JP2014064861A - 内視鏡システム及び画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表層微細構造や肥厚などの生体組織上の凹凸のみを明瞭化する。
【解決手段】白色光Ｗで照明された被検体をカラーのＣＣＤ４４で撮像することにより、青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒを得る。これら信号Ｂ，Ｇ，Ｒに基づいて、被検体の平均的な明るさを示す明度信号Ｉ（（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）／３）を生成する。明度信号Ｉのうち一定の閾値Ｔｈ１を超える画素領域をピットパターンなどの表層微細構造Ｐとして抽出する。表層微細構造Ｐが抽出された表層微細構造画像７０はモニタ１４に表示される。
【選択図】図８

Description

本発明は、生体組織上に形成されるピットパターンなどの微細構造や肥厚などの凹凸パターンを明瞭に観察することができる内視鏡システム及び画像生成方法に関する。

近年の医療においては、内視鏡装置を用いた診断等が広く行われている。この内視鏡診断では、被検体内の照明光として広帯域光の白色光を用いる通常光観察の他、特定波長の特殊光を照明光として用いることによって、ガンなどの病変部を他の部位よりも明瞭化したり、また、病変部の位置や大きさを直感的に把握し易くする特殊光観察も行われるようになってきている。

例えば、特許文献１では、生体組織の深さ方向への深達度及び血中ヘモグロビンの吸光特性が波長依存性を有すること利用し、短波長の青色狭帯域光で、生体組織表層に形成される微細血管やピットパターンなどの微細構造の明瞭化するとともに、青色狭帯域光よりも長波長の緑色狭帯域光で、生体組織の中深層に位置する太い血管を明瞭化している。これら表層〜中深層の血管や表層微細構造は、ガンの鑑別や深達度診断をする際の重要な手がかりとなることから、青色狭帯域光や緑色狭帯域光で明瞭化することによって、鑑別等の精度を飛躍的に向上させることができる。

また、特許文献２では、自家蛍光を励起するための励起光を生体組織に照射したときには、ガンなどの病変によって肥厚している病変部位から発せられる自家蛍光は、肥厚していない正常部位からの自家蛍光よりも光量が減少するという特性を利用することで、病変部位と正常部位との境界の明確化を図っている。このように病変部位との境界を明確化することで、スクリーニング時のように遠景状態から観察を行う場合に、病変部の位置や大きさの把握が容易になる。

特開２００１−１７０００９号公報 特開平８−２５２２１８号公報

近年では、ガンの鑑別方法や深達度診断の方法は多岐にわたっている。したがって、表層微細血管や中深層血管などの血管パターンと、表層微細構造や肥厚などの凹凸パターンの両方から、ガン診断を行う場合の他、凹凸パターンのみに着目して診断を行う場合もある。このように凹凸パターンのみに着目して診断を行う場合には、凹凸パターンの視認性を向上させる一方で、血管パターンの視認性を低下させる必要がある。

この凹凸パターンのみの明瞭化については、特許文献１には記載及び示唆がない。また、特許文献２によれば、凹凸パターンのうち肥厚の明瞭化を行うことができる。しかしながら、肥厚の検出に用いる自家蛍光は微弱であるため、これを感度良く捉えるためには、ＥＭＣＣＤのような高感度の撮像素子が別途必要となってしまう。

本発明は、表層微細構造や肥厚などの生体組織上の凹凸のみを明瞭化することができる内視鏡システム及び画像生成方法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、被検体を撮像することにより、画像信号を取得する画像信号取得手段と、画像信号から被検体上の凹凸情報のみを抽出して、凹凸画像を生成する凹凸画像生成手段とを備えることを特徴とする。

凹凸画像生成手段は、画像信号から生体組織表層の微細構造のみを抽出した微細構造画像を、凹凸画像として生成する微細構造画像生成部を有することが好ましい。画像信号は互いに異なる波長成分の情報を有する複数色の画像信号から構成され、微細構造画像生成部は、複数色の画像信号に基づいて、被検体の平均的な明るさを示す明度信号を生成する第１明度信号生成部と、明度信号のうち画素値が一定の閾値を超える画素領域を微細構造として抽出することにより、微細構造画像を生成する第１画像生成部とを有することが好ましい。微細構造画像には高周波の周波数フィルタリングが施されることが好ましい。

