WO2018043727A1 - 内視鏡システム - Google Patents

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hemoglobin
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雅明 福田
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Hoya株式会社
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    • G02B23/2407Optical details
    • G02B23/2461Illumination

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope system that displays an image of biological information in a biological tissue based on image data generated by imaging the biological tissue.
  • An endoscope system described in Patent Literature 1 includes a photographing unit that captures a spectral image in a predetermined wavelength region in a body cavity to obtain spectral image data, and performs a predetermined process on the spectral image data to obtain a feature amount of biological tissue.
  • a processing unit that generates composite image data in which oxygen saturation is emphasized, and a display unit that performs screen display based on the composite image data are provided.
  • the endoscope system can display the composite image as an image for identifying the lesioned part distinguishing from the healthy part.
  • a biological tissue is illuminated and imaged at a time interval with a plurality of light beams having different narrow wavelength bands to obtain a spectral image.
  • the position of the image of the living tissue is shifted between the different spectral images.
  • the region showing the abnormal value of the oxygen saturation due to the positional deviation of the image of the biological tissue in the composite image is reduced.
  • This problem is not limited to spectroscopic images, and a plurality of light beams having different wavelength bands are illuminated with a time interval, and color image data of three colors R (red), G (green), and B (blue) are used. This is a problem that may occur even when acquiring color image data of the configured biological tissue.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and when displaying an oxygen saturation distribution image showing a distribution of oxygen saturation of hemoglobin using image data of a biological tissue, the positional deviation of the image of the biological tissue is detected.
  • An object of the present invention is to provide an endoscope system that can display an image without making an abnormal value in an oxygen saturation distribution image caused by the image inconspicuous.
  • the endoscope system of the present invention has the following forms.
  • (Form 1) A light source device configured to emit at least two lights having different wavelength bands;
  • An imaging unit including an imaging element configured to generate color image data of an image of the biological tissue corresponding to each light by imaging the biological tissue respectively illuminated with at least two of the lights With a scope,
  • a feature amount configured to calculate the amount of hemoglobin and the oxygen saturation of the hemoglobin in the biological tissue using the components of the color image data, and generate an oxygen saturation distribution image indicating the distribution of the oxygen saturation
  • a processor including an acquisition unit, and an image display control unit configured to control a display form of the oxygen saturation distribution image;
  • a display configured to superimpose and display the oxygen saturation distribution image on the image of the biological tissue imaged by the imaging unit,
  • the feature amount acquisition unit uses a hemoglobin amount calculation unit configured to calculate the amount of the hemoglobin based on a first ratio obtained using the color image data component, and the color image data component.
  • An oxygen saturation calculator configured to calculate the oxygen saturation of the hemoglobin based on the second ratio obtained and the amount of the hemoglobin or the first ratio,
  • the image display control unit adjusts the transmittance of the pixel to be superimposed on the image of the biological tissue for a pixel whose second ratio value is outside the allowable range of the second ratio determined according to the amount of the hemoglobin.
  • An endoscope system characterized by being configured to do so.
  • the light source device is different from the first light in the first wavelength band, the second light in the second wavelength band different from the first wavelength band, and the first wavelength band and the second wavelength band. Configured to emit at least three or more lights including the third light in the third wavelength band, The imaging unit captures first color image data corresponding to the first light by imaging a living tissue illuminated with the first light, the second light, and the third light, respectively.
  • the first ratio is a ratio of one component of the first color image data and one component of the second color image data;
  • the first wavelength band is wider than the second wavelength band and the third wavelength band, and the second wavelength band is wider than the third wavelength band,
  • the first wavelength band includes the wavelength band in which one of the components of the first color image data includes a wavelength band that is not sensitive to a change in the amount of hemoglobin in the living tissue. Endoscopy system.
  • one of the components of the second color image data is sensitive to changes in the amount of hemoglobin in the living tissue, but not sensitive to changes in the oxygen saturation.
  • the first ratio is a ratio between the luminance component of the second color image data and the R component of the first color image data or the total component of the R component and the G component.
  • the second wavelength band is in a range of 500 nm to 600 nm;
  • the third wavelength band is a narrower wavelength band than the second wavelength band in the second wavelength band;
  • the second light is an optical filter, which is the filtered light of the first light that transmits the light component in the second wavelength band, and the third light is an optical filter, and the third light.
  • the endoscope system according to any one of Embodiments 2 to 6, which is the filtered light of the first light that transmits the light component in the wavelength band.
  • the light source device includes: a first light including a light component in a fourth wavelength band and a light component in a fifth wavelength band different from the fourth wavelength band; and the fourth wavelength band and the fifth wavelength. Configured to emit third light in a third wavelength band different from the band;
  • the imaging unit captures the first color image data corresponding to the first light and the third light by imaging the living tissue illuminated with the first light and the third light, respectively. Configured to generate corresponding third color image data;
  • the first ratio is a ratio obtained from the ratio of corresponding components of the first color image data corresponding to each of the fourth wavelength band and the fifth wavelength band from the first color image data.
  • the endoscope system according to aspect 1, wherein the second ratio is a ratio between one of the corresponding components and one component of the third color image data.
  • a corresponding component corresponding to the fifth wavelength band among the corresponding components is sensitive to a change in the amount of hemoglobin in the living tissue, but is not sensitive to a change in the oxygen saturation.
  • the third wavelength band includes any one of modes 2 to 9, including a wavelength band in which one of the components of the third color image data has sensitivity to the change in the oxygen saturation.
  • a light source device configured to emit light including at least three light components having different wavelength bands;
  • An endoscope including an imaging unit including an imaging element configured to generate color image data by imaging the biological tissue illuminated with the light; Using the corresponding component of the color image data corresponding to each wavelength band of the light component, the amount of hemoglobin in the living tissue and the oxygen saturation of the hemoglobin are calculated, and the oxygen saturation indicating the distribution of the oxygen saturation
  • a processor including a feature amount acquisition unit that generates a distribution image, and an image display control unit that controls a display form of the oxygen saturation distribution image;
  • a display that superimposes and displays the oxygen saturation distribution image on the image of the biological tissue imaged by the imaging unit,
  • the feature amount acquisition unit calculates a hemoglobin amount based on a first ratio obtained using the corresponding component, a second ratio obtained using the corresponding component, and the hemoglobin amount Alternatively, an oxygen saturation calculation unit that calculates oxygen saturation of the hemoglobin based on the first ratio,
  • the image display control unit adjusts the
  • (A)-(c) is a figure explaining an example of the position shift of the image of the biological tissue imaged by illuminating with each light.
  • (A)-(d) is a figure explaining an example of the position shift of the image of the biological tissue imaged by illuminating with each light. It is a figure explaining formation of the artifact of oxygen saturation Sat which arises by position shift of the image of the living tissue imaged with the imaging part.
  • (A) is a figure explaining an example of the adjustment of the transmittance
  • (b) is a figure explaining the gradation of the conventional pixel.
  • An endoscope system quantitatively determines the amount of hemoglobin and oxygen saturation in a biological tissue based on a plurality of color image data obtained by illuminating the biological tissue as a subject with light having different wavelength bands.
  • This is a system that calculates the oxygen saturation distribution image and displays it.
  • the present invention is not limited to an embodiment that obtains a plurality of color image data obtained by illuminating a living tissue with a plurality of lights having different wavelength bands.
  • the amount of hemoglobin and oxygen saturation in a living tissue is quantified based on one color image data obtained by illuminating the living tissue with a single light containing a light component in a desired wavelength band.
  • the oxygen saturation distribution image can be displayed by calculating automatically.
  • the imaging device captures the biological tissue illuminated by at least two lights having different wavelength bands emitted from the light source device, and the imaging device captures the biological tissue corresponding to each light.
  • the processor calculates the amount of hemoglobin and oxygen saturation of hemoglobin in the living tissue using the components of the generated color image data. Specifically, the processor calculates the amount of hemoglobin based on a first ratio described later obtained using the components of the color image data, and further, a second ratio described later obtained using the components of the color image data. And the calculated amount of hemoglobin, the oxygen saturation of hemoglobin is calculated, and an oxygen saturation distribution image showing the distribution of oxygen saturation is generated.
  • the processor controls the display form of the image so that the generated oxygen saturation distribution image is displayed on the display so as to be superimposed on the image of the biological tissue imaged by the imaging device.
  • the transmittance of the pixel to be displayed superimposed on the image of the living tissue is set. adjust.
  • the transmittance (degree of transmission) of the pixel of the oxygen saturation distribution image that falls outside the allowable range of the second ratio is adjusted, the oxygen saturation caused by the positional deviation of the image of the living tissue.
  • the oxygen saturation distribution image can be displayed without making the abnormal value in the degree distribution image inconspicuous.
  • the oxygen saturation is calculated based on the second ratio and the calculated amount of hemoglobin.
  • the oxygen saturation is calculated because the amount of hemoglobin is calculated based on the first ratio. It also includes that the degree of saturation is calculated based on the second ratio and the first ratio.
  • a pixel in which the transmittance of a pixel outside the allowable range is adjusted to be greater than 0% and equal to or less than 100% is referred to as a transmissive pixel. Therefore, the transmission pixel ranges from a pixel with a transmittance of 100% where the image of the superimposed underlying biological tissue is completely transparent to a pixel with a transmittance of several percent where the image of the superimposed underlying biological tissue is only slightly visible. It includes pixels with various transmittances.
  • an embodiment will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an endoscope system 1 according to an embodiment.
  • the endoscope system 1 includes an electronic endoscope (endoscope) 100, a processor 200, a display 300, and a light source device 400.
  • the electronic endoscope 100 and the display 300 are detachably connected to the processor 200.
  • the processor 200 includes an image processing unit 500.
  • the light source device 400 is detachably connected to the processor 200.
  • the light source device 400 may be incorporated in the housing of the processor 200.
  • the electronic endoscope 100 has an insertion tube 110 that is inserted into the body of a subject. Inside the insertion tube 110, a light guide 131 extending over substantially the entire length of the insertion tube 110 is provided.
  • the distal end portion 131 a that is one end portion of the light guide 131 is located in the distal end portion of the insertion tube 110, that is, in the vicinity of the distal end portion 111 of the insertion tube, and the proximal end portion 131 b that is the other end portion of the light guide 131 is Located at the connection. Therefore, the light guide 131 extends from the connection portion with the light source device 400 to the vicinity of the insertion tube distal end portion 111.
  • the light source device 400 includes a light source lamp 430 that generates a large amount of light, such as a xenon lamp, as a light source.
  • the light emitted from the light source device 400 enters the base end portion 131b of the light guide 131 as illumination light IL.
  • the light incident on the base end portion 131b of the light guide 131 is guided to the tip end portion 131a through the light guide 131, and is emitted from the tip end portion 131a.
  • a light distribution lens 132 disposed opposite to the distal end portion 131 a of the light guide 131 is provided at the insertion tube distal end portion 111 of the electronic endoscope 100.
  • the illumination light IL emitted from the distal end portion 131a of the light guide 131 passes through the light distribution lens 132 and illuminates the living tissue T in the vicinity of the insertion tube distal end portion 111.
  • An objective lens group 121 and an image sensor 141 are provided at the insertion tube tip 111 of the electronic endoscope 100.
  • the objective lens group 121 and the imaging element 141 form an imaging unit.
  • the illumination light IL the light reflected or scattered by the surface of the living tissue T is incident on the objective lens group 121, is condensed, and forms an image on the light receiving surface of the image sensor 141.
  • the image sensor 141 a known image sensor such as a CCD (Charge-Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor having a color filter 141 a on the light receiving surface can be used. .
  • the color filter 141 a includes an R color filter that transmits red light, a G color filter that transmits green light, and a B color filter that transmits blue light, and is arranged on each light receiving element of the image sensor 141. It is a so-called on-chip filter formed directly.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of spectral characteristics of the red (R), green (G), and blue (B) filters of the image sensor used in the embodiment.
  • the R color filter is a filter that passes light having a wavelength longer than about 570 nm (for example, 580 nm to 700 nm)
  • the G color filter is a filter that passes light having a wavelength of about 470 nm to 620 nm
  • the B color filter is A filter that allows light having a wavelength shorter than about 530 nm (for example, 420 nm to 520 nm) to pass therethrough.
  • the imaging element 141 is an imaging unit that images the living tissue T illuminated with each of a plurality of lights and generates color image data corresponding to each light, and the living tissue T with a plurality of lights having different wavelength ranges. It is an image data generation means for generating color image data corresponding to light reflected or scattered on the living tissue T by illuminating.
  • the image sensor 141 is controlled to be driven in synchronization with an image processing unit 500 described later, and periodically (for example, 1/1 /) color image data corresponding to an image of the living tissue T formed on the light receiving surface. Output at intervals of 30 seconds).
  • the color image data output from the image sensor 141 is sent to the image processing unit 500 of the processor 200 via the cable 142.
  • the image processing unit 500 mainly includes an A / D conversion circuit 502, a pre-image processing unit 504, a frame memory unit 506, a post image processing unit 508, a feature amount acquisition unit 510, a memory 512, an image display control unit 514, and a controller 516. Prepare for.
  • the A / D conversion circuit 502 A / D converts color image data input from the image sensor 141 of the electronic endoscope 100 via the cable 142 and outputs digital data. Digital data output from the A / D conversion circuit 502 is sent to the pre-image processing unit 504.
  • the pre-image processing unit 504 captures digital data by using the R digital image data captured by the light receiving element in the image sensor 141 with the R color filter and the light receiving element in the image sensor 141 with the G color filter.
  • Color image data consisting of the components is generated.
  • the pre-image processing unit 504 is a part that performs predetermined signal processing such as color correction, matrix calculation, and white balance correction on the generated R, G, and B color image data.
  • the frame memory unit 506 temporarily stores color image data for each image captured by the image sensor 141 and subjected to signal processing.
  • the post image processing unit 508 reads the color image data stored in the frame memory unit 506 or performs signal processing ( ⁇ correction or the like) on the image data generated by the image display control unit 514 (to be described later) for display display. Generate screen data.
  • the image data generated by the image display control unit 514 includes data of distribution images of feature amounts such as oxygen saturation of hemoglobin in the living tissue T.
  • the generated screen data (video format signal) is output to the display 300. Thereby, the image of the living tissue T, the distribution image of the feature amount of the living tissue T, and the like are displayed on the screen of the display 300.
