみが記憶されている。また、相関関係選択部８５の代わりに、相関関係更新部１０１が設けられている。その他については、第１実施形態の酸素飽和度画像処理部８２と同様である。

相関関係更新部１０１には、タイマー３６で計測されたキセノンランプの累積点灯時間Ｔと記憶部７４にインストールされた相関関係更新プログラムに基づいて、相関関係記憶部８４に記憶された相関関係を更新する。相関関係更新プログラムでは、等高線の間隔Ｘ１〜Ｘ５が累積点灯時間Ｔに応じて変化するようにプログラミングされている。即ち、図１５に示すように、Ｘ１〜Ｘ５は、累積点灯時間によって変化するａ（Ｔ）〜ｅ（Ｔ）で定義されている。そして、第２実施形態の酸素飽和度算出部８６では、相関関係更新部１０１で更新された相関関係と強度比算出部８４で求めた強度比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２とを用いて、各画素における酸素飽和度を求める。

なお、上記第１及び第２実施形態では、広帯域光BBの発光スペクトルの変化に関するスペクトル変化情報として、キセノンランプの累積点灯時間を用いたが、その他の情報を用いてもよい。例えば、酸素飽和度の作成に使用する青色画像データB1、緑色画像データG２、赤色画像データR２の画素強度値のバランスは、キセノンランプの経年変化とともに、ゆるやかに変化する。これに伴い、強度比B１／G２、R２／G２についても、初期設定した初期強度比から徐々にズレるようになる。したがって、この強度比のズレ量Δと広帯域光BBの発光スペクトルの変化とは相関関係があるため、強度比のズレ量Δを、広帯域光BBの発光スペクトルの変化に関するスペクトル変化情報として用いることができる。

ズレ量Δをスペクトル変化情報として用いる内視鏡システム１０には、ズレ量Δを測定するとともに、このズレ量に基づいて相関関係を更新する測色モードが設けられている。入力装置１５を操作して測色モードを開始させると、酸素飽和度モード時と同様の処理が行われて、酸素飽和度画像１フレーム分の強度比B１／G２、R２／G２が得られる。そして、これら強度比の平均値を求めることによって、平均強度比B１／G２、R２／G２を得る。

そして、予め設定した初期強度比（B１／G２）_0と平均強度比B１／G２とのズレ量ΔB/Gを算出するとともに、初期強度比（R２／G２）_0と平均強度比R２／G２とのズレ量ΔR/Gを算出する。そして、このズレ量ΔB/G、ΔR/Gに基づいて、初期強度比とのズレが無くなる方向に、等高線８８a〜８８ｆ全体からなる等高線群をシフトさせる。例えば、ズレ量ΔB/Gが「正」の場合であれば、図１６に示すように、縦軸に関して「負」の方向、即ち「下方」に、等高線８８a〜８８ｆ全体からなる等高線群１２０をシフトさせる。これにより測色モードが完了する。この後の酸素飽和度モードにおいては、等高線群１２０をシフトした後の相関関係に基づいて、酸素飽和度が算出される。

なお、ズレ量ΔB/G、ΔR/Gに基づいて等高線群をシフトさせたが、これに代えて又は加えて、第１及び第２実施形態のように、ズレ量ΔB/G、ΔR/Gに基づいて等高線の間隔X１〜X５の調整を行ってもよい。また、キセノンランプに代えて、蛍光体を含む照明光源を使用する場合においても、上述の初期設定の強度比からのズレ量Δをスペクトル変化情報として用いて、酸素飽和度の算出方法の変更（例えば、上記第１実施形態のように、「複数の相関関係からスペクトル変化情報に適した相関関係を選択」するか、または上記第２実施形態のように「等高線の間隔を調整して相関関係を更新」する）を行ってもよい。

なお、上記第１及び第２実施形態では、酸素飽和度測定光、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光を順次照射し、その反射像をモノクロの撮像素子で順次撮像する面順次方式で検体内の照明及び撮像を行ったが、これに代えて、広帯域光ＢＢで照明された検体をカラーの撮像素子で撮像する同時方式で行ってもよい。この同時方式で検体内の照明及び撮像を行う場合には、例えば、中心波長４７３nmの青色励起光及びこの青色励起光を蛍光体で波長変換した緑〜赤の蛍光を含む広帯域光ＢＢを検体内に照射する。この広帯域光ＢＢには、４５０〜５００nmの波長域の光、５４０〜７００nmの波長域の光が多く含まれている。そして、広帯域光が照射された検体の反射像を、Ｂ色のカラーフィルタが設けられたＢ画素、Ｇ色のカラーフィルタが設けられたＧ画素、Ｒ色のカラーフィルタが設けられたＲ画素からなるカラー撮像素子で撮像する。

このカラー撮像素子による検体内の撮像で、青色画像データ、緑色画像データ、赤色画像データの３色の画像データが得られる。青色画像データには４５０〜５００nmの波長成分が含まれ、緑色画像データには５４０〜５８０nmの波長成分が含まれ、赤色画像データには５９０〜７００nmの波長成分が含まれている。そして、青色画像データと緑色画像データとの強度比Ｂ／Ｇ、赤色画像データと緑色画像データの強度比Ｒ／Ｇに基づいて、酸素飽和度を算出する。なお、強度比Ｂ／Ｇは上記第１及び第２実施形態のＢ１／Ｇ２に対応し、強度比Ｒ／Ｇは上記第１及び第２実施形態のＲ２／Ｇ２に対応している。