凹凸画像生成手段は、画像信号から生体組織表層から中深層にかけて厚みを帯びた肥厚のみを抽出した肥厚画像を、凹凸画像として生成する肥厚画像生成部を有することが好ましい。画像信号は互いに異なる波長成分の情報を有する複数色の画像信号から構成され、肥厚画像生成部は、複数色の画像信号に基づいて、被検体の平均的な明るさを示す明度信号を生成する第２明度信号生成部と、明度信号のうち画素値が一定の範囲内にある画素領域を肥厚として抽出することにより、肥厚画像を生成する第２画像生成部とを有することが好ましい。一定の範囲の下限値は、被検体の血管部分の画素値よりも大きいことが好ましい。肥厚画像には低〜中周波の周波数フィルタリングが施されることが好ましい。

被検体の撮像は、色分離フィルタが設けられた複数色の画素を有するカラーの撮像素子によって行うことが好ましい。複数色の光を被検体に順次照射する照明手段を備え、被検体の撮像は、照明手段で順次照射される毎に、モノクロの撮像素子で行うことが好ましい。凹凸画像を表示する表示手段を備えることが好ましい。

本発明の画像生成方法は、被検体を撮像素子で撮像することにより画像信号を取得し、画像信号から被検体上の凹凸情報のみを抽出した凹凸画像を、凹凸画像生成手段によって生成することを特徴とする。

本発明によれば、凹凸画像生成手段で得られる凹凸画像は、画像信号から被検体上の凹凸情報のみを抽出して生成された画像であるため、この凹凸画像においては、微細血管などの血管パターンではなく、表層微細構造や肥厚などの生体組織上の凹凸パターンのみが明瞭化している。

第１実施形態の内視鏡システムを示す図である。 第１実施形態の内視鏡システムの内部構成を示す図である。 励起光により励起発光する白色光Ｗの発光スペクトルを示すグラフである。 ズームレンズがワイド位置にあるときに撮像された非拡大画像を表す図である。 ズームレンズがテレ位置にあるときに撮像された拡大画像を表す図である。 Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターの分光透過率を示すグラフである。 第１実施形態における通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第１実施形態における表層微細構造観察モード、微細構造・血管観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 特殊光画像生成部の内部構成を示す図である。 表層微細構造画像の生成方法を説明するための図である。 表層微細構造強調画像を表す図である。 肥厚画像の生成方法を説明するための図である。 肥厚、肥厚でない部位、中深層血管からの反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を表す図である。 肥厚強調画像を表す図である。 輝度比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を示すグラフである。 Ｂ／Ｇ画像の一部の輝度分布を表すグラフである。 表層血管抽出画像の一部の輝度分布を表すグラフである。 中深層血管画像の一部の輝度分布を表すグラフである。 微細構造・血管強調画像を表す図である。 肥厚・血管強調画像を表す図である。 表層微細構造観察モード又は微細構造・血管観察モードにおける一連の流れを表したフローチャートである。 肥厚観察モード又は肥厚・血管観察モードにおける一連の流れを表したフローチャートである。 第２実施形態の内視鏡システムの内部構成を示す図である。 ロータリフィルタを示す図である。 Ｂフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタの分光透過率と、広帯域光ＢＢ及び青色狭帯域光ＢＮの発光強度を示すグラフである。 第２実施形態における通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第２実施形態における表層微細構造観察モード、微細構造・血管観察モード時のＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。

図１及び図２に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、被検体内を撮像する電子内視鏡１１と、電子内視鏡１１で撮像した画像に各種画像処理を施すプロセッサ装置１２と、被検体を照明する光を電子内視鏡１１に供給する光源装置１３と、プロセッサ装置１２で各種画像処理が施された画像を表示するモニタ１４とを備えている。

電子内視鏡１１は、被検体内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７とプロセッサ装置１２及び光源装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部１７のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内撮影用の光学系等を内蔵した先端部１６ａが設けられている。先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって被検体内の所望の方向に向けられる。

また、操作部１７には、各種モードに切り替えるためのモード切替ＳＷ１５が設けられている。各種モードは、白色光で照明された被検体を撮像することで得られる通常光画像をモニタ１４に表示する通常観察モードと、生体組織の表層上に形成された微細構造を強調した表層微細構造強調画像をモニタ１４に表示する表層微細構造観察モードと、生体組織において表層から中深層にかけて厚みを帯びた肥厚を強調した肥厚強調画像をモニタ１４に表示する肥厚観察モードと、表層微細構造とともに特定の深さに位置する血管を強調した微細構造・血管強調画像をモニタ１４に表示する微細構造・血管観察モードと、肥厚とともに特定深さに位置する血管を強調した肥厚・血管強調画像をモニタ１４に表示する肥厚・血管観察モードの合計５つのモードで構成される。