  • the feature amount acquisition unit 510 calculates the amount of hemoglobin of the imaged living tissue T and the oxygen saturation of the hemoglobin as feature amounts, as described later, and captures these feature amounts.
  • the image data of the distribution image on the image of the living tissue T is generated. Since the feature quantity acquisition unit 510 calculates the feature quantity by calculating using the color image data of the living tissue T illuminated with a plurality of lights having different wavelength bands, the feature quantity acquisition unit 510 acquires the feature quantity from the frame memory unit 506 or the memory 512.
  • the color image data and various information used in the unit 510 are called up.
  • the image display control unit 514 controls the display form of the feature amount distribution image calculated by the feature amount acquisition unit 510 in accordance with an instruction from the controller 516.
  • the image display control unit 514 performs control so that an oxygen saturation distribution image (oxygen saturation distribution image) of hemoglobin is superimposed on the captured image of the tissue T.
  • the controller 516 is a part that performs operation instruction and operation control of each part of the image processing unit 500, and performs operation instruction and operation control of each part of the electronic endoscope 100 including the light source device 400 and the imaging element 141.
  • the feature quantity acquisition unit 510 and the image display control unit 514 may be configured by software modules that perform the above-described functions by starting and executing a program on a computer, or may be configured by hardware. Good.
  • the processor 200 instructs and controls the function of processing the color image data output from the image sensor 141 of the electronic endoscope 100 and the operation of the electronic endoscope 100, the light source device 400, and the display 300. Combines functionality.
  • the light source device 400 is a light emitting unit that emits the first light, the second light, and the third light, and the first light and the second light. , And the third light are incident on the light guide 131.
  • the light source device 400 emits the first light, the second light, and the third light having different wavelength bands, but may emit one or two lights, and may emit four or more lights. May be. When four or more lights are emitted, the fourth light may be light having the same wavelength band as that of the first light.
  • the light source device 400 includes a condenser lens 440, a rotation filter 410, a filter control unit 420, and a condenser lens 450.
  • the light that is substantially parallel light emitted from the light source lamp 430 is, for example, white light, is collected by the condenser lens 440, passes through the rotary filter 410, and is condensed again by the condenser lens 450.
  • the light enters the base end 131 b of the guide 131.
  • the rotary filter 410 is movable between a position on the optical path of light emitted from the light source lamp 430 and a retracted position outside the optical path by a moving mechanism (not shown) such as a linear guide way.
  • the wavelength band of the light emitted from the light source device 400 differs depending on the type of the rotary filter 410 that crosses the optical path of the light emitted from the light source lamp 430.
  • the configuration of the light source device 400 is not limited to that shown in FIG.
  • the light source lamp 430 may be a lamp that generates convergent light instead of parallel light.
  • a configuration may be adopted in which light emitted from the light source lamp 430 is collected before the condenser lens 440 and is incident on the condenser lens 440 as diffused light.
  • a configuration in which substantially parallel light generated by the light source lamp 430 is directly incident on the rotary filter 410 without using the condenser lens 440 may be employed.
  • a configuration in which a collimator lens is used instead of the condenser lens 440 and light is incident on the rotary filter 410 in a substantially parallel light state may be employed.
  • a collimator lens is used instead of the condenser lens 440 and light is incident on the rotary filter 410 in a substantially parallel light state.
  • an interference type optical filter such as a dielectric multilayer filter
  • the incident angle of the light to the optical filter is made uniform by causing substantially parallel light to enter the rotary filter 410.
  • a lamp that generates divergent light may be employed as the light source lamp 430.
  • the light source device 400 is configured to emit a plurality of lights having different wavelength bands by transmitting light emitted from one light source lamp 430 through an optical filter.
  • different wavelengths are used.
  • a semiconductor light source such as a light emitting diode or a laser element that outputs laser light having different bands can be used as the light source of the light source device 400.
  • the rotation filter 410 may not be used.
  • the light source device 400 emits, for example, synthetic white light including excitation light of a predetermined wavelength band and fluorescence excited and emitted by the excitation light and light of a predetermined narrow wavelength band separately. Can also be configured.
  • the configuration of the light source device 400 is not particularly limited as long as it emits a plurality of lights having different wavelength bands.
  • the light source device 400 is an external device externally attached to the electronic endoscope 100. However, when the light source device 400 is configured by a small light source such as a laser element, the light source device 400 is the same as the electronic endoscope 100. It may be provided at the insertion tube tip 111. In this case, the light guide 131 is not necessary.
  • the rotation filter 410 is a disc-shaped optical unit including a plurality of optical filters, and is configured such that the light passing wavelength region is switched according to the rotation angle.
  • the rotary filter 410 includes three optical filters having different pass wavelength bands, but may include four, five, or six or more optical filters.
  • the rotation angle of the rotary filter 410 is controlled by a filter control unit 420 connected to the controller 516. When the controller 516 controls the rotation angle of the rotary filter 410 via the filter control unit 420, the wavelength band of the illumination light IL that passes through the rotary filter 410 and is supplied to the light guide 131 is switched.
  • FIG. 3 is an external view (front view) of the rotary filter 410.
  • the rotary filter 410 includes a substantially disk-shaped frame 411 and three fan-shaped optical filters 415, 416 and 418. Three fan-shaped windows 414a, 414b and 414c are formed at equal intervals around the central axis of the frame 411, and optical filters 415, 416 and 418 are fitted into the windows 414a, 414b and 414c, respectively.
  • the optical filters of the embodiments are all dielectric multilayer filters, but other types of optical filters (for example, an absorption optical filter or an etalon filter using a dielectric multilayer film as a reflection film) are used. It may be used.
  • a boss hole 412 is formed on the central axis of the frame 411.
  • An output shaft of a servo motor (not shown) provided in the filter control unit 420 is inserted into the boss hole 412 and fixed, and the rotary filter 410 rotates together with the output shaft of the servo motor.
  • the optical filter on which this light is incident is switched in the order of the optical filters 415, 416, and 418, thereby the wavelength of the illumination light IL passing through the rotary filter 410. Bands are switched sequentially.
  • the optical filters 415 and 416 are optical bandpass filters that selectively pass light in the 550 nm band. As shown in FIG. 4, the optical filter 415 is configured to pass light in the wavelength band R0 (W band) from the equal absorption points E1 to E4 with low loss and to block light in other wavelength regions. Has been.
  • the optical filter 416 is configured to pass light in the wavelength band R2 (N band) from the isosbestic points E2 to E3 with low loss and block light in other wavelength regions.
  • the optical filter 418 is an ultraviolet cut filter, and light emitted from the light source lamp 430 passes through the optical filter 418 in the visible light wavelength region. The light transmitted through the optical filter 418 is used for capturing a normal observation image as white light WL.
  • the optical filter 418 may not be used, and the window 414c of the frame 411 may be opened. Accordingly, light that has passed through the optical filter 415 out of light emitted from the light source lamp 430 is hereinafter referred to as “Wide light”, and light that has passed through the optical filter 416 out of light emitted from the light source lamp 430 is referred to as “Narrow light” hereinafter. Of the light emitted from the light source lamp 430, the light transmitted through the optical filter 418 is hereinafter referred to as white light WL.
  • the wavelength band R1 is a band including the peak wavelength of the absorption peak P1 derived from oxygenated hemoglobin
  • the wavelength band R2 is a band including the peak wavelength of the absorption peak P2 derived from reduced hemoglobin.
  • the wavelength band R3 is a band including the peak wavelength of the absorption peak P3 derived from oxygenated hemoglobin.
  • the wavelength range R0 includes the peak wavelengths of the three absorption peaks P1, P2, and P3.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an absorption spectrum of hemoglobin near 550 nm.
  • the wavelength band R0 of the optical filter 415 and the wavelength band R2 of the optical filter 416 are included in the pass wavelength band (FIG. 2) of the G color filter of the color filter 141a. Therefore, the image of the living tissue T formed by the light that has passed through the optical filter 415 or 416 is obtained as an image of the G component of the color image data captured by the image sensor 141.
  • the transmittance and aperture size of the optical filter 415 or the optical filter 418 are set so that the light intensity of the Wide light generated from the optical filter 415 and the light intensity of the white light WL generated from the optical filter 418 are approximately the same. Has been adjusted. The light intensity of Wide light and the light intensity of Narrow are different.
  • a through hole 413 is formed in the peripheral edge of the frame 411.
  • the through hole 413 is formed at the same position (phase) as the boundary between the window 414a and the window 414c in the rotation direction of the frame 411.
  • a photo interrupter 422 for detecting the through hole 413 is arranged so as to surround a part of the peripheral edge of the frame 411.
  • the photo interrupter 422 is connected to the filter control unit 420.
  • the light source device 400 sequentially switches the plurality of optical filters 415, 416, and 418 in the optical path of the light emitted from the light source lamp 430, that is, light having different wavelength bands, that is, wide light, narrow light, and white light. It is preferable to have a configuration for emitting WL as illumination light IL.
  • the feature amount of the living tissue T is calculated by the feature amount acquisition unit 510 of the processor 500. Processing for calculating the amount of hemoglobin in the biological tissue T and the oxygen saturation Sat of hemoglobin as the feature amount from the captured image of the biological tissue T will be described below.
  • hemoglobin has a strong absorption band called a Q band derived from porphyrin near 550 nm.
  • the absorption spectrum of hemoglobin changes according to the oxygen saturation Sat representing the proportion of oxygenated hemoglobin HbO in the total hemoglobin.
  • the solid line waveform in FIG. 4 is an absorption spectrum of oxygen saturation Sat of 100%, that is, oxygenated hemoglobin HbO
  • the long broken line waveform is an absorption spectrum of oxygen saturation Sat of 0%, that is, reduced hemoglobin Hb. It is.
  • oxygenated hemoglobin HbO and reduced hemoglobin Hb have different peak wavelengths. Specifically, oxygenated hemoglobin HbO has an absorption peak P1 near a wavelength of 542 nm and an absorption peak P3 near a wavelength of 576 nm. On the other hand, reduced hemoglobin Hb has an absorption peak P2 near 556 nm.
  • FIG. 4 is an absorption spectrum when the sum of the concentrations of oxygenated hemoglobin HbO and reduced hemoglobin Hb is constant. Therefore, the ratio of oxygenated hemoglobin HbO and reduced hemoglobin Hb, that is, the absorbance is constant regardless of the oxygen saturation.
  • the isosbestic points E1, E2, E3, E4 appear.
  • the wavelength band sandwiched between the equal absorption points E1 and E2 is the wavelength band R1 described above with respect to the optical filter 410, and the wavelength region sandwiched between the equal absorption points E2 and E3 is the wavelength band.
  • the wavelength band sandwiched between the equal absorption points E3 and E4 is the wavelength band R3, and the wavelength band sandwiched between the equal absorption points E1 and E4, that is, the band including the wavelength bands R1, R2, and R3. Is the wavelength band R0. Therefore, the wavelength band of the Wide light, which is the transmitted light transmitted through the optical filter 415 among the light emitted from the light source lamp 430, is the wavelength band R0, and the light emitted from the light source lamp 430 is transmitted through the optical filter 416.
  • the wavelength band of the narrow light that is the transmitted light is the wavelength band R2.
  • the absorption of hemoglobin increases or decreases linearly with respect to the oxygen saturation.
  • the absorptions AR1 and AR3 of hemoglobin in the wavelength bands R1 and R3 increase linearly with respect to the oxygenated hemoglobin concentration, that is, the oxygen saturation.
  • the absorption AR2 of hemoglobin in the wavelength band R2 increases linearly with respect to the concentration of reduced hemoglobin.
  • the oxygen saturation is defined by the following equation (1).
  • formulas (2) and (3) representing the concentrations of oxygenated hemoglobin HbO and reduced hemoglobin Hb are obtained.
  • the absorption AR1, AR2, and AR3 of hemoglobin are characteristic amounts that depend on both the oxygen saturation and the amount of hemoglobin.
  • the total value of absorbance in the wavelength band R0 does not depend on the oxygen saturation Sat, but is a value determined by the amount of hemoglobin. Therefore, the amount of hemoglobin can be quantified based on the total absorbance in the wavelength band R0.
  • the oxygen saturation Sat can be quantified based on the total absorbance in the wavelength band R1, the wavelength band R2, or the wavelength band R3 and the amount of hemoglobin quantified based on the total value in the wavelength band R0. .
  • the feature amount acquisition unit 510 calculates and acquires the amount of hemoglobin in the biological tissue T based on a first ratio (described later) having sensitivity to changes in the amount of hemoglobin in the biological tissue T (first feature amount). Based on the calculation unit 510a and a second ratio (to be described later) having sensitivity to changes in the calculated amount of hemoglobin (first feature amount) and oxygen saturation of the hemoglobin (second feature amount), the hemoglobin of the living tissue T An oxygen saturation calculation unit 510b that calculates and acquires oxygen saturation. That the first ratio or the second ratio is sensitive to changes in the amount of hemoglobin or oxygen saturation means that the first ratio or the second ratio is sensitive to changes in the amount of hemoglobin or oxygen saturation. That changes.
  • the feature amount The hemoglobin amount calculation unit 510a of the acquisition unit 510 calculates the amount of hemoglobin based on the luminance component of the color image data in the wavelength band R0.
  • the luminance component is obtained by multiplying the R component of the color image data by a predetermined coefficient, multiplying the G component of the color image data by a predetermined coefficient, and multiplying the value of the B component of the color image data by a predetermined coefficient.
  • the result of multiplication can be calculated by adding them up.
  • the hemoglobin amount calculation unit 510a of the feature amount acquisition unit 510 has the brightness of the color image data (second color image data) of the living tissue T using Wide light (second light) as the illumination light IL.
  • the amount of hemoglobin is calculated based on (first ratio).
  • WL (R) + WL (G) ⁇ is used to eliminate the change in the spectral characteristics of the living tissue T depending on the degree to which the illumination light IL is scattered on the surface of the living tissue T.
  • the reflection spectrum of the living tissue T such as the inner wall of the digestive tract has a wavelength characteristic of absorption by the components constituting the living tissue T (specifically, absorption spectrum characteristics of oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin), It is easily affected by the wavelength characteristic of scattering of illumination light by T.