なお、上記実施形態では、３波長分の画像データ（青色画像データB１、緑色画像データG２、赤色画像データR2）から得られる強度比B１／G２、R２／G２に基づいて酸素飽和度の算出を行ったが、これに代えて、２波長分の画像データ（青色画像データB１、緑色画像データG２）から得られる強度比B１／G２のみで酸素飽和度の算出を行ってもよい。

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。

１０ 内視鏡システム
１３ プロセッサ装置
３６ タイマー
７２ 画像処理部
８４ 相関関係記憶部
８５ 相関関係選択部
８６ 酸素飽和度算出部
１０１ 相関関係更新部

Claims (5)

1. 検体に対して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と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第１波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる第１画像情報と、前記第１波長域と異なる第２波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第２画像情報と、前記第１及び第２波長域と異なる第３波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第３画像情報とを取得する画像情報取得手段と、
   前記第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報の各画素間の第１強度比、及び前記第１ないし第３画像情報のうち前記２つの画像情報とは組み合わせが異なる２つの画像情報の各画素間の第２強度比を算出する強度比算出手段と、
   前記強度比算出手段で算出した第１強度比の平均値を第１平均強度比として求め、前記強度比算出手段で算出した第２強度比の平均値を第２平均強度比として求める平均強度比算出手段と、
   予め設定した第１強度比の初期強度比と、前記平均強度比算出手段で求めた第１平均強度比との第１ズレ量を算出し、且つ、予め設定した第２強度比の初期強度比と、前記平均強度比算出手段で求めた第２平均強度比との第２ズレ量を算出するズレ量算出手段と、
   前記第１強度比及び前記第２強度比からなる二次元空間上で定義され、前記第１強度比及び前記第２強度比と酸素飽和度とを対応付ける等高線を記憶する相関関係記憶部と、
   前記第１ズレ量又は前記第２ズレ量に基づいて、前記等高線をシフトすることにより、前記相関関係記憶部を更新する更新手段と、
   更新後の相関関係記憶部を参照して、前記酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と、
   を備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記第１画像情報は、４５０〜５００nmの波長域を含む光が照射された前記検体を撮像素子で撮像して得られる狭帯域の第１画像データであり、前記第２画像情報は、５９０〜７００ｎｍの波長域を含む光が照射された前記検体を撮像素子で撮像して得られる第２画像データであり、前記第３画像情報は、５４０〜５８０ｎｍの波長域を含む光が照射された前記検体を撮像素子で撮像して得られる第３画像データであることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記照明手段はキセノンランプを有す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. 検体に対して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と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第１波長域を含む光で照明された検体を撮像して得られる第１画像情報と、前記第１波長域と異なる第２波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第２画像情報と、前記第１及び第２波長域と異なる第３波長域の光で照明された検体を撮像して得られる第３画像情報とを取得する内視鏡に接続される内視鏡システムのプロセッサ装置において、
   前記第１ないし第３画像情報を受信する受信手段と、
   前記第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報の各画素間の第１強度比、及び前記第１ないし第３画像情報のうち前記２つの画像情報とは組み合わせが異なる２つの画像情報の各画素間の第２強度比を算出する強度比算出手段と、
   前記強度比算出手段で算出した第１強度比の平均値を第１平均強度比として求め、前記強度比算出手段で算出した第２強度比の平均値を第２平均強度比として求める平均強度比算出手段と、
   予め設定した第１強度比の初期強度比と、前記平均強度比算出手段で求めた第１平均強度比との第１ズレ量を算出し、且つ、予め設定した第２強度比の初期強度比と、前記平均強度比算出手段で求めた第２平均強度比との第２ズレ量を算出するズレ量算出手段と、
   前記第１強度比及び前記第２強度比からなる二次元空間上で定義され、前記第１強度比及び前記第２強度比と酸素飽和度とを対応付ける等高線を記憶する相関関係記憶部と、
   前記第１ズレ量又は前記第２ズレ量に基づいて、前記等高線をシフトすることにより、前記相関関係記憶部を更新する更新手段と、
   更新後の相関関係記憶部を参照して、前記酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と、
   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。
5. 照明手段が、照明光を発するステップと、
   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と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第１波長域を含む光で照明中の検体を撮像して得られる第１画像情報と、前記第１波長域と異なる第２波長域の光で照明中の検体を撮像して得られる第２画像情報と、前記第１及び第２波長域と異なる第３波長域の光で照明中の検体を撮像して得られる第３画像情報とを取得するステップと、
   強度比算出手段が、前記第１ないし第３画像情報のうち２つの画像情報の各画素間の第１強度比、及び前記第１ないし第３画像情報のうち前記２つの画像情報とは組み合わせが異なる２つの画像情報の各画素間の第２強度比を算出するステップと、
   平均強度比算出手段が、前記強度比算出手段で算出した第１強度比の平均値を第１平均強度比として求め、前記強度比算出手段で算出した第２強度比の平均値を第２平均強度比として求めるステップと、
   ズレ量算出手段が、予め設定した第１強度比の初期強度比と、前記平均強度比算出手段で求めた第１平均強度比との第１ズレ量を算出し、且つ、予め設定した第２強度比の初期強度比と、前記平均強度比算出手段で求めた第２平均強度比との第２ズレ量を算出するステップと、
   更新手段が、前記第１強度比及び前記第２強度比からなる二次元空間上で定義され、前記第１強度比及び前記第２強度比と酸素飽和度とを対応付ける等高線を記憶する相関関係記憶部を更新するステップであって、前記第１ズレ量又は前記第２ズレ量に基づいて、前記等高線をシフトすることにより、前記相関関係記憶部を更新するステップと、
   酸素飽和度算出手段が、更新後の相関関係記憶部を参照して、前記酸素飽和度を算出するステップと、
   を有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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