ユニバーサルコード１８には、プロセッサ装置１２および光源装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、プロセッサ装置１２および光源装置１３に着脱自在に接続される。

図２に示すように、光源装置１３は、特定波長の励起光ＥＬを発する励起光光源３０と、青色帯域において特定波長に狭帯域化された青色狭帯域光ＢＮを発する青色狭帯域光源３１と、励起光光源３０からの励起光ＥＬが入射する励起光用光ファイバ３５と、青色狭帯域光源３１からの青色狭帯域光ＢＮが入射する青色狭帯域光用光ファイバ３６と、これら光ファイバ３５，３６と電子内視鏡内のライトガイド４３とを光学的に連結するカプラー３７と、励起光光源３０及び青色狭帯域光源３１のＯＮ・ＯＦＦを切り替えるための光源切替部３９とを備えている。

励起光光源３０はレーザーダイオードなどの半導体光源で構成され、図３に示すように、中心波長４４５ｎｍの励起光ＥＬを発する。この励起光ＥＬは、励起光用光ファイバ３５、カプラー３７及びライトガイド４３を介して、電子内視鏡１１の先端部１６ａに設けられた蛍光体４０に照射される。蛍光体４０では、励起光ＥＬの一部を吸収して緑色〜赤色の蛍光ＦＬを励起発光する複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光物質）を含んで構成される。蛍光体４０で励起発光した蛍光ＦＬは、蛍光体４０により吸収されず透過した励起光ＥＬと合波することで、白色光Ｗが生成される。

青色狭帯域光源３１はレーザーダイオードなどの半導体光源で構成され、中心波長４０５ｎｍの青色狭帯域光ＢＮを発する。この青色狭帯域光ＢＮは、生体組織の表層にまで深達度を有していることから、ピットパターンなどの生体組織の表層微細構造を明るく光らせるために用いられる。

光源切替部３９はプロセッサ装置内のコントローラー５９に接続されており、設定されているモードに応じて、励起光光源３０及び青色狭帯域光源３１のＯＮ（点灯）、ＯＦＦ（消灯）に切り替える。通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モードに設定されている場合には、励起光光源３０が常時ＯＮにされる一方で、青色狭帯域光源３１は常時ＯＦＦにされる。したがって、被検体には白色光Ｗのみが常時照射される。一方、表層微細構造観察モード又は微細構造・血管観察モードに設定されている場合には、励起光光源３０が常時ＯＮにされる一方で、青色狭帯域光源３１は１フレームおきにＯＮ・ＯＦＦが切り替えられる。これにより、白色光Ｗのみの照射と、白色光Ｗ及び青色狭帯域光ＢＮの同時照射とが、１フレームおきに交互に繰り返される。

電子内視鏡１１は、ライトガイド４３、ＣＣＤ４４、アナログ処理回路４５（ＡＦＥ：Analog Front End）、撮像制御部４６、倍率制御部４７を備えている。ライトガイド４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内のカプラー３７に挿入されており、出射端が蛍光体４０に向けられている。ライトガイド４３内で導光された光は、蛍光体４０、照射レンズ４８ｂ、及び照明窓４９を通して、被検体内に照射される。観察窓５０は、被検体からの戻り光を受光する。受光した光は、集光レンズ５１及びズームレンズ４８ａを介してＣＣＤ４４に入射する。

ズームレンズ４８ａには、このズームレンズ４８ａを光軸方向に移動させるアクチュエータ４８ｃが取り付けられている。アクチュエータ４８ｃは、コントローラ５９に接続された倍率制御部４７によって駆動制御される。倍率制御部４７は、ズーム操作部２０で設定された倍率に応じた位置にズームレンズ４８ａが移動するように、アクチュエータ４８ｃを制御する。スクリーニング時のように、被検体内の全体的な様子を観察する必要がある場合には、ズームレンズ４８ａをワイド位置にセットして、図４Ａのような非拡大画像をモニタ１４に表示させる。一方、癌の鑑別診断時のように、観察部位の詳細構造を観察する必要がある場合には、ズームレンズ４８ａをテレ位置にセットして、図４Ｂのような拡大画像をモニタ１４に表示させる。

なお、通常観察モード時、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モード時には、被検体内の全体的な様子を観察することが多いことから、ズームレンズ４８ａをワイド位置にセットすることが多い。一方、表層微細構造観察モード、微細構造・血管観察モード時には、観察対象を拡大して観察することが多いことから、ズームレンズ４８ａをテレ位置にセットすることが多い。