  • R component WL (R) of color image data (first color image data) of living tissue T using white light WL (first light) as illumination light IL, or a total component WL of R component and G component ( R) + WL (G) represents the degree of scattering of the illumination light IL in the living tissue T without being affected by the amount of hemoglobin or the oxygen saturation Sat.
  • the wavelength band of the white light WL has one of the components of the first color image data.
  • the wavelength band is preferably set so as not to be sensitive to changes in the amount of hemoglobin in the living tissue T.
  • the wavelength band of the white light WL is set so that one of the components of the first color image data includes a wavelength band that is not sensitive to changes in oxygen saturation.
  • a reference table representing the correspondence relationship between the information on the first ratio and the amount of hemoglobin in a living tissue with a known amount of hemoglobin is stored in the memory 512 in advance, and the hemoglobin of the feature amount acquisition unit 510 is stored.
  • the amount calculation unit 510a uses this reference table to calculate the amount of hemoglobin based on the value of the first ratio in the color image data captured by the living tissue T.
  • the luminance component Wide of the color image data (second color image data) of the living tissue T using Wide light (second light) as the illumination light IL is used as the first ratio.
  • the ratio Wide (Yh) / WL (R) or Wide (Yh) / ⁇ WL (R) + WL (G) ⁇ of the total component WL (R) + WL (G) is preferably used. It is also preferable to use the G component Wide (G) in place of the luminance component Wide (Yh) of the color image data (second color image data) of the living tissue T using the illumination light IL as the illumination light IL.
  • the oxygen saturation calculation unit 510b of the feature amount acquisition unit 510 calculates the oxygen saturation based on the second ratio defined below. That is, the oxygen saturation calculation unit 510b of the feature amount acquisition unit 510 performs color image data (third color image data) of the biological tissue T illuminated with the narrow light that is the light in the wavelength band R2 that has passed through the optical filter 416.
  • the ratio Narrow (Yh) / Wide (Yh) is calculated as the second ratio.
  • the correspondence relationship obtained is obtained from a known sample and stored in the memory 512 in advance.
  • the oxygen saturation calculation unit 510b of the feature amount acquisition unit 510 uses the calculation result of the amount of hemoglobin obtained from the color image data generated by imaging the living tissue T and the above correspondence, and the lower limit value and the upper limit of the second ratio. Find the value. Furthermore, the oxygen saturation calculation unit 510b uses the fact that the oxygen saturation Sat linearly changes in accordance with the second ratio between the obtained lower limit value and upper limit value, and thus the second of the imaged living tissue T. It is calculated which position in the range between the upper limit value and the lower limit value the value of the ratio Narrow (Yh) / Wide (Yh). In this way, the oxygen saturation calculation unit 510b of the feature amount acquisition unit 510 calculates the oxygen saturation Sat.
  • a reference table representing a correspondence relationship between the amount of hemoglobin and the value of the second ratio and the oxygen saturation Sat of hemoglobin is obtained from a known sample and stored in the memory 512 in advance.
  • the oxygen saturation Sat of hemoglobin can also be calculated from the calculated second ratio.
  • the second ratio is a luminance component Narrow (Yh) of the color image data (third color image data) of the biological tissue T illuminated with the narrow light and the color image of the biological tissue T illuminated with the wide light.
  • G component Narrow (G) of color image data (third color image data) of living tissue T illuminated with Narrow light which is used as a ratio with the luminance component Wide (Yh) of data (second color image data)
  • the ratio of the G component Wide (G) of the color image data (second color image data) of the living tissue T illuminated with Wide light can also be used.
  • narrow light in the wavelength band R2 is used to illuminate the living tissue T for the calculation of the second ratio, but is not limited to narrow light.
  • light having wavelength band R1 or wavelength band R2 as the wavelength band is used with the intention of using wavelength band R1 or wavelength band R2 in which the total absorbance changes with respect to the change in oxygen saturation Sat. You can also.
  • the filter characteristic of the optical filter 416 may be set to the wavelength band R1 or the wavelength band R2.
  • the wavelength band of the narrow light (third light) may be included in the wavelength band of the wide light (second light).
  • the wavelength band of the Wide light (second light) is one of the components of the second color image data, for example, the luminance component and the G component are sensitive to changes in the amount of hemoglobin, but are saturated with oxygen. It is preferable from the point that the oxygen saturation Sat can be accurately calculated that the wavelength band R0 is set so as not to be sensitive to the change in the degree.
  • the wavelength band of the narrow light (third light) is such that one of the components of the third color image data, for example, the luminance component or the G component has sensitivity to a change in the oxygen saturation Sat of the living tissue T.
  • the wavelength band of the white light WL includes a wavelength band in which one component of the first color image data is not sensitive to changes in the amount of hemoglobin in the living tissue T. It is preferable that the setting is such that the influence of the spectral characteristics of the scattered light in the living tissue T can be removed.
  • the Wide light (second light) described above is one of optical filters, and the first wavelength band within the range of 500 nm to 600 nm, for example, of the wavelength band of white light WL (first light), for example,
  • the filtered light of the white light WL (first light) that transmits the wavelength band between the equal absorption point E1 and the equal absorption point E4, and the narrow light (third light) is one of the optical filters.
  • Filtered light of white light WL (first light) that has passed through a second wavelength band within the range of one wavelength band, which is narrower than the first wavelength band, for example, the wavelength band between the equal absorption point E2 and the equal absorption point E3.
  • the first wavelength band is preferably a band in the range of 510 nm to 590 nm, for example.
  • the second wavelength band is preferably a band within a range of 510 nm to 590 nm, for example, and more preferably a band within a range of 530 nm to 580 nm.
  • the hemoglobin amount and the oxygen saturation are calculated using the absorbance of hemoglobin
  • light in a wavelength band near 550 nm is used as illumination light, but this is an example.
  • the absorbance of hemoglobin in addition to the wavelength band near 550 nm, a large absorption peak exists at 420 to 450 nm and has an isosbestic point. Around this isosbestic point, the absorption spectrum waveforms of oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin are alternately switched.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the first ratio and the amount of hemoglobin.
  • the hemoglobin amount calculating unit 510a of the feature amount acquiring unit 510 obtains the first ratio as described above, the hemoglobin amount is calculated based on the obtained first ratio by referring to a reference table that represents a relationship as illustrated in FIG. Find the amount of.
  • FIG. 5 shows that the amount H1 of hemoglobin is obtained based on the value of the first ratio.
  • the numerical values on the horizontal and vertical axes in FIG. 5 are represented by values from 0 to 1024 for convenience.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the relationship between the upper limit value and the lower limit value of the second ratio and the amount of hemoglobin.
  • the numerical values on the horizontal and vertical axes of 6 are represented by values from 0 to 1024 for convenience.
  • the oxygen saturation amount calculation unit 510b of the feature amount acquisition unit 510 obtains the second ratio as described above
  • the correspondence shown in FIG. 6 is based on the hemoglobin amount and the second ratio obtained by the hemoglobin amount calculation unit 510a.
  • the oxygen saturation amount calculation unit 510b calculates the value of the oxygen saturation Sat by determining at which position between the upper limit value and the lower limit value the second ratio is obtained. A value of oxygen saturation is calculated from the value of the second ratio, assuming that the oxygen saturation varies between 0 and 100% in accordance with the value of the second ratio.
  • the upper limit value Max (100%) and the lower limit value Min (0%) when the amount of hemoglobin is H1 are obtained. From the upper limit value Max (100%), the lower limit value Min (0%), and the value Y of the second ratio, the value of the oxygen saturation Sat is obtained.
  • the distribution of the oxygen saturation Sat on the image of the living tissue T can be represented as an oxygen saturation distribution image.
  • the oxygen saturation distribution image is represented by a gradation in which the hue of the pixel is changed (for example, changed from red to blue) according to the value of the oxygen saturation Sat in each pixel.
  • the endoscope system 1 based on the ratio (second ratio) obtained from the components of the color image data corresponding to each light generated by illuminating and imaging the living tissue T with a plurality of lights.
  • the oxygen saturation Sat of hemoglobin is calculated, so that an oxygen saturation distribution image in which the distribution of the oxygen saturation Sat is represented by a color gradation according to the value of the oxygen saturation Sat is also an image of the living tissue T in the captured image.
  • the image reflects the displacement.
  • the oxygen saturation Sat is calculated by calculating the amount of hemoglobin based on the first ratio and calculating the oxygen saturation Sat based on the second ratio and the amount of hemoglobin. Is called.
  • each of the first ratio and the second ratio is a color generated by imaging the living tissue T that is illuminated with white light WL, Wide light, and Narrow light having different wavelength bands with a time interval.
  • the images of the living tissue T on these captured images may be misaligned between different images due to the movement of the living tissue, camera shake of the imaging device, or the like.
  • the image of the living tissue T corresponding to the white light WL and the image of the living tissue corresponding to the Wide light are displaced in the image, or the image of the living tissue T corresponding to the Wide light corresponds to the narrow light.
  • the image of the living tissue When the image of the living tissue is displaced in the image, the image of the living tissue T corresponding to the white light WL, the image of the living tissue corresponding to the wide light, and the image of the living tissue corresponding to the narrow light are mutually In some cases, the image may be misaligned.
  • FIGS. 7A to 7C are diagrams for explaining an example of a positional shift of an image of a living tissue imaged by illuminating with each light.
  • 7A to 7C are an image 1 of the living tissue T that is illuminated and imaged with the white light WL, and an image of the living tissue T that is illuminated and imaged with the Wide light.
  • An image 2 that is displaced with respect to the image and a distribution image 3 of the amount of hemoglobin obtained from the image data of the images 1 and 2 are shown.
  • the image 2 is shifted to the lower left in the image with respect to the image 1.
  • the first ratio obtained from the image data of the image 1 and the image 2 increases or decreases at a position unrelated to the original image due to the position shift.
  • FIGS. 8A to 8D are diagrams for explaining an example of a positional shift of an image of a living tissue illuminated and imaged with each light.
  • FIGS. 8A to 8D are an image 3 of the living tissue T imaged by illuminating with white light WL and an image of the living tissue T imaged by illuminating with Wide light, respectively.
  • the image 4 that is not displaced the image of the living tissue T that is captured by illumination with the narrow light
  • the image 3 and the image 5 that are displaced with respect to the image 4 and the images of the images 3 to 5
  • the distribution image 6 of the amount of hemoglobin obtained from the data is shown.
  • the image 4 Since the image 4 is not misaligned with respect to the image 3, no artifact due to the misalignment is formed in the distribution image of the amount of hemoglobin. However, the image 5 is shifted to the lower left in the image with respect to the image 4.
  • the second ratio obtained from the image data of the image 4 and the image 5 increases or decreases at a position unrelated to the original image due to the position shift. For this reason, the oxygen saturation distribution image (Sat distribution image) of hemoglobin obtained based on the distribution image of the second ratio and the amount of hemoglobin in which no artifact is formed, as shown in FIG. A place with high oxygen saturation (black part) and a place with low oxygen saturation (white part) are formed as artifacts.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the formation of the oxygen saturation Sat artifact caused by the image position shift.
  • the numerical values on the horizontal axis and vertical axis of the graph shown in FIG. 9 are represented by values from 0 to 1024 for convenience.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) where the amount of hemoglobin should originally be the value H1
  • hemoglobin as shown in FIG. 9 a value H2 lower than the value H1 may be obtained as the amount of hemoglobin from the distribution image of this amount.
  • the upper limit value and the lower limit value of the second ratio are , Max1 and Min1 are reduced to Max2 and Min2.
  • the second ratio may deviate from the range between the upper limit value Max2 and the lower limit value Min2, and when the second ratio exceeds the upper limit value Max2, for example, red is displayed, When the second ratio is lower than the lower limit value Min2, for example, blue is displayed.
  • red or blue artifacts may occur in the oxygen concentration distribution image in which the value of the oxygen saturation Sat is displayed in color.
  • the value of the second ratio is an allowable range of the second ratio determined according to the amount of hemoglobin, that is, a range between the upper limit value and the lower limit value.
  • the transmittance is adjusted for pixels of the oxygen saturation distribution image that deviate from.
  • the image display control unit 514 controls the image data so that the oxygen saturation distribution image is superimposed on the image of the living tissue T and displayed.
  • the image display control unit 514 determines the oxygen saturation distribution image in which the value of the second ratio is out of the allowable range of the second ratio determined according to the amount of hemoglobin, that is, the range between the upper limit value and the lower limit value.
  • the transmittance of the pixel is adjusted. Specifically, the image display control unit 514 increases the transmittance of the pixels that are outside the allowable range of the second ratio as compared to the transmittance of the pixels within the allowable range of the second ratio. For example, a pixel whose second ratio is within the allowable range is a non-transparent pixel having zero transmittance, and a pixel whose second ratio is outside the allowable range is a transmissive pixel. As described above, the transmissive pixel includes a pixel having a transmittance from a transmittance exceeding 0% to a transmittance of 100%.
  • the pixels of the second ratio that are out of the allowable range of the second ratio are all pixels having a transmittance of 100%, for example, but the difference between the value of the second ratio and the upper limit value or the lower limit value of the second ratio It is also possible to adjust the transmittance gradually so that the transmittance gradually increases as the value increases.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining an example of pixel transmittance adjustment in one embodiment
  • FIG. 10B is a diagram for explaining conventional pixel gradation settings.
  • a region between the upper limit value and the lower limit value of the second ratio determined according to the amount of hemoglobin is a gradation region GD that changes color according to the oxygen saturation Sat
  • a region where the second ratio exceeds the upper limit value and Regions in which the ratio of two falls below the lower limit are defined as transmissive pixel regions TP1 and TP2.
  • the region where the second ratio is outside the region between the upper limit value and the lower limit value is also the gradation region GD that is displayed in red or blue.
  • the pixel of the oxygen saturation distribution image that is out of the allowable range of the second ratio into a transmissive pixel an image of the living tissue T in this portion can be seen, so that an abnormality caused by the positional deviation of the image
  • the oxygen saturation distribution image can be displayed without making the values and artifacts inconspicuous. For this reason, an operator who uses an endoscope system can determine whether there is a malignant tumor part based on a region with low oxygen saturation in the body cavity and specify the position of the malignant tumor. Can be lowered.
  • the light source device 400 uses the light component in the fourth wavelength band and the light in the fifth wavelength band different from the fourth wavelength band. It is also preferable that the first light including the component and the third light having a third wavelength band different from the fourth wavelength band and the fifth wavelength band are emitted as illumination light.
  • the hemoglobin amount calculation unit 510a corresponds to the fourth wavelength band and the fifth wavelength band extracted from the first color image data generated when the first light is illumination light.
  • the amount of hemoglobin is calculated based on the first ratio obtained from the ratio of the component a and the component b, and the oxygen saturation calculation unit 510b converts one of the component a and the component b and the third light into illumination light.
  • the second ratio is generated from one of the components of the third color image data generated at the time (the component of the third wavelength band), and the second ratio and the hemoglobin amount calculation unit 510a calculate the second ratio. It is also preferable to calculate the oxygen saturation Sat of hemoglobin based on the amount of hemoglobin.
  • Corresponding components corresponding to the wavelength bands of the two light components extracted from the first color image data are extracted by matrix calculation in the image processing unit 504 (corresponding component extracting unit) in the processor 200 shown in FIG. Can do.
  • the fifth wavelength band is sensitive to a change in the amount of hemoglobin in the living tissue, while the corresponding component corresponding to the fifth wavelength band of the first color image data has sensitivity. It is preferable that a wavelength band that does not have sensitivity to changes in oxygen saturation is included from the viewpoint that the amount of hemoglobin can be calculated with high accuracy.
  • the third wavelength band includes a wavelength band in which one of the components of the third color image data is sensitive to a change in oxygen saturation, so that the oxygen saturation can be calculated with high accuracy. It is preferable in that it can be performed.
  • the first light includes a light component in the fourth wavelength band of 620 to 670 nm (red light component) and a light component in the fifth wavelength band of 525 to 582 nm (green light component).
  • the third wavelength band of the second light is 545 to 570 nm.
  • the first ratio serving as an index for obtaining the amount of hemoglobin is the green light of the corresponding component (the component in the wavelength band of 525 to 582 nm) corresponding to the green light component among the corresponding components.
  • the second ratio serving as an index for obtaining Sat is a component corresponding to the green light component of the first color image data (525 to 525 to 570 nm) of the component corresponding to the wavelength band of 545 to 570 nm of the third color image data. 582 nm wavelength band component).
  • one color image data is obtained using one light having three light components instead of the three lights used as illumination light, and using the components of the color image data, The amount of hemoglobin and the oxygen saturation Sat can also be obtained.
  • one light is used as illumination light
  • the configuration of the light source device 400 is simplified, and it is not necessary to generate a plurality of color image data, so the configuration of each part in the processor 200 is simplified.
  • the endoscope 100 since the endoscope 100 only performs imaging with one illumination light, an abnormal value in the oxygen saturation distribution image generated due to the positional deviation of the image of the living tissue due to the multiple imaging described above does not occur.
  • the image display control unit 514 adjusts the transmittance of the pixels to be superimposed on the image of the biological tissue for the pixels whose second ratio value is outside the allowable range of the second ratio determined according to the amount of hemoglobin. Is preferred.
  • the hemoglobin amount calculation unit 510a calculates the amount of hemoglobin based on the first ratio obtained using the corresponding components corresponding to the wavelength bands of the three light components extracted from the color image data, and the oxygen saturation level
  • the calculation unit 510b calculates the oxygen saturation of hemoglobin based on the second ratio obtained using the extracted corresponding component and the calculated amount of hemoglobin or the first ratio.
  • the light component in the wavelength band of 450 to 500 nm blue light component
  • the light component in the wavelength band of 525 to 582 nm green light component
  • the light component in the wavelength band of 620 to 670 nm red light
  • Color image data obtained with such light can be subjected to matrix calculation in the pre-image processing unit 504 shown in FIG. 1 to obtain three corresponding components of color image data corresponding to the wavelength band.
  • the first ratio serving as an index for obtaining the amount of hemoglobin is obtained from three corresponding components, corresponding components corresponding to green light components (components in the wavelength band of 525 to 582 nm).
  • the second ratio as an index for obtaining the oxygen saturation Sat is a corresponding component corresponding to the blue light component (component in a wavelength band of 450 to 500 nm), a corresponding component corresponding to the green light component (525 to 582 nm).
  • the ratio to the wavelength band component That is, the light source device 400 is configured to emit one light including three light components having different wavelength bands.
  • the pre-image processing unit 504 (corresponding component extraction unit) of the processor 200 corresponds to the corresponding component of the first color image data corresponding to each wavelength band of the light component.
  • the feature amount acquisition unit 510 acquires the amount of hemoglobin and the oxygen saturation Sat as the feature amount of the biological tissue.
  • the oxygen saturation distribution image showing the distribution of the oxygen saturation Sat is required to have high image quality.
  • the oxygen saturation distribution image is preferably 1 million pixels or more, more preferably 2 million pixels or more, and further preferably 8 million pixels or more.
  • the arithmetic circuit of the processor 200 increases and the processing load tends to increase. In particular, the above tendency is remarkable at a high pixel (high image quality) of 1 million pixels or more.
  • a reference table in which the amount of hemoglobin or oxygen saturation Sat is associated with color image data and information on the correspondence relationship are provided in advance, and the amount of hemoglobin and oxygen saturation are determined using the reference table and the correspondence relationship. Since the degree Sat is calculated, the above-described embodiment is more efficient than the case where the amount of hemoglobin and the oxygen saturation Sat are calculated without using the reference table and the correspondence relationship for each acquisition of color image data. The amount and oxygen saturation Sat can be calculated. For this reason, the arithmetic circuit of the processor 200 can be reduced. Accordingly, even when a high-quality image is generated, the low-cost, low heat generation, and low power-saving processor 200 can be provided.

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Abstract