ＣＣＤ４４は、集光レンズ５１からの光が入射する撮像面４４ａを有しており、この撮像面４４ａで受光した光を光電変換して信号電荷を蓄積する。蓄積された信号電荷は撮像信号として読み出され、ＡＦＥ４５に送られる。ＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、Ｂ色のカラーフィルタが設けられたＢ画素、Ｇ色のカラーフィルタが設けられたＧ画素、Ｒ色のカラーフィルターが設けられたＲ画素の３色の画素が配列されている。これらＢ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルターは、図５に示す曲線５２，５３，５４で示される分光透過率を有している。

ＡＦＥ４５は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）、及びアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）（いずれも図示省略）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ４４からの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ４４の駆動により生じたノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣで増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ装置１２に入力する。

撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９から指示がなされたときにＣＣＤ４４に対して駆動信号を送る。ＣＣＤ４４は、撮像制御部４６からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで撮像信号をＡＦＥ４５に出力する。

通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モードに設定されている場合には、図６Ａに示すように、１フレーム期間内で、白色光Ｗの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷として読み出すステップとが行なわれる。この撮像制御は、通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。なお、読出ステップ毎に、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からは、青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒが出力される。

表層微細構造観察モード又は微細構造・血管観察モードに設定されている場合には、図６Ｂに示すように、１フレーム期間内で、白色光Ｗの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷として読み出すステップとが行なわれる。この後に、１フレーム期間内で、白色光Ｗ及び青色狭帯域光ＢＮの像光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を読み出すステップとが行われる。この２フレーム分の撮像制御は、表層観察モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。なお、読出ステップ毎に、最初の１フレーム目では、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１が出力され、次の２フレーム目では、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素から青色信号Ｂ２、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２が出力される。

図２に示すように、プロセッサ装置１２は、通常光画像生成部５５と、フレームメモリ５６と、特殊光画像生成部５７（凹凸画像生成手段の一態様）と、表示制御回路５８を備えており、コントローラー５９が各部を制御している。通常光画像生成部５５は、白色光Ｗの像光を電子内視鏡１１で撮像して得られる信号から、通常光画像を作成する。即ち、通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モード時には、青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒから通常光画像が生成される。また、表層微細構造観察モード又は微細構造・血管観察モード時には、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１から通常光画像が生成される。なお、生成された通常光画像はフレームメモリ５６に一時的に記憶される。

図７に示すように、特殊光画像生成部５７は、表層微細構造強調画像生成部６１と、肥厚強調画像生成部６２と、凹凸・血管強調画像生成部６３とを備えている。表層微細構造強調画像生成部６１は、被検体の平均的明るさを表す明度信号Ｉを生成する明度信号生成部６１ａ（第１明度信号生成部）と、明度信号Ｉから表層微細構造画像を抽出する微細構造抽出部６１ｂ（微細構造画像生成部）と、この微細構造抽出部６１ｂで抽出した表層微細構造画像を通常光画像に合成して表層微細構造強調画像を生成する画像生成部６１ｃとを備えている。

明度信号生成部６１ａは、表層微細構造観察モード又は微細構造・血管観察モード時に得られる２フレーム目の信号Ｂ２，Ｇ２，Ｒ２の信号値の合計値（Ｂ２＋Ｇ２＋Ｒ２）を３で除算することにより、明度信号Ｉ（＝（Ｂ２＋Ｇ２＋Ｒ２）／３）を生成する。この明度信号Ｉは、各色の信号値を平均化したものであるため、被検体の平均的な明るさを表している。微細構造抽出部６１ｂは、図８（Ａ）に示すように、明度信号Ｉのうち一定の高輝度閾値Ｔｈ１を超える画素領域を、表層微細構造Ｐとして抽出する。なお、微細構造抽出部６１ｂには、明度信号Ｉのうち一定の高輝度閾値Ｔｈ１を超える画素領域を、表層微細構造Ｐとして抽出することにより、微細構造画像を生成する第１画像生成部が含まれている。表層微細構造Ｐが抽出された表層微細構造画像は、図８（Ｂ）に示すように、高輝度閾値Ｔｈ１を超える画素領域については明度信号Ｉの画素値をそのまま用いる一方で、高輝度閾値Ｔｈ１以下の画素領域については画素値を「０」にする。