内視鏡システムは、第1~3の光で照明した生体組織を撮像し第1~3のカラー画像データを生成する。前記第1~3のカラー画像データの成分を用いて前記生体組織におけるヘモグロビンの量及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、前記酸素飽和度の分布を示す酸素飽和度分布画像を生成し、生成した前記酸素飽和度分布画像を、撮像された前記生体組織の像に重ねてディスプレイに表示するように制御する。前記酸素飽和度は、前記カラー画像データの成分を用いて得られる第2比率とヘモグロビンの量に基づいて算出される。前記第2比率の値が、前記ヘモグロビンの量に応じて定めた前記第2比率の許容範囲をはずれる画素については、該画素の透過率を調整する。

Description

内視鏡システム
 本発明は、生体組織の撮影により生成した画像データに基づいて、生体組織中の生体情報を画像表示する内視鏡システムに関する。
 内視鏡によって得られた画像データから、被写体である生体組織中の生体物質、例えば、ヘモグロビンの量やヘモグロビンの酸素飽和度の情報を求め画像表示する機能を備えた内視鏡システムが知られている。このような内視システムの一例が特許文献1に記載されている。
 特許文献1に記載の内視鏡システムは、体腔内において所定波長領域の分光画像を撮影して分光画像データを得る撮影手段と、分光画像データに所定の処理を施して、生体組織の特徴量、例えば酸素飽和度を強調した合成画像データを生成する処理手段と、合成画像データに基づいて画面表示を行う表示手段と、を備える。内視鏡システムは、この合成画像を、病変部を健常部と区別して特定するための画像として表示することができる。
特開2013-240401号公報
 上記内視鏡システムでは、分光画像を得るために異なる狭い波長帯域の複数の光で、生体組織を、時間間隔をあけて照明して撮像するので、生体組織の動きや撮像素子の手ぶれ等により、異なる分光画像の間で生体組織の像の位置ずれが生じる場合がある。この結果、生体組織の特徴量の分布を強調した合成画像を生成したとき、合成画像において、生体組織の像の位置ずれに起因した酸素飽和度の異常値を示す領域を、低い酸素飽和度の領域として誤って表示し、あるいは高い酸素飽和度の領域として誤って画像表示し、酸素飽和度分布画像にアーチファクトが生じる不都合な問題が生じる。この問題は、分光画像に限らず、波長帯域の異なる複数の光を、時間間隔をあけて照明して、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色のカラー画像データで構成された生体組織のカラー画像データを取得する場合においても生じ得る問題である。
 本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、生体組織の画像データを用いてヘモグロビンの酸素飽和度の分布を示す酸素飽和度分布画像を表示するとき、生体組織の像の位置ずれに起因して生じる酸素飽和度分布画像中の異常値を目立たなくして画像表示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、以下の形態を有する。
(形態1)
 波長帯域の異なる少なくとも2つの光を出射するように構成された光源装置と、
 少なくとも2つの前記光でそれぞれ照明された生体組織を撮像することにより、各光に対応した前記生体組織の像のカラー画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
 前記カラー画像データの成分を用いて前記生体組織におけるヘモグロビンの量及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、前記酸素飽和度の分布を示す酸素飽和度分布画像を生成するように構成された特徴量取得部と、前記酸素飽和度分布画像の表示形態を制御するように構成された画像表示制御部と、を含むプロセッサと、
 前記撮像部で撮像された前記生体組織の像に前記酸素飽和度分布画像を重ねて表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
 前記特徴量取得部は、前記カラー画像データの成分を用いて得られる第1比率に基づいて前記ヘモグロビンの量を算出するように構成されたヘモグロビン量算出部と、前記カラー画像データの成分を用いて得られる第2比率と前記ヘモグロビンの量あるいは前記第1比率とに基づいて前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成された酸素飽和度算出部と、を含み、
 前記画像表示制御部は、前記第2比率の値が、前記ヘモグロビンの量に応じて定めた前記第2比率の許容範囲をはずれる画素について、前記生体組織の像に重ねる該画素の透過率を調整するように構成された、ことを特徴とする内視鏡システム。
(形態2)
 前記光源装置は、第1の波長帯域の第1の光、前記第1の波長帯域と異なる第2の波長帯域の第2の光、及び第1の波長帯域及び前記第2の波長帯域と異なる第3の波長帯域の第3の光を含む少なくとも3以上の光を出射するように構成され、
 前記撮像部は、前記第1の光、前記第2の光、及び前記第3の光でそれぞれ照明された生体組織を撮像することにより、前記第1の光に対応した第1のカラー画像データ、前記第2の光に対応した第2のカラー画像データ、及び前記第3の光に対応した第3のカラー画像データを生成するように構成され、
 前記第1比率は、前記第1のカラー画像データの一成分と前記第2のカラー画像データの一成分との比率であり、
 前記第2比率は、前記第2のカラー画像データの一成分と前記第3のカラー画像データの一成分との比率である、形態1に記載の内視鏡システム。
(形態3)
 前記第1の波長帯域は、前記第2の波長帯域及び前記第3の波長帯域に比べて広く、前記第2の波長帯域は、前記第3の波長帯域に比べて広く、
 前記第1の波長帯域は、前記第1のカラー画像データの成分の1つが、前記生体組織のヘモグロビンの量の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含む、形態2に記載の内視鏡システム。
(形態4)
 前記第2の波長帯域は、前記第2のカラー画像データの成分の1つが、前記生体組織のヘモグロビン量の変化に対して感度を有するが、前記酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含む、形態2または3に記載の内視鏡システム。
(形態5)
 前記第1比率は、前記第2のカラー画像データの輝度成分と、前記第1のカラー画像データのR成分、あるいはR成分及びG成分の合計成分との比率である、形態2~4のいずれか1つに記載の内視鏡システム。
(形態6)
 前記第2比率は、前記第3のカラー画像データの輝度成分と前記第2のカラー画像データの輝度成分との比率である、形態2~5のいずれか1つに記載の内視鏡システム。
(形態7)
 前記第2の波長帯域は、500nm~600nmの範囲内にあり、
 前記第3の波長帯域は、前記第2の波長帯域内の前記前記第2の波長帯域より狭い波長帯域であり、
 前記第2の光は、光学フィルタで、前記第2の波長帯域の光成分を透過させた前記第1の光の濾過光であり、前記第3の光は、光学フィルタで、前記第3の波長帯域の光成分を透過させた前記第1の光の濾過光である、形態2~6のいずれか1つに記載の内視鏡システム。
(形態8)
 前記光源装置は、第4の波長帯域の光成分及び前記第4の波長帯域と異なる第5の波長帯域の光成分を含む第1の光、及び前記第4の波長帯域及び前記第5の波長帯域と異なる第3の波長帯域の第3の光を出射するように構成され、
 前記撮像部は、前記第1の光及び前記第3の光でそれぞれ照明された生体組織を撮像することにより、前記第1の光に対応した第1のカラー画像データ及び前記第3の光に対応した第3のカラー画像データを生成するように構成され、
 前記第1比率は、前記第1のカラー画像データから、前記第4の波長帯域及び前記第5の波長帯域のそれぞれに対応した前記第1のカラー画像データの対応成分同士の比から得られる比率であり、
 前記第2比率は、前記対応成分の一つと前記第3のカラー画像データの一成分との比率である、形態1に記載の内視鏡システム。
(形態9)
 前記第5の波長帯域は、前記対応成分のうち前記第5の波長帯域に対応した対応成分が、前記生体組織のヘモグロビン量の変化に対して感度を有するが、前記酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含む、形態8に記載の内視鏡システム。
(形態10)
 前記第3の波長帯域は、前記第3のカラー画像データの成分の1つが、前記酸素飽和度の変化に対して感度を有するような波長帯域を含む、形態2~9のいずれか1つに記載の内視鏡システム。
(形態11)
 波長帯域の異なる少なくとも3つの光成分を含む光を出射するように構成された光源装置と、
 前記光で照明された生体組織を撮像することによりカラー画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
 前記光成分の波長帯域それぞれに対応した前記カラー画像データの対応成分を用いて、前記生体組織におけるヘモグロビンの量及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、前記酸素飽和度の分布を示す酸素飽和度分布画像を生成する特徴量取得部と、前記酸素飽和度分布画像の表示形態を制御する画像表示制御部と、を含むプロセッサと、
 前記撮像部で撮像された前記生体組織の像に前記酸素飽和度分布画像を重ねて表示するディスプレイと、を備え、
 前記特徴量取得部は、前記対応成分を用いて得られる第1比率に基づいて前記ヘモグロビンの量を算出するヘモグロビン量算出部と、前記対応成分を用いて得られる第2比率と前記ヘモグロビンの量あるいは前記第1比率とに基づいて前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、を含み、
 前記画像表示制御部は、前記第2比率の値が、前記ヘモグロビンの量に応じて定めた前記第2比率の許容範囲をはずれる画素について、前記生体組織の像に重ねる該画素の透過率を調整する、ことを特徴とする内視鏡システム。
(形態12)
 前記画像表示制御部は、前記第2比率が許容範囲をはずれる画素の透過率を、前記第2比率が許容範囲内にある画素の透過率に比べて高くする、形態1~11のいずれか1つに記載の内視鏡システム。
 本発明の上述の内視鏡システムによれば、生体組織の像の位置ずれに起因して生じる酸素飽和度分布画像中の異常値を目立たなくして酸素飽和度分布画像を表示することができる。
一実施形態の内視鏡システムの一例の構成のブロック図である。 一実施形態で用いる撮像素子の赤(R)、緑(G)、青(B)の各フィルタの分光特性の一例を示す図である。 一実施形態の光源装置で用いる回転フィルタの一例の外観図(正面図)である。 550nm付近のヘモグロビンの吸収スペクトルの一例を示す図である。 一実施形態で用いる第1比率とヘモグロビンの量との関係の一例を示す図である。 一実施形態で用いる第2比率の上限値及び下限値とヘモグロビンの量の関係の一例を示す図である。 (a)~(c)は、各光で照明して撮像した生体組織の像の位置ずれの一例を説明する図である。 (a)~(d)は、各光で照明して撮像した生体組織の像の位置ずれの一例を説明する図である。 撮像部で撮像された生体組織の像の位置ずれによって生じる酸素飽和度Satのアーチファクトの形成を説明する図である。 (a)は、一実施形態における画素の透過率の調整の一例を説明する図であり、(b)は、従来の画素のグラデーションを説明する図である。
 以下に説明する一実施形態の内視鏡システムは、波長帯域の異なる光で生体組織を被写体として照明し撮像した複数のカラー画像データに基づいて生体組織のヘモグロビンの量と酸素飽和度を定量的に算出して、酸素飽和度分布画像を表示するシステムである。後述するように、別の一実施形態では、波長帯域の異なる複数の光で生体組織を照明して撮像した複数のカラー画像データを得る実施形態に限定されない。別の一実施形態によれば、所望の波長帯域の光成分を含む1つの光で生体組織を照明して撮像した1つのカラー画像データに基づいて生体組織のヘモグロビンの量と酸素飽和度を定量的に算出して、酸素飽和度分布画像を表示することもできる。
 一実施形態の内視鏡システムでは、光源装置から出射した波長帯域の異なる少なくとも2つの光でそれぞれ照明された生体組織を撮像素子で撮像することにより、撮像素子は各光に対応した生体組織の像のカラー画像データを生成する。プロセッサは、生成したカラー画像データの成分を用いて生体組織におけるヘモグロビンの量及びヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。具体的には、プロセッサは、カラー画像データの成分を用いて得られる後述する第1比率に基づいてヘモグロビンの量を算出し、さらに、カラー画像データの成分を用いて得られる後述する第2比率と算出したヘモグロビンの量とに基づいてヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、酸素飽和度の分布を示した酸素飽和度分布画像を生成する。さらに、プロセッサは、生成した酸素飽和度分布画像を、撮像素子で撮像された生体組織の像に重ねてディスプレイに画像表示するように画像の表示形態を制御する。この画像の表示形態の制御では、第2比率の値が、ヘモグロビンの量に応じて定めた第2比率の許容範囲をはずれる画素について、生体組織の像に重ねて表示する該画素の透過率を調整する。このように、第2比率の許容範囲をはずれる酸素飽和度分布画像の画素について、その画素の透過率(透過の程度)を調整するので、生体組織の像の位置ずれに起因して生じる酸素飽和度分布画像中の異常値を目立たなくして酸素飽和度分布画像を表示することができる。なお、酸素飽和度は、第2比率と算出したヘモグロビンの量とに基づいて算出されるが、この酸素飽和度の算出は、ヘモグロビンの量が第1比率に基づいて算出されることから、酸素飽和度が第2比率と第1比率に基づいて算出されることも含む。
 以降では、上記許容範囲をはずれた画素の透過率を0%超100%以下で調整した画素を透過画素と呼ぶ。したがって、透過画素は、重ねた下層の生体組織の像が完全に透けて見える透過率100%の画素から、重ねた下層の生体組織の像がわずかにしか見えない透過率数%の画素まで、種々の透過率の画素を含む。
 以下、一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
 (内視鏡システムの構成)
 図1は、一実施形態に係る内視鏡システム1の構成を示すブロック図である。内視鏡システム1は、電子内視鏡(内視鏡)100、プロセッサ200、ディスプレイ300、及び光源装置400を備える。電子内視鏡100及びディスプレイ300は、プロセッサ200に着脱可能に接続されている。プロセッサ200は、画像処理部500を備える。光源装置400は、プロセッサ200に着脱自在に接続されている。光源装置400は、プロセッサ200の筐体内に組み込まれてもよい。
 電子内視鏡100は、被検者の体内に挿入される挿入管110を有する。挿入管110の内部には、挿入管110の略全長に亘って延びるライトガイド131が設けられている。ライトガイド131の一端部である先端部131aは、挿入管110の先端部、すなわち挿入管先端部111近傍に位置し、ライトガイド131の他端部である基端部131bは、光源装置400との接続部に位置する。したがって、ライトガイド131は、光源装置400との接続部から挿入管先端部111近傍まで延びている。
 光源装置400は、キセノンランプ等の光量の大きい光を生成する光源ランプ430を光源として備える。光源装置400から出射した光は照明光ILとして、ライトガイド131の基端部131bに入射する。ライトガイド131の基端部131bに入射した光は、ライトガイド131を通ってその先端部131aに導かれ、先端部131aから出射される。電子内視鏡100の挿入管先端部111には、ライトガイド131の先端部131aと対向して配置された配光レンズ132が設けられている。ライトガイド131の先端部131aから出射する照明光ILは、配光レンズ132を通過して、挿入管先端部111の近傍の生体組織Tを照明する。
 電子内視鏡100の挿入管先端部111には対物レンズ群121及び撮像素子141が設けられている。対物レンズ群121及び撮像素子141は撮像部を形成する。照明光ILのうち、生体組織Tの表面で反射又は散乱された光は、対物レンズ群121に入射し、集光されて、撮像素子141の受光面上で結像する。撮像素子141は、その受光面にカラーフィルタ141aを備えたカラー画像撮像用のCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、あるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の公知撮像素子を使用することができる。
 カラーフィルタ141aは、赤色の光を通過させるRカラーフィルタと、緑色の光を通過させるGカラーフィルタと、青色の光を通過させるBカラーフィルタとが配列され、撮像素子141の各受光素子上に直接形成された、いわゆるオンチップフィルタである。図2は、一実施形態で用いる撮像素子の赤(R)、緑(G)、青(B)の各フィルタの分光特性の一例を示す図である。Rカラーフィルタは、波長約570nmより長波長、(例えば580nm~700nm)の光を通過させるフィルタであり、Gカラーフィルタは、波長約470nm~620nmの光を通過させるフィルタであり、Bカラーフィルタは、波長約530nmより短波長(例えば420nm~520nm)の光を通過させるフィルタである。