このように高輝度閾値Ｔｈ１を超える画素領域を表層微細構造Ｐとしているのは、以下の理由による。表層微細構造は、生体組織表層に形成される微細孔が多数集まったピットパターンなどから構成されるため、そのピットパターンの微細孔に、白色光や青色狭帯域光ＢＮが入り込むと、多重散乱現象が生じて明るく光るようになる。そこで、高輝度閾値Ｔｈ１を超える明るい領域を表層微細構造としている。なお、腺管と腺管との間には表層微細血管Ｖ１が存在することが多いが、この表層微細血管は白色光の青色成分や青色狭帯域光ＢＮに強い吸光特性を示すため、画像上では暗く表示される。したがって、表層微細血管Ｖ１はほとんど高輝度閾値Ｔｈ１を下回るため、表層微細構造画像には表層微細血管はほとんど存在しない（入り込んでいない）。

次に、表層微細構造画像に対して、高周波の周波数フィルタリング処理を施す。表層微細構造Ｐの部分の輝度値は他の部位と比べて大きく変化する。したがって、高周波の周波数フィルタリングを施すことで、図８（Ｃ）に示すように、表層微細構造Ｐのみがシャープに抽出された表層微細構造画像７０が得られる。

画像生成部６１ｃは、微細構造抽出部６１ｂで得られた表層微細構造画像７０と通常光画像を合成することにより、図９に示す表層微細構造強調画像７２を生成する。生成された表層微細構造強調画像７２は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。表層微細構造強調画像７２は、明るい通常光画像をベースとしているため、視認性が確保した状態で診断を行うことができる。また、表層微細構造強調画像７２は、表層の生体組織のうち表層微細血管Ｖ１ではなく表層微細構造Ｐのみが明瞭化されているため、表層微細構造Ｐのみに着目して癌診断を行う場合に適した画像となっている。

図７に示すように、肥厚強調画像生成部６２は、肥厚部分の情報が入った信号を大きくするために信号Ｂ，Ｇ，Ｒのゲインを調整するゲイン調整部６２ａと、ゲイン調整された信号Ｂ，Ｇ，Ｒから被検体の平均的明るさを表す明度信号Ｉを生成する明度信号生成部６２ｂ（第２明度信号生成部）と、明度信号Ｉから肥厚画像を抽出する肥厚抽出部６２ｃ（肥厚画像生成部）と、この肥厚抽出部で抽出した肥厚画像を通常光画像に合成して肥厚強調画像を生成する画像生成部６２ｄとを備えている。

ゲイン調整部６２ａは、肥厚観察モード時又は肥厚・血管観察モード時に得られる信号Ｂ，Ｇ，Ｒのうち、信号Ｂについては画素値に１以下のゲインを掛け合わせ、信号Ｇ，Ｒについては画素値に１以上のゲインを掛け合わせる。肥厚は表層から中深層にかけて厚みを帯びているため、波長が５００ｎｍを下回るような短波長の光の反射光ではなく、波長が５００ｎｍを超えるような長波長の光の反射光に肥厚に関する情報が多く含まれている。したがって、波長が５００ｎｍを下回る光の反射光の情報を多く含む信号Ｂの画素値を低下させる一方で、波長が５００ｎｍを超える光の反射光の情報を多く含む信号Ｇ，Ｒの画素値を増加させることで、肥厚に関する情報を顕著化することができる。

明度信号生成部６１ｂは、ゲイン調整された信号Ｂ，Ｇ，Ｒの信号値の合計値（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）を３で除算することにより、明度信号Ｉ（＝（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）／３）を生成する。この明度信号Ｉは、各色の信号値を平均化したものであるため、被検体の平均的な明るさを表している。肥厚抽出部６２ｃは、図１０（Ａ）に示すように、明度信号Ｉのうち画素値が閾値Ｔｈ２〜Ｔｈ３の中輝度範囲Ｍ内にある画素領域を、肥厚Ｑとして抽出する。なお、肥厚抽出部６２ｃには、明度信号Ｉのうち画素値が閾値Ｔｈ２〜Ｔｈ３の中輝度範囲Ｍ内にある画素領域を、肥厚Ｑとして抽出する第２画像生成部が含まれている。肥厚Ｑが抽出された肥厚画像８０は、図１０（Ｂ）に示すように、画素値が中輝度範囲Ｍ内に収まっている画素領域については画素値をそのままを用いる一方で、画素値が中輝度範囲Ｍに入っていない画素領域については画素値を「０」にする。

このように画素値が中輝度範囲Ｍに入っている画素領域を肥厚Ｑとしているのは、以下の理由による。肥厚Ｑは、図１１に示すように、生体組織表層から隆起部によって、肥厚していない他の部位と比べて、表層〜中深層にかけての厚みが大きくなっている。したがって、中深層にまで深達度を有する５００ｎｍ超の光を照射した場合、肥厚Ｑからの反射光Ｒ１は、肥厚していない他の部位の反射光Ｒ２と比較して、光量が弱まる。一方、この肥厚Ｑから反射光Ｒ１は、中深層血管Ｖ２に５００ｎｍ超の光を照射したときの反射光Ｒ３ほど、光量は弱まらない。これは、肥厚Ｑを形成する粘膜の吸光度が、血管中のヘモグロビンの吸光度よりも低いためである。そこで、画素値が中輝度範囲Ｍに入っている画素領域を肥厚Ｑとしている。

次に、肥厚画像８０に対して、低〜中周波の周波数フィルタリング処理を施す。肥厚部分の輝度値は他の部位と比べて変化が小さい。そこで、低〜中周波の周波数フィルタリングを施すことで、図１０（Ｃ）に示すように、肥厚のみがシャープに抽出された肥厚画像８０が得られる。

画像生成部６１ｄは、肥厚抽出部６１ｃで得られた肥厚画像８０と通常光画像を合成することにより、図１２に示す肥厚強調画像８２を生成する。生成された肥厚強調画像８２は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。肥厚強調画像８２は、明るい通常光画像をベースとしているため、視認性が確保した状態で診断を行うことができる。また、肥厚強調画像８２は、生体組織表層の生体情報のうち肥厚Ｑのみが明瞭化されているため、肥厚のみに着目して癌診断を行う場合に適した画像となっている。

図７に示すように、凹凸・血管強調画像生成部６３は、Ｂ／Ｇ画像生成部６３ａ、血管抽出部６３ｂ、凹凸・血管強調画像生成部６３ｃを備えている。Ｂ／Ｇ画像生成部６３ａは、白色光の像光の撮像により得られる信号のうち青色成分の信号及び緑色成分の信号から、Ｂ／Ｇ画像を生成する。Ｂ／Ｇ画像の各画素には、青色信号Ｂの信号値を緑色信号Ｇの信号値で除した輝度比Ｂ／Ｇの情報が含まれている。肥厚観察モード又は肥厚・血管観察モードの場合であれば、ＢとＧとからＢ／Ｇ画像が生成される。一方、表層微細構造観察モード又は微細構造・血管観察モードの場合であれば、Ｂ１とＧ１とからＢ／Ｇ画像が生成される。

Ｂ／Ｇ画像における各画素の輝度比Ｂ／Ｇは血管深さと関連性を有しており、図１３に示すように、血管深さが大きくなるほど輝度比Ｂ／Ｇも大きくなる比例関係となっている。したがって、「表層血管の輝度＜粘膜の輝度＜中深層血管の輝度」の大小関係が成り立っている。なお、図１４のＢ／Ｇ画像が示すように、照明ムラ等の要因により、Ｂ／Ｇ画像の輝度は中心部分が一番高く、中心から周辺に向かうほど低くなる分布となる場合があることから、上記大小関係（表層血管の輝度＜粘膜の輝度＜中深層血管の輝度）は局所的には成り立つものの、大局的には成り立たないことがある。

血管抽出部６３ｂは、Ｂ／Ｇ画像から特定の層に位置する血管を抽出した血管抽出画像を生成する。血管抽出は、周波数フィルタリング処理により行われる。表層血管を抽出する場合には、表層血管に多い周波数帯成分である高周波成分をＢ／Ｇ画像から抽出する。これにより、図１５に示すように、表層血管の輝度が負で、粘膜部分の輝度がほぼ「０」となる表層血管抽出画像が得られる。表層血管抽出画像では、表層血管のみがシャープに抽出されている。一方、中深層血管を抽出する場合には、中深層血管に多い周波数帯成分である中周波成分をＢ／Ｇ画像から抽出する。これにより、図１６に示すように、中深層血管の輝度が正で、粘膜部分の輝度がほぼ「０」となる中深層血管抽出画像が得られる。中深層血管抽出画像では、中深層血管のみがシャープに抽出されている。

以上のような周波数フィルタリング処理を行うことで、粘膜の成分はほぼ「０」に近い値となるため、血管部分のみを抽出することができる。また、上記大小関係（表層血管の輝度＜粘膜の輝度＜中深層血管の輝度）も大局的に成り立つようになる。

凹凸・血管強調画像生成部６５は、微細構造・血管観察モードに設定されている場合には、表層微細構造画像、血管抽出画像、及び通常光画像を合成することにより、表層微細構造及び特定層の血管とが明瞭化された微細構造・血管強調画像が生成される。生成された微細構造・血管強調画像は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。例えば、血管抽出画像として表層血管抽出画像が用いられた場合には、図１７に示すように、多数の腺管で構成されるピットパターンＰと腺管の間にある微細血管Ｖ１の両方が明瞭化された微細構造・血管強調画像９０が表示される。このように、ピットパターンＰと微細血管Ｖ１の両方を明瞭化することで、癌の鑑別における診断能を向上させることができる。