 撮像素子141は、複数の光のそれぞれで照明された生体組織Tを撮像して、各光に対応したカラー画像データを生成する撮像手段であり、波長範囲が異なる複数の光で生体組織Tを照明することにより生体組織T上で反射したあるいは散乱した光に対応するカラー画像データを生成する画像データ生成手段である。撮像素子141は、後述する画像処理部500と同期して駆動するように制御され、受光面上で結像した生体組織Tの像に対応するカラー画像データを、周期的に(例えば、1/30秒間隔で)出力する。撮像素子141から出力されたカラー画像データは、ケーブル142を介してプロセッサ200の画像処理部500に送られる。
 画像処理部500は、A/D変換回路502、プレ画像処理部504、フレームメモリ部506、ポスト画像処理部508、特徴量取得部510、メモリ512、画像表示制御部514、及びコントローラ516を主に備える。
 A/D変換回路502は、電子内視鏡100の撮像素子141からケーブル142を介して入力されるカラー画像データをA/D変換してデジタルデータを出力する。A/D変換回路502から出力されるデジタルデータは、プレ画像処理部504に送られる。
 プレ画像処理部504は、デジタルデータを、Rカラーフィルタが装着された撮像素子141中の受光素子によって撮像されたRデジタル画像データ、Gカラーフィルタが装着された撮像素子141中の受光素子によって撮像されたGデジタル画像データ、及びBカラーフィルタが装着された撮像素子141中の受光素子によって撮像されたBデジタル画像データからデモザイク処理により、画像を構成するR,G,B成分あるいは所望の波長帯域の成分からなるカラー画像データを生成する。さらに、プレ画像処理部504は、生成したR,G,Bのカラー画像データに対して、色補正、マトリックス演算、及びホワイトバランス補正等の所定の信号処理を施す部分である。
 フレームメモリ部506は、撮像素子141で撮像され、信号処理の施された1画像毎のカラー画像データを一時記憶する。
 ポスト画像処理部508は、フレームメモリ部506に記憶されたカラー画像データを読み出して、あるいは後述する画像表示制御部514で生成された画像データを信号処理(γ補正等)してディスプレイ表示用の画面データを生成する。画像表示制御部514で生成された画像データは、後述するように、生体組織Tのヘモグロビンの酸素飽和度等の特徴量の分布画像のデータを含む。生成された画面データ(ビデオフォーマット信号)は、ディスプレイ300に出力される。これにより、生体組織Tの画像や生体組織Tの特徴量の分布画像等がディスプレイ300の画面に表示される。
 特徴量取得部510は、コントローラ516の指示に応じて、後述するように、撮像された生体組織Tのヘモグロビンの量とヘモグロビンの酸素飽和度を特徴量として算出し、これらの特徴量の、撮像した生体組織Tの像上の分布画像の画像データを生成する。
 特徴量取得部510は、波長帯域の異なる複数の光で照明した生体組織Tのカラー画像データを用いて演算することにより特徴量を算出するので、フレームメモリ部506あるいはメモリ512から、特徴量取得部510で用いるカラー画像データ及び各種情報を呼び出す。
 画像表示制御部514は、特徴量取得部510で算出した特徴量の分布画像の表示形態を、コントローラ516の指示に応じて制御する。画像表示制御部514は、撮像した生体組織Tの像にヘモグロビンの酸素飽和度の分布画像(酸素飽和度分布画像)を重ねて表示するように制御する。
 コントローラ516は、画像処理部500の各部分の動作指示及び動作制御を行う他、光源装置400、撮像素子141を含む電子内視鏡100の各部分の動作指示及び動作制御を行う部分である。
 なお、特徴量取得部510及び画像表示制御部514は、コンピュータ上でプログラムを起動して実行することで上述した各機能を担うソフトウェアモジュールで構成されてもよいし、ハードウェアで構成されてもよい。
 このように、プロセッサ200は、電子内視鏡100の撮像素子141から出力されるカラー画像データを処理する機能と、電子内視鏡100、光源装置400、及びディスプレイ300の動作を指示し制御する機能とを兼ね備える。
 光源装置400は、一実施形態によれば、光源装置400は、第1の光、第2の光、及び第3の光を出射する光出射手段であり、第1の光、第2の光、及び第3の光をライトガイド131に入射させる。光源装置400は、波長帯域の異なる第1の光、第2の光、及び第3の光を出射するが、1つまたは2つの光を出射させてもよく、4つ以上の光を出射させてもよい。4つ以上の光を出射させる場合、第4の光は、第1の光と同じ波長帯域の光としてもよい。光源装置400は、光源ランプ430の他に、集光レンズ440、回転フィルタ410、フィルタ制御部420及び集光レンズ450を備えている。光源ランプ430から射出される略平行光である光は、例えば白色光であり、集光レンズ440によって集光され、回転フィルタ410を通過した後、集光レンズ450によって再度集光されて、ライトガイド131の基端131bに入射する。なお、回転フィルタ410は、リニアガイドウェイ等の図示されない移動機構によって、光源ランプ430から放射される光の光路上の位置と光路外の退避位置との間で移動可能になっている。回転フィルタ410は、透過特性の異なる複数のフィルタを含むので、光源ランプ430から放射される光の光路を横切る回転フィルタ410の種類によって、光源装置400から出射する光の波長帯域は異なる。
 なお、光源装置400の構成は、図1に示されるものに限定されない。例えば、光源ランプ430に平行光でなく収束光を発生するランプを採用してもよい。この場合、例えば、光源ランプ430からの放射される光を集光レンズ440の手前で集光させ、拡散光として集光レンズ440に入射させる構成を採用してもよい。また、集光レンズ440を使用せず、光源ランプ430が発生する略平行光を直接回転フィルタ410に入射させる構成を採用してもよい。また、収束光を発生するランプを使用する場合、集光レンズ440の替わりにコリメータレンズを使用して、略平行光の状態で光を回転フィルタ410に入射させる構成を採用してもよい。例えば、回転フィルタ410に誘電体多層膜フィルタ等の干渉型の光学フィルタを使用する場合、略平行光の光を回転フィルタ410に入射させることで、光学フィルタへの光の入射角を均一にすることにより、より良好なフィルタ特性を得ることができる。また、光源ランプ430に発散光を発生するランプを採用してもよい。この場合にも、集光レンズ440の替わりにコリメータレンズを使用して、略平行光の光を回転フィルタ410に入射させる構成を採用することができる。
 また、光源装置400は、1つの光源ランプ430から放射された光を光学フィルタに透過させることで、異なる波長帯域の複数の光を出射する構成であるが、光源ランプ430の代わりに、異なる波長帯域の異なる複数の光、例えば発光ダイオードやレーザ光を出力するレーザ素子等の半導体光源を光源装置400の光源として用いることもできる。この場合、回転フィルタ410を用いなくてもよい。また、光源装置400は、例えば、所定の波長帯域の励起光とその励起光によって励起発光する蛍光とを含む合成白色光と、所定の狭い波長帯域の光を別々に出射するように光源装置400を構成することもできる。
 光源装置400は、波長帯域の異なる複数の光を出射するものであれば構成は特に制限されない。
 光源装置400は、電子内視鏡100に外付けされた外部装置であるが、光源装置400がレーザ素子のような小型の光源で構成される場合、光源装置400は、電子内視鏡100の挿入管先端部111に設けられてもよい。この場合、ライトガイド131は不要となる。
 回転フィルタ410は、複数の光学フィルタを備えた円盤型の光学ユニットであり、その回転角度に応じて光の通過波長域が切り替わるように構成されている。回転フィルタ410は、通過波長帯域が異なる3つの光学フィルタを備えるが、4つ、5つ、または6以上の光学フィルタを備えてもよい。回転フィルタ410の回転角度は、コントローラ516に接続されたフィルタ制御部420によって制御される。コントローラ516がフィルタ制御部420を介して回転フィルタ410の回転角度を制御することにより、回転フィルタ410を通過してライトガイド131に供給される照明光ILの波長帯域が切り替えられる。
 図3は、回転フィルタ410の外観図(正面図)である。回転フィルタ410は、略円盤状のフレーム411と、3つの扇形の光学フィルタ415、416及び418を備えている。フレーム411の中心軸の周りには3つの扇状の窓414a、414b及び414cが等間隔で形成されており、各窓414a、414b及び414cには、それぞれ光学フィルタ415、416及び418が嵌め込まれている。なお、実施形態の光学フィルタは、いずれも誘電体多層膜フィルタであるが、他の方式の光学フィルタ(例えば、吸収型の光学フィルタや誘電体多層膜を反射膜として用いたエタロンフィルタ等)を用いてもよい。
 また、フレーム411の中心軸上にはボス穴412が形成されている。ボス穴412には、フィルタ制御部420が備える図示されないサーボモータの出力軸が差し込まれて固定され、回転フィルタ410はサーボモータの出力軸と共に回転する。
 回転フィルタ410が図3中の矢印で示される方向に回転すると、この光が入射する光学フィルタが、光学フィルタ415、416、418の順に切り替わり、これにより回転フィルタ410を通過する照明光ILの波長帯域が順次切り替えられる。
 光学フィルタ415及び416は、550nm帯の光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタである。図4に示されるように、光学フィルタ415は、等吸収点E1からE4までの波長帯域R0(W帯)の光を低損失で通過させ、それ以外の波長領域の光を遮断するように構成されている。また、光学フィルタ416は、等吸収点E2からE3までの波長帯域R2(N帯)の光を低損失で通過させ、それ以外の波長領域の光を遮断するように構成されている。
 また、光学フィルタ418は、紫外線カットフィルタであり、可視光波長領域では、光源ランプ430から放射された光は光学フィルタ418を透過する。光学フィルタ418を透過した光は、白色光WLとして通常観察像の撮像に使用される。なお、光学フィルタ418を使用せず、フレーム411の窓414cを開放した構成としてもよい。
 したがって、光源ランプ430から放射される光のうち光学フィルタ415を透過した光を、以降Wide光といい、光源ランプ430から放射される光のうち光学フィルタ416を透過した光を、以降Narrow光といい、光源ランプ430から放射される光のうち光学フィルタ418を透過した光を、以降白色光WLという。
 図4に示されるように、波長帯域R1は酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークP1のピーク波長が含まれる帯域であり、波長帯域R2は還元ヘモグロビンに由来する吸収ピークP2のピーク波長が含まれる帯域であり、波長帯域R3は酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークP3のピーク波長が含まれる帯域である。また、波長域R0には、3つの吸収ピークP1、P2、P3の各ピーク波長が含まれている。なお、図4は、550nm付近のヘモグロビンの吸収スペクトルの一例を示す図である。
 また、光学フィルタ415の波長帯域R0及び光学フィルタ416の波長帯域R2は、カラーフィルタ141aのGカラーフィルタの通過波長域(図2)に含まれている。従って、光学フィルタ415又は416を通過した光によって形成される生体組織Tの像は、撮像素子141で撮像されたカラー画像データのG成分の像として得られる。なお、光学フィルタ415から生成されるWide光の光強度と光学フィルタ418から生成される白色光WLの光強度が略同程度になるように光フィルタ415あるいは光学フィルタ418の透過率及び開口の大きさが調整されている。Wide光の光強度とNarrowの光強度は異なっている。
 フレーム411の周縁部には、貫通孔413が形成されている。貫通孔413は、フレーム411の回転方向において、窓414aと窓414cとの境界部と同じ位置(位相)に形成されている。フレーム411の周囲には、貫通孔413を検出するためのフォトインタラプタ422が、フレーム411の周縁部の一部を囲むように配置されている。フォトインタラプタ422は、フィルタ制御部420に接続されている。
 このように、光源装置400は、複数の光学フィルタ415,416,418を光源ランプ430の放射した光の光路中で順次切り替えることにより波長帯域の異なる光、すなわちWide光、Narrow光、及び白色光WLを照明光ILとして出射する構成を備えることが好ましい。
(生体組織の特徴量の算出)
 生体組織Tの特徴量は、プロセッサ500の特徴量取得部510で算出される。撮像した生体組織Tの画像から生体組織Tのヘモグロビンの量、及びヘモグロビンの酸素飽和度Satを特徴量として算出する処理を以下説明する。
 図4に示すように、ヘモグロビンは、550nm付近にポルフィリンに由来するQ帯と呼ばれる強い吸収帯を有する。ヘモグロビンの吸収スペクトルは、全ヘモグロビンのうち酸素化ヘモグロビンHbOが占める割合を表す酸素飽和度Satに応じて変化する。図4における実線の波形は、酸素飽和度Satが100%、すなわち、酸素化ヘモグロビンHbOの吸収スペクトルであり、長破線の波形は、酸素飽和度Satが0%、すなわち、還元ヘモグロビンHbの吸収スペクトルである。また、短破線は、その中間の酸素飽和度Sat=10、20、30、・・・90%におけるヘモグロビン、すなわち酸素化ヘモグロビンHbOと還元ヘモグロビンHbの混合物の吸収スペクトルである。
 図4に示すように、Q帯において、酸素化ヘモグロビンHbOと還元ヘモグロビンHbは互いに異なるピーク波長を有する。具体的には、酸素化ヘモグロビンHbOは、波長542nm付近の吸収ピークP1と、波長576nm付近の吸収ピークP3を有している。一方、還元ヘモグロビンHbは、556nm付近に吸収ピークP2を有している。図4は、酸素化ヘモグロビンHbO、還元ヘモグロビンHbの濃度の和が一定となる場合の吸収スペクトルであるため、酸素化ヘモグロビンHbO及び還元ヘモグロビンHbの比率、すなわち、酸素飽和度によらず吸光度が一定となる等吸収点E1、E2、E3、E4が現れる。以下の説明では、等吸収点E1とE2とで挟まれた波長帯域は、先に光学フィルタ410で説明した波長帯域R1であり、等吸収点E2とE3とで挟まれた波長領域は波長帯域R2であり、等吸収点E3とE4とで挟まれた波長帯域は波長帯域R3であり、等吸収点E1とE4とで挟まれた波長帯域、すなわち波長帯域R1、R2及びR3を合わせた帯域は、波長帯域R0である。したがって、光源ランプ430から放射された光のうち光学フィルタ415を透過した透過光であるWide光の波長帯域は、波長帯域R0であり、光源ランプ430から放射された光のうち光学フィルタ416を透過した透過光であるNarrow光の波長帯域は、波長帯域R2である。
 図4に示されるように、波長帯域R1,R2,R3では、ヘモグロビンの吸収は酸素飽和度に対して線形的に増加又は減少する。具体的には、波長帯域R1,R3におけるヘモグロビンの吸収AR1,AR3は、酸素化ヘモグロビンの濃度、すなわち酸素飽和度に対して線形的に増加する。また、波長帯域R2におけるヘモグロビンの吸収AR2は、還元ヘモグロビンの濃度に対して線形的に増加する。
 ここで、酸素飽和度は次の式(1)により定義される。
式(1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
   但し、
    Sat:酸素飽和度
    [Hb]:還元ヘモグロビンの濃度
    [HbO]:酸素化ヘモグロビンの濃度
    [Hb]+[HbO]:ヘモグロビンの量(tHb)
 また、式(1)より、酸素化ヘモグロビンHbO及び還元ヘモグロビンHbの濃度を表す式(2)、式(3)が得られる。
式(2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 
式(3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 
 したがって、ヘモグロビンの吸収AR1、AR2及びAR3は、酸素飽和度とヘモグロビンの量の両方に依存する特徴量となる。
 ここで、波長帯域R0における吸光度の合計値は、酸素飽和度Satには依存せず、ヘモグロビンの量によって決まる値となることが判明している。したがって、波長帯域R0における吸光度の合計値に基づいてヘモグロビンの量を定量することができる。また、波長帯域R1、波長帯域R2、あるいは波長帯域R3における吸光度の合計値と、波長帯域R0の合計値に基づいて定量したヘモグロビンの量とに基づいて、酸素飽和度Satを定量することができる。
 特徴量取得部510は、生体組織Tのヘモグロビンの量(第1特徴量)の変化に対して感度を有する後述する第1比率に基づいて生体組織Tのヘモグロビンの量を算出し取得するヘモグロビン量算出部510aと、算出したヘモグロビンの量(第1特徴量)とヘモグロビンの酸素飽和度(第2特徴量)の変化に対して感度を有する後述する第2比率に基づいて生体組織Tのヘモグロビンの酸素飽和度を算出し取得する酸素飽和度算出部510bと、を含む。第1比率あるいは第2比率がヘモグロビンの量の変化あるいは酸素飽和度の変化に対して感度を有するとは、第1比率あるいは第2比率が、ヘモグロビンの量の変化あるいは酸素飽和度の変化に対して変化することをいう。
 Wide光(光学フィルタ415を透過した波長帯域R0の光)で照明した生体組織Tのカラー画像データの輝度成分の値が、上述の波長帯域R0における吸光度の合計値に対応することから、特徴量取得部510のヘモグロビン量算出部510aは、波長帯域R0のカラー画像データの輝度成分に基づいてヘモグロビンの量を算出する。ここで、輝度成分は、カラー画像データのR成分に所定の係数を掛け算し、カラー画像データのG成分に所定の係数を掛け算し、カラー画像データのB成分の値に所定の係数を掛け算し、これらの掛け算した結果を合算することで算出することができる。
 特徴量取得部510のヘモグロビン量算出部510aは、具体的には、Wide光(第2の光)を照明光ILとして用いた生体組織Tのカラー画像データ(第2のカラー画像データ)の輝度成分Wide(Yh)を、白色光WL(第1の光)を照明光ILとして用いた生体組織Tのカラー画像データ(第1のカラー画像データ)のR成分WL(R)、あるいはR成分WL(R)及びG成分WL(G)の合計成分WL(R)+WL(G)で割った比率Wide(Yh)/WL(R)またはWide(Yh)/{WL(R)+WL(G)}(第1比率)に基づいてヘモグロビンの量を算出する。ヘモグロビンの量の算出において、輝度成分Wide(Yh)を、WL(R)あるいは{WL(R)+WL(G)}で割った比率Wide(Yh)/WL(R)またはWide(Yh)/{WL(R)+WL(G)}を用いるのは、照明光ILが生体組織Tの表面で散乱する程度によって生体組織Tの分光特性が変化することを除去するためである。特に、消化管内壁等の生体組織Tの反射スペクトルは、生体組織Tを構成する成分による吸収の波長特性(具体的には、酸素化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸収スペクトル特性)に加えて、生体組織Tによる照明光の散乱の波長特性の影響を受け易い。白色光WL(第1の光)を照明光ILとして用いた生体組織Tのカラー画像データ(第1のカラー画像データ)のR成分WL(R)、あるいはR成分及びG成分の合計成分WL(R)+WL(G)は、ヘモグロビンの量や酸素飽和度Satの影響を受けず、照明光ILの生体組織Tにおける散乱の程度を表す。したがって、生体組織Tの反射スペクトルから、照明光ILの生体組織Tにおける散乱の影響を除去するために、白色光WL(基準光)の波長帯域は、第1のカラー画像データの成分の1つが、生体組織Tのヘモグロビンの量の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むように設定されていることが好ましい。これに加えて、白色光WL(基準光)の波長帯域は、第1のカラー画像データの成分の1つが、酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むように設定されていることが好ましい。
 一実施形態では、ヘモグロビンの量が既知の生体組織における上述の第1比率の情報とヘモグロビンの量の対応関係を表した参照テーブルをメモリ512に予め記憶しておき、特徴量取得部510のヘモグロビン量算出部510aは、この参照テーブルを用いて、生体組織Tの撮像したカラー画像データにおける上記第1比率の値に基づいてヘモグロビンの量を算出する。
 一実施形態のヘモグロビンの量の算出では、第1比率として、Wide光(第2の光)を照明光ILとして用いた生体組織Tのカラー画像データ(第2のカラー画像データ)の輝度成分Wide(Yh)と、白色光WL(第1の光)を照明光ILとして用いた生体組織Tのカラー画像データ(第1のカラー画像データ)のR成分WL(R)、あるいはR成分及びG成分の合計成分WL(R)+WL(G)の比率Wide(Yh)/WL(R)またはWide(Yh)/{WL(R)+WL(G)}を用いることが好ましいが、Wide光(第2の光)を照明光ILとして用いた生体組織Tのカラー画像データ(第2のカラー画像データ)の輝度成分Wide(Yh)の代わりにG成分Wide(G)を用いることも好ましい。
 さらに、上述したように、酸素飽和度Satの上昇とともに波長帯域R2における吸光度の合計値が低下すること、及び、波長帯域R0における吸光度の合計値はヘモグロビンの量に応じて変化するが、酸素飽和度Satの変化に係わらず一定であることから、特徴量取得部510の酸素飽和度算出部510bは、以下に定める第2比率に基づいて酸素飽和度を算出する。すなわち、特徴量取得部510の酸素飽和度算出部510bは、光学フィルタ416を通過した波長帯域R2の光であるNarrow光で照明した生体組織Tのカラー画像データ(第3のカラー画像データ)の輝度成分Narrow(Yh)と、Wide光(光学フィルタ416を透過した波長帯域R0の光)で照明した生体組織Tのカラー画像データ(第2のカラー画像データ)の輝度成分Wide(Yh)との比率Narrow(Yh)/Wide(Yh)を、第2比率として算出する。一方、ヘモグロビンの量と、酸素飽和度Sat=0%における第2比率の下限値及び酸素飽和度Sat=100%における第2比率Narrow(Yh)/Wide(Yh)の上限値との関係を表した対応関係を、既知の試料から求めてメモリ512に予め記憶しておく。特徴量取得部510の酸素飽和度算出部510bは、生体組織Tの撮像によって生成したカラー画像データから得られるヘモグロビンの量の算出結果と上記対応関係を用いて、第2比率の下限値及び上限値を求める。さらに、酸素飽和度算出部510bは、求めた下限値と上限値の間で酸素飽和度Satは第2比率に応じて線形的に変化することを利用して、撮像した生体組織Tの第2比率Narrow(Yh)/Wide(Yh)の値が上限値と下限値の間の範囲のどの位置にあるか、を算出する。このようにして、特徴量取得部510の酸素飽和度算出部510bは、酸素飽和度Satの算出を行う。
 また、一実施形態によれば、ヘモグロビンの量及び第2比率の値とヘモグロビンの酸素飽和度Satとの対応関係を表した参照テーブルを既知の試料から求めて予めメモリ512に記憶しておき、この参照テーブルを参照して、算出した第2比率からヘモグロビンの酸素飽和度Satを算出することもできる。
 一実施形態では、第2比率を、Narrow光で照明した生体組織Tのカラー画像データ(第3のカラー画像データ)の輝度成分Narrow(Yh)と、Wide光で照明した生体組織Tのカラー画像データ(第2のカラー画像データ)の輝度成分Wide(Yh)との比率として用いるが、Narrow光で照明した生体組織Tのカラー画像データ(第3のカラー画像データ)のG成分Narrow(G)と、Wide光で照明した生体組織Tのカラー画像データ(第2のカラー画像データ)のG成分Wide(G)との比率を用いることもできる。
 また、一実施形態では、第2比率の算出のために、生体組織Tの照明のために波長帯域R2のNarrow光を用いるが、Narrow光には限られない。例えば、酸素飽和度Satの変化に対して吸光度の合計値が変化する波長帯域R1あるいは波長帯域R2を利用することを意図して、波長帯域R1あるいは波長帯域R2を波長帯域とする光を用いこともできる。この場合、光学フィルタ416のフィルタ特性を波長帯域R1あるいは波長帯域R2に設定するとよい。
 このように、一実施形態では、酸素飽和度Satを正確に算出するには、Narrow光(第3の光)の波長帯域は、Wide光(第2の光)の波長帯域に含まれることが好ましい。また、Wide光(第2の光)の波長帯域は、第2のカラー画像データの成分の1つ、例えば輝度成分やG成分が、ヘモグロビンの量の変化に対して感度を有するが、酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域R0を含むように設定されていることが、正確に酸素飽和度Satを算出することができる点から好ましい。Narrow光(第3の光)の波長帯域は、第3のカラー画像データの成分の1つ、例えば輝度成分やG成分が、生体組織Tの酸素飽和度Satの変化に対して感度を有するような波長帯域R2を含むように設定されていることが、正確に酸素飽和度Satを算出することができる点から好ましい。
 また、白色光WL(第1の光)の波長帯域は、第1のカラー画像データの1つの成分が、生体組織Tのヘモグロビンの量の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むように設定されていることが、生体組織Tにおける散乱光の分光特性の影響を除去することができる点から好ましい。
 また、上述のWide光(第2の光)は、光学フィルタの1つで、白色光WL(第1の光)の波長帯域のうち、例えば500nm~600nmの範囲内の第1波長帯域、例えば等吸収点E1と等吸収点E4間の波長帯域を透過させた白色光WL(第1の光)の濾過光であり、Narrow光(第3の光)は、光学フィルタの1つで、第1波長帯域の範囲内の、第1波長帯域より狭い第2波長帯域、例えば等吸収点E2と等吸収点E3間の波長帯域を透過させた白色光WL(第1の光)の濾過光であることが好ましい。上記第1波長帯域は、例えば、510nm~590nmの範囲内の帯域であることが好ましい。また、上記第2波長帯域は、例えば、510nm~590nmの範囲内の帯域であることが好ましく、530nm~580nmの範囲内の帯域であることがより好ましい。
 また、上述の実施形態では、ヘモグロビンの吸光度を利用してヘモグロビン量及び酸素飽和度を算出するときに、550nm付近の波長帯域の光を照明光として利用するが、これは一例である。ヘモグロビンの吸光度において、550nm付近の波長帯域以外にも、大きな吸収ピークが420~450nmに存在し、かつ等吸収点を備える。この等吸収点の周りで、酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸収スペクトルの波形が交互に入れ替わる。このため、一実施形態では、400~460nmの波長帯域内の、異なる波長あるいは波長帯域の光を照明光として利用して、ヘモグロビン量及び酸素飽和度を算出することも好ましい。この場合においても、ヘモグロビン量及び酸素飽和度の算出は、下記のように行うことができる。
 図5は、第1比率とヘモグロビンの量との関係の一例を示す図である。特徴量取得部510のヘモグロビン量算出部510aは、上述したように第1比率を求めると、図5に示すような関係を表した参照テーブルを参照して、求めた第1比率に基づいてヘモグロビンの量を求める。図5は、第1比率の値に基づいてヘモグロビンの量H1を求めたことを表している。図5の横軸及び縦軸の数値は、便宜的に0~1024の値で表されている。
 図6は、第2比率の上限値及び下限値とヘモグロビンの量の関係の一例を示す図である。6の横軸及び縦軸の数値は、便宜的に0~1024の値で表されている。
 特徴量取得部510の酸素飽和度量算出部510bは、上述したように第2比率を求めると、ヘモグロビン量算出部510aで求めたヘモグロビンの量と第2比率とに基づいて、図6に示す対応関係を用いて、求めたヘモグロビンの量における第2比率の上限値及び下限値を求める。この上限値が酸素飽和度Sat=100%を示し、下限値が酸素飽和度Sat=0%を示す。この上限値と下限値の間のどの位置に求めた第2比率はあるかを求めることで、酸素飽和度量算出部510bは、酸素飽和度Satの値を求める。酸素飽和度0~100%の間は、第2比率の値に応じて線形的に変化するとして、第2比率の値から酸素飽和度の値を算出する。図6では、ヘモグロビンの量がH1であるときの上限値Max(100%)と下限値Min(0%)を求めている。この上限値Max(100%)と下限値Min(0%)と第2比率の値Yから、酸素飽和度Satの値が求められる。
 こうして求められた酸素飽和度Satは、生体組織Tの画像の画素毎に行われるので、生体組織Tの像上の酸素飽和度Satの分布は、酸素飽和度分布画像として表すことができる。酸素飽和分布画像は、各画素における酸素飽和度Satの値によって画素の色相を変化させた(例えば赤色から青色に変化させた)グラデーションで表される。
(酸素飽和度分布画像の表示)
 上述したように、内視鏡システム1では、複数の光で生体組織Tを照明し撮像することにより生成される各光に対応するカラー画像データの成分から求められる比率(第2比率)に基づいてヘモグロビンの酸素飽和度Satを算出するので、酸素飽和度Satの値によって酸素飽和度Satの分布を色のグラデーションで表した酸素飽和度分布画像も、撮像した画像中の生体組織Tの像の位置ずれを反映した画像となる。
 より具体的に説明すると、酸素飽和度Satの算出は、第1比率に基づいてヘモグロビンの量を算出することと、第2比率とヘモグロビンの量に基づいて酸素飽和度Satを算出することにより行われる。ここで、第1比率及び第2比率のそれぞれは、波長帯域の異なる白色光WL、Wide光、及びNarrow光でそれぞれ時間間隔をあけて照明された生体組織Tを撮像することにより生成されるカラー画像データの成分間の比である。これらの撮像された各画像上の生体組織Tの像は、生体組織の動きや撮像素子の手ぶれ等により、異なる画像間で生体組織Tの像が位置ずれしている場合がある。例えば、白色光WLに対応する生体組織Tの像とWide光に対応する生体組織の像が、画像中で位置ずれする場合や、Wide光に対応する生体組織Tの像とNarrow光に対応する生体組織の像が、画像中で位置ずれする場合や、白色光WLに対応する生体組織Tの像とWide光に対応する生体組織の像とNarrow光に対応する生体組織の像とが、互いに画像中で位置ずれする場合等がある。
 図7(a)~(c)は、各光で照明して撮像した生体組織の像の位置ずれの一例を説明する図である。図7(a)~(c)は、順番に、白色光WLで照明して撮像した生体組織Tの像1、Wide光で照明して撮像した生体組織Tの像であって、像1に対して位置ずれした像2、及び、像1と像2の画像データから得られるヘモグロビンの量の分布画像3を示す。
 像1に対して、像2は、画像中で左下方に位置ずれしている。このような像1及び像2の画像データから得られる第1比率は、位置ずれにより本来の像とは関係のない位置で値が高くなり、あるいは低くなる。このため、第1比率に基づいて求められるヘモグロビンの量の分布画像には、位置ずれによって、図7(c)に示すように、ヘモグロビンの量の高い場所と、ヘモグロビンの低い場所がアーチファクトとして形成される。
 図8(a)~(d)は、各光で照明して撮像した生体組織の像の位置ずれの一例を説明する図である。図8(a)~(d)は、順番に、白色光WLで照明して撮像した生体組織Tの像3、Wide光で照明して撮像した生体組織Tの像であって、像3に対して位置ずれしていない像4、Narrow光で照明して撮像した生体組織Tの像であって、像3及び像4に対して位置ずれした像5、及び、像3~像5の画像データから得られるヘモグロビンの量の分布画像6を示す。
 像3に対して、像4は、位置ずれしていないので、ヘモグロビンの量の分布画像には位置ずれに起因するアートファクトは形成されない。しかし、像5は、像4に対して画像中で左下方に位置ずれしている。このような像4及び像5の画像データから得られる第2比率は、位置ずれにより本来の像とは関係のない位置で値が高くなり、あるいは低くなる。このため、第2比率とアーチファクトの形成されないヘモグロビンの量の分布画像に基づいて求められるヘモグロビンの酸素飽和度分布画像(Sat分布画像)には、位置ずれによって、図8(d)に示すように、酸素飽和度の高い場所(黒い部分)と、酸素飽和度の低い場所(白抜き部分)がアーチファクトとして形成される。
 図9は、像の位置ずれによって生じる酸素飽和度Satのアーチファクトの形成を説明する図である。図9に示すグラフの横軸及び縦軸の数値は、便宜的に0~1024の値で表されている。本来、ヘモグロビンの量が値H1であるべきところを、図7(a),(b)に示すように、像1と像2の位置ずれにより形成される図7(c)に示すようなヘモグロビンの量の分布画像により、図9に示すように、ヘモグロビンの量として値H1より低い値H2を求める場合がある。この場合、Wide光で照明し撮像された生体組織Tの像とNarrow光で照明し撮像された生体組織Tの像の間で位置ずれがない場合でも、第2比率の上限値及び下限値は、Max1,Min1からMax2、Min2に低下する。このため、第2比率が、図9に示すように、上限値Max2と下限値Min2の間の範囲からはずれる場合があり、第2比率が上限値Max2を超える場合、例えば赤色の表示をし、第2比率が下限値Min2を下回る場合、例えば青色の表示をする。このため、図7(c)に示すように、酸素飽和度Satの値を色で表示した酸素濃度分布画像では、赤色あるいは青色のアーチファクトが発生する場合がある。
 また、図8(a)~(c)に示すように、像3と像4に位置ずれがないので、正しいヘモグロビンの量の分布画像が得られるとしても、像4と像5が位置ずれすることにより、像4と像5の画像データから得られる第2比率には、位置ずれに起因した値の高い場所と低い場所が生まれる。この場合、ヘモグロビンの量の値が本来あるべき正しい値H1であっても、第2比率が上限値Max1と下限値Min1の間の範囲からはずれる場合があり、第2比率が上限値Max1を超える場合、例えば赤色の表示をし、第2比率が下限値Min1を下回る場合、例えば青色の表示をする。このため、図8(d)に示すように、酸素飽和度Satの値を色で表示した酸素濃度分布画像では、赤色あるいは青色のアーチファクトが発生する。