一方、凹凸・血管強調画像生成部６５は、肥厚・血管観察モードに設定されている場合には、肥厚画像、血管抽出画像、及び通常光画像を合成することにより、肥厚及び特定層の血管とが明瞭化された肥厚・血管強調画像が生成される。生成された肥厚・血管強調画像は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。例えば、血管抽出画像として中深層血管抽出画像が用いられた場合には、図１８に示すように、肥厚Ｑと中深層血管Ｖ２の両方が明瞭化された肥厚・血管強調画像９２が表示される。このように癌の可能性がある肥厚Ｑと中深層血管Ｖ２の両方を明瞭化することで、スクリーニング時に病変部を検出し易くなる。

次に、表層微細構造観察モード及び微細構造・血管観察モードにおける一連の流れを、図１９に示すフローチャートを用いて説明する。

モード切替ＳＷ１５により表層微細構造観察モード又は微細構造・血管観察モードに切り替えられると、被検体に向けて白色光Ｗが照射される。この白色光Ｗが照明された被検体をカラーのＣＣＤ４４で撮像することにより、ＣＣＤ４４から青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１が出力される。この後に、被検体に向けて白色光Ｗ及び青色狭帯域光ＢＮが同時照射される。白色光Ｗ及び青色狭帯域光ＢＮが照明された被検体をＣＣＤ４４で撮像することにより、ＣＣＤ４４から青色信号Ｂ２、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２が出力される。

次に、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１に基づいて、通常光画像を生成する。そして、青色信号Ｂ２，Ｇ２，Ｒ２の信号値の合計値（Ｂ２＋Ｇ２＋Ｒ２）を３で除算することにより、明度信号Ｉを生成する。この明度信号Ｉのうち高輝度閾値Ｔｈ１を超える画素領域を抽出して表層微細構造画像を生成する。生成した表層微細構造画像７０に高周波の周波数フィルタリングを施すことによって、画像中の表層微細構造をシャープにする。

そして、表層微細構造観察モードに設定されている場合には、周波数フィルタリングが施された表層微細構造画像と通常光画像とを合成することによって、表層微細構造強調画像が生成される。生成された表層微細構造強調画像は、モニタ１４に表示される。以上の一連の動作は、表層微細構造観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

一方、微細構造・血管観察モードに設定されている場合には、青色信号Ｂ１及び緑色信号Ｇ１間の輝度比Ｂ／ＧからなるＢ／Ｇ画像を生成する。Ｂ／Ｇ画像が生成されると、Ｂ／Ｇ画像から特定層の血管が抽出される。これにより、血管抽出画像が得られる。この血管抽出画像、表層微細構造強調画像７０、及び通常光画像を合成することにより、微細構造・血管強調画像が生成される。生成された微細構造・血管強調画像は、モニタ１４に表示される。以上の一連の動作は、微細構造・血管観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

次に、肥厚観察モード及び肥厚・血管観察モードにおける一連の流れを、図１９に示すフローチャートを用いて説明する。

モード切替ＳＷ１５により肥厚観察モード又は肥厚・血管観察モードに切り替えられると、被検体に向けて白色光Ｗが照射される。この白色光Ｗが照明された被検体をカラーのＣＣＤ４４で撮像することにより、ＣＣＤ４４から青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒが出力される。

次に、青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒに基づいて、通常光画像を生成する。また、これら信号Ｂ，Ｇ，Ｒをゲイン調整することによって、信号Ｂの画素値を低下させる一方で、信号Ｇ，Ｒの画素値は増加させる。そして、ゲイン調整された信号Ｂ，Ｇ，Ｒの信号値の合計値（Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）を３で除算することにより、明度信号Ｉを生成する。この明度信号Ｉのうち低輝度閾値Ｔｈ２を下回る画素領域を抽出して肥厚画像を生成する。生成した肥厚画像に低〜中周波の周波数フィルタリングを施すことによって、画像中の肥厚をシャープにする。

そして、肥厚観察モードに設定されている場合には、周波数フィルタリングが施された肥厚画像と通常光画像とを合成することによって、肥厚強調画像が生成される。生成された肥厚強調画像は、モニタ１４に表示される。以上の一連の動作は、肥厚観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