 このようなアートファクトの発生を抑制するために、一実施形態では、第2比率の値が、ヘモグロビンの量に応じて定めた第2比率の許容範囲、すなわち上限値及び下限値の間の範囲をはずれる酸素飽和度分布画像の画素について透過率を調整する。具体的には、画像表示制御部514は、生体組織Tの像に酸素飽和度分布画像を重ねて表示するように画像データの制御を行う。このとき、画像表示制御部514は、第2比率の値が、ヘモグロビンの量に応じて定めた第2比率の許容範囲、すなわち上限値及び下限値の間の範囲をはずれる酸素飽和度分布画像の画素について、その画素の透過率の調整をする。具体的には、画像表示制御部514は、第2比率の許容範囲をはずれる画素の透過率を、第2比率の許容範囲内の画素の透過率に比べて高くする。例えば、第2の比率が許容範囲内の画素は、透過率0の非透過画素であり、第2比率が許容範囲をはずれる画素は透過画素にする。透過画素は、上述したように、透過率0%超から透過率100%まで透過率の画素を含む。上記実施形態では第2比率の許容範囲をはずれた第2比率の画素をいずれも例えば透過率100%の画素とするが、第2比率の値と第2比率の上限値あるいは下限値との差が増えるにしたがって、透過率が徐々に大きくなるように、透過率を徐々に変化させる調整を行うこともできる。
 図10(a)は、一実施形態における画素の透過率の調整の一例を説明する図であり、図10(b)は、従来の画素のグラデーションの設定を説明する図である。
 ヘモグロビンの量に応じて定まる第2比率の上限値と下限値との間の領域を、酸素飽和度Satに応じて色を変化させるグラデーション領域GDとし、第2比率が上限値を超える領域及び第2比率が下限値を下回る領域を、透過画素領域TP1,TP2とする。従来のグラデーションは、図10(b)に示すように、第2比率が上限値と下限値との間の領域をはずれる領域も、赤色や青色で表示するグラデーション領域GDであった。
 このように、第2比率の許容範囲をはずれる酸素飽和度分布画像の画素を透過画素にすることにより、この部分の生体組織Tの像が見えることになるので、像の位置ずれに起因した異常値やアーチファクトを目立たなくして酸素飽和度分布画像を表示することができる。このため、内視鏡システムを利用する操作者は、体腔内の酸素飽和度の低い領域に基づいて悪性腫瘍部の有無を判断しその位置を特定する際、誤判断と間違った位置特定の可能性を低くすることができる。
 以上の実施形態では、ヘモグロビンの量及び酸素飽和度Satを求める際に、波長帯域の異なる3つの光が照明光として用いられる。しかし、一実施形態によれば、ヘモグロビンの量及び酸素飽和度Satを求めるために、光源装置400は、第4の波長帯域の光成分及び第4の波長帯域と異なる第5の波長帯域の光成分を含む第1の光と、第4の波長帯域及び第5の波長帯域と異なる第3の波長帯域の第3の光を照明光として出射することも好ましい。この場合、ヘモグロビン量算出部510aは、第1の光を照明光としたときに生成される第1のカラー画像データから抽出される第4の波長帯域及び第5の波長帯域に対応した対応成分である成分aと成分bの比から得られる第1比率に基づいてヘモグロビンの量を算出し、酸素飽和度算出部510bは、上記成分aと成分bの1つと、第3の光を照明光としたときに生成される第3のカラー画像データの成分の1つ(第3の波長帯域の成分)から第2比率を生成し、この第2比率と、ヘモグロビン量算出部510aで算出されたヘモグロビンの量と、に基づいてヘモグロビンの酸素飽和度Satを算出することも好ましい。第1のカラー画像データから抽出される2つの光成分の波長帯域に対応した対応成分は、図1に示すプロセッサ200では、画像処理部504(対応成分抽出部)において、マトリックス演算により抽出することができる。
 このとき、一実施形態によれば、第5の波長帯域は、第1のカラー画像データの第5の波長帯域に対応した対応成分が、生体組織のヘモグロビン量の変化に対して感度を有するが、酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含むことが、精度の高いヘモグロビンの量を算出することができる点で好ましい。
 その際、第3の波長帯域は、第3のカラー画像データの成分の1つが、酸素飽和度の変化に対して感度を有するような波長帯域を含むことが、精度の高い酸素飽和度を算出することができる点で好ましい。
 例えば、第1の光に、620~670nmの第4の波長帯域の光成分(赤光成分)、525~582nmの第5の波長帯域の光成分(緑光成分)を含ませる。第2の光の第3の波長帯域は、545~570nmとする。この場合、一実施形態によれば、ヘモグロビンの量を求めるための指標となる第1比率は、対応成分のうちの緑光成分に対応した対応成分(525~582nmの波長帯域の成分)の、緑光成分に対応した対応成分(525~582nmの波長帯域の成分)と赤光成分に対応した対応成分(620~670nmの波長帯域の成分)の和、すなわち合成した対応成分に対する比率とし、酸素飽和度Satを求めるための指標となる第2比率は、第3のカラー画像データの545~570nmの波長帯域に対応した成分の、上記第1のカラー画像データの緑光成分に対応した対応成分(525~582nmの波長帯域の成分)に対する比率とすることができる。
 また、一実施形態によれば、照明光として用いる3つの光に代えて3つの光成分を有する1つの光を用いて1つのカラー画像データを得て、このカラー画像データの成分を用いて、ヘモグロビン量及び酸素飽和度Satを求めることもできる。この場合、1つの光を照明光として用いるので、光源装置400の構成が簡素化する他、複数のカラー画像データを生成する必要が無いので、プロセッサ200における各部分の構成が簡素化する。さらに、内視鏡100は1回の照明光による撮像しかしないので、上述した複数回の撮像による生体組織の像の位置ずれに起因して生じる酸素飽和度分布画像中の異常値は生じない。しかし、カラー画像データにノイズ成分が含まれ、あるいは、1回の撮像により、生体組織の像にぶれが生じる場合があり、酸素飽和度分布画像中にアーチファクトが生じる場合もある。このため、第2比率の値が、ヘモグロビンの量に応じて定めた第2比率の許容範囲をはずれる画素について、画像表示制御部514が、生体組織の像に重ねる画素の透過率を調整することは好ましい。
 この場合、ヘモグロビン量算出部510aは、カラー画像データから抽出される3つの光成分の波長帯域に対応した対応成分を用いて得られる第1比率に基づいてヘモグロビンの量を算出し、酸素飽和度算出部510bは、抽出した対応成分を用いて得られる第2比率と算出したヘモグロビンの量あるいは第1比率とに基づいてヘモグロビンの酸素飽和度を算出する。
 この場合、1つの光に、例えば、450~500nmの波長帯域の光成分(青光成分)、525~582nmの波長帯域の光成分(緑光成分)、620~670nmの波長帯域の光成分(赤光成分)を含ませるとよい。このような光で得られたカラー画像データを、図1に示すプレ画像処理部504にてマトリックス演算を行って上記波長帯域に対応したカラー画像データの3つの対応成分を求めることができる。この場合、一実施形態によれば、ヘモグロビンの量を求めるための指標となる第1比率は、緑光成分に対応した対応成分(525~582nmの波長帯域の成分)の、3つの対応成分から得られる合成した対応成分(例えば、3つの対応成分の値を加重平均した値を有する対応成分)に対する比率とすることができる。さらに、酸素飽和度Satを求めるための指標となる第2比率は、青光成分に対応した対応成分(450~500nmの波長帯域の成分)の、緑光成分に対応した対応成分(525~582nmの波長帯域の成分)に対する比率とすることができる。すなわち、光源装置400は、波長帯域の異なる3つの光成分を含む1つの光を出射するように構成される。これにより電子内視鏡100で生成されたカラー画像データから、プロセッサ200のプレ画像処理部504(対応成分抽出部)は、光成分の波長帯域それぞれに対応した第1のカラー画像データの対応成分を抽出する。抽出した対応成分を用いて、特徴量取得部510はヘモグロビンの量及び酸素飽和度Satを生体組織の特徴量として取得する。
 内視鏡システム1では、精度の高い診断を行うために、酸素飽和度Satの分布を示す酸素飽和度分布画像は高画質であることが求められる。このため、酸素飽和度分布画像は、好ましくは100万画素以上、より好ましくは200万画素以上、さらに好ましくは800万画素以上である。一方、取り扱う画像の画素数が多くなる程、プロセッサ200の演算回路は大きくなり、処理負荷も大きくなる傾向にある。特に、100万画素以上の高画素(高画質)では上記傾向は顕著である。上述の一実施形態では、ヘモグロビンの量や酸素飽和度Satとカラー画像データを関連付けた参照テーブルや対応関係の情報を予め設けておき、この参照テーブル及び対応関係を用いてヘモグロビンの量及び酸素飽和度Satを算出するので、上述の実施形態は、カラー画像データの取得の度にヘモグロビンの量及び酸素飽和度Satを、参照テーブル及び対応関係を用いずに算出する場合に比べて効率よくヘモグロビンの量及び酸素飽和度Satを算出することができる。このため、プロセッサ200の演算回路を小さくすることができ、これにより、高画質な画像を生成するとしても、低コストで、低発熱量で、低省電力のプロセッサ200を提供することができる。
 以上、実施形態を説明したが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。
1  内視鏡システム
100  電子内視鏡
110  挿入管
111  挿入管先端部
121  対物レンズ群
131  ライトガイド
131a 先端部
131b 基端部
132  レンズ
141  撮像素子
141a カラーフィルタ
142  ケーブル
200  プロセッサ
300  ディスプレイ
400  光源部
410  回転フィルタ
420  フィルタ制御部
430  光源ランプ
440  集光レンズ
450  集光レンズ
500  画像処理部
502  A/D変換回路
504  プレ画像処理部
506  フレームメモリ部
508  ポスト画像処理部
510  特徴量取得部
512  メモリ
514  画像表示制御部
516  コントローラ

Claims (12)

  1.  波長帯域の異なる少なくとも2つの光を出射するように構成された光源装置と、
     少なくとも2つの前記光でそれぞれ照明された生体組織を撮像することにより、各光に対応した前記生体組織の像のカラー画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、
     前記カラー画像データの成分を用いて前記生体組織におけるヘモグロビンの量及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、前記酸素飽和度の分布を示す酸素飽和度分布画像を生成するように構成された特徴量取得部と、前記酸素飽和度分布画像の表示形態を制御するように構成された画像表示制御部と、を含むプロセッサと、
     前記撮像部で撮像された前記生体組織の像に前記酸素飽和度分布画像を重ねて表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
     前記特徴量取得部は、前記カラー画像データの成分を用いて得られる第1比率に基づいて前記ヘモグロビンの量を算出するように構成されたヘモグロビン量算出部と、前記カラー画像データの成分を用いて得られる第2比率と前記ヘモグロビンの量とに基づいて前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するように構成された酸素飽和度算出部と、を含み、
     前記画像表示制御部は、前記第2比率の値が、前記ヘモグロビンの量に応じて定めた前記第2比率の許容範囲をはずれる画素について、前記生体組織の像に重ねる該画素の透過率を調整するように構成された、ことを特徴とする内視鏡システム。
  2.  前記光源装置は、第1の波長帯域の第1の光、前記第1の波長帯域と異なる第2の波長帯域の第2の光、及び第1の波長帯域及び前記第2の波長帯域と異なる第3の波長帯域の第3の光を含む少なくとも3以上の光を出射するように構成され、
     前記撮像部は、前記第1の光、前記第2の光、及び前記第3の光でそれぞれ照明された生体組織を撮像することにより、前記第1の光に対応した第1のカラー画像データ、前記第2の光に対応した第2のカラー画像データ、及び前記第3の光に対応した第3のカラー画像データを生成するように構成され、
     前記第1比率は、前記第1のカラー画像データの一成分と前記第2のカラー画像データの一成分との比率であり、
     前記第2比率は、前記第2のカラー画像データの一成分と前記第3のカラー画像データの一成分との比率である、請求項1に記載の内視鏡システム。
  3.  前記第1の波長帯域は、前記第2の波長帯域及び前記第3の波長帯域に比べて広く、前記第2の波長帯域は、前記第3の波長帯域に比べて広く、
     前記第1の波長帯域は、前記第1のカラー画像データの成分の1つが、前記生体組織のヘモグロビンの量の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含む、請求項2に記載の内視鏡システム。
  4.  前記第2の波長帯域は、前記第2のカラー画像データの成分の1つが、前記生体組織のヘモグロビン量の変化に対して感度を有するが、前記酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含む、請求項2または3に記載の内視鏡システム。
  5.  前記第1比率は、前記第2のカラー画像データの輝度成分と、前記第1のカラー画像データのR成分、あるいはR成分及びG成分の合計成分との比率である、請求項2~4のいずれか1項に記載の内視鏡システム。
  6.  前記第2比率は、前記第3のカラー画像データの輝度成分と前記第2のカラー画像データの輝度成分との比率である、請求項2~5のいずれか1項に記載の内視鏡システム。
  7.  前記第2の波長帯域は、500nm~600nmの範囲内にあり、
     前記第3の波長帯域は、前記第2の波長帯域内の前記前記第2の波長帯域より狭い波長帯域であり、
     前記第2の光は、光学フィルタで、前記第2の波長帯域の光成分を透過させた前記第1の光の濾過光であり、前記第3の光は、光学フィルタで、前記第3の波長帯域の光成分を透過させた前記第1の光の濾過光である、請求項2~6のいずれか1項に記載の内視鏡システム。
  8.  前記光源装置は、第4の波長帯域の光成分及び前記第4の波長帯域と異なる第5の波長帯域の光成分を含む第1の光、及び前記第4の波長帯域及び前記第5の波長帯域と異なる第3の波長帯域の第3の光を出射するように構成され、
     前記撮像部は、前記第1の光及び前記第3の光でそれぞれ照明された生体組織を撮像することにより、前記第1の光に対応した第1のカラー画像データ及び前記第3の光に対応した第3のカラー画像データを生成するように構成され、
     前記第1比率は、前記第1のカラー画像データから、前記第4の波長帯域及び前記第5の波長帯域のそれぞれに対応した前記第1のカラー画像データの対応成分同士の比から得られる比率であり、
     前記第2比率は、前記対応成分の一つと前記第3のカラー画像データの一成分との比率である、請求項1に記載の内視鏡システム。
  9.  前記第5の波長帯域は、前記対応成分のうち前記第5の波長帯域に対応した対応成分が、前記生体組織のヘモグロビン量の変化に対して感度を有するが、前記酸素飽和度の変化に対して感度を有しないような波長帯域を含む、請求項8に記載の内視鏡システム。
  10.  前記第3の波長帯域は、前記第3のカラー画像データの成分の1つが、前記酸素飽和度の変化に対して感度を有するような波長帯域を含む、請求項2~9のいずれか1項に記載の内視鏡システム。
  11.  波長帯域の異なる少なくとも3つの光成分を含む光を出射するように構成された光源装置と、
     前記光で照明された生体組織を撮像することによりカラー画像データを生成するように構成された撮像素子を備えた撮像部を含む内視鏡と、 
     前記光成分の波長帯域それぞれに対応した前記カラー画像データの対応成分を用いて、前記生体組織におけるヘモグロビンの量及び前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出し、前記酸素飽和度の分布を示す酸素飽和度分布画像を生成する特徴量取得部と、前記酸素飽和度分布画像の表示形態を制御する画像表示制御部と、を含むプロセッサと、
     前記撮像部で撮像された前記生体組織の像に前記酸素飽和度分布画像を重ねて表示するディスプレイと、を備え、
     前記特徴量取得部は、前記対応成分を用いて得られる第1比率に基づいて前記ヘモグロビンの量を算出するヘモグロビン量算出部と、前記対応成分を用いて得られる第2比率と前記ヘモグロビンの量とに基づいて前記ヘモグロビンの酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、を含み、
     前記画像表示制御部は、前記第2比率の値が、前記ヘモグロビンの量に応じて定めた前記第2比率の許容範囲をはずれる画素について、前記生体組織の像に重ねる該画素の透過率を調整する、ことを特徴とする内視鏡システム。
  12.  前記画像表示制御部は、前記第2比率が許容範囲をはずれる画素の透過率を、前記第2比率が許容範囲内にある画素の透過率に比べて高くする、請求項1~11のいずれか1項に記載の内視鏡システム。
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