一方、肥厚・血管観察モードに設定されている場合には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間の輝度比Ｂ／ＧからなるＢ／Ｇ画像を生成する。Ｂ／Ｇ画像が生成されると、Ｂ／Ｇ画像から特定層の血管が抽出される。これにより、血管抽出画像が得られる。この血管抽出画像、肥厚強調画像、及び通常光画像を合成することにより、肥厚・血管強調画像が生成される。生成された肥厚・血管強調画像は、モニタ１４に表示される。以上の一連の動作は、肥厚・血管観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

本発明の第２実施形態では、カラーのCCDを用いた同時方式の第１実施形態とは異なり
、RGBのロータリフィルタを用いた面順次方式で、被検体の撮像を行う。図２１に示すよ
うに、第２実施形態の内視鏡システム１００では、光源装置１１３の構成が第１実施形態の光源装置１３と異なっている。また、電子内視鏡１１の先端部１６ａには蛍光体４０が設けられていない。また、電子内視鏡１１内のＣＣＤの構成及び撮像制御部４６の動作が第１実施形態と異なっている。また、微細構造観察モード及び微細構造・血管観察モードにおける通常光画像の生成方法が異なっている。それ以外については、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と異なる部分についてのみ以下で説明する。

光源装置１１３は、広帯域光ＢＢ（４００〜７００ｎｍ）を発する白色光源１３０と、この白色光源１３０からの広帯域光ＢＢをＢ、Ｇ、Ｒの３色の光に色分離し、それら各色の光を順次ライトガイド４３に供給するロータリフィルタ１３４と、青色狭帯域光ＢＮを発する半導体光源ユニット１３６と、ロータリフィルタ１３４とライトガイド４３の間の広帯域光ＢＢの光路Ｌ１上に青色狭帯域光ＢＮを合流させる光合流部１３８とを備えている。

白色光源１３０はキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドなどから構成される。ロータリフィルタ１３４は、図２２に示すように、Ｂフィルタ部１３４ａ、Ｇフィルタ部１３４ｂ、Ｒフィルタ部１３４ｃが選択的に広帯域光ＢＢの光路Ｌ１に挿入されるように回転自在に設けられている。ロータリフィルタ１３４は、円板形状をしており、円周方向に３分割されて中心角が１２０°の扇型の領域に、それぞれＢフィルタ部１３４ａ、Ｇフィルタ部１３４ｂ、Ｒフィルタ部１３４ｃが設けられている。

図２３に示すように、Ｂフィルタ部１３４ａは広帯域光ＢＢから青色帯域のＢ光を透過させ、Ｇフィルタ部１３４ｂは広帯域光ＢＢから緑色帯域のＧ光を透過させ、Ｒフィルタ部１３４ｃは広帯域光ＢＢから赤色帯域のＲ光を透過させる。したがって、ロータリフィルタ１３４の回転によって、ロータリフィルタ１３４からはＢ光、Ｇ光、Ｒ光が順次出射する。

半導体光源ユニット１３６は、青色狭帯域光源１３６ａ、光ファイバ１３６ｂ、光源制御部１３６ｃを有する。青色狭帯域光源１３６ａはレーザーダイオードなどの半導体光源から構成され、図２３に示すように、中心波長４０５ｎｍの青色狭帯域ＢＮを発光する。青色狭帯域光源１３６ａは、光源制御部１３６ｃの制御に従って、点灯及び消灯を行う。通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モードの場合には、青色狭帯域光源２３６ａは常時消灯される。微細構造観察モード、微細構造・血管観察モードの場合には、ロータリフィルタ１３４のBフィルタ１３４ａが広帯域光BBの光路L１に挿入されたときにのみ、青色狭帯域光源１３６ａのみが点灯し、それ以外のGフィルタ、Rフィルタ１３４b
、１３４ｃが光路L１に挿入されたときには、青色狭帯域光源１３６ａは消灯する。

光ファイバ１３６ｂは、青色狭帯域光源１３６ａからの青色狭帯域光BNが入射する。この青色狭帯域光BNは、コリメータレンズ（図示省略）を通して、光合流部１３８に向けて出射する。光合流部１３８はダイクロイックミラーであり、ロータリフィルタ１３４からの光はそのまま透過させる一方で、半導体光源ユニット１３６からの青色狭帯域光ＢＮは反射させる。これによって、青色狭帯域光BNの光路Ｌ２を広帯域光BBの光路Ｌ１に一致させる。光合流部１３８を出た光は、集光レンズ１４２を通して、ライトガイド４３に入射する。

電子内視鏡内のＣＣＤ１４４は、上記第１実施形態と異なり、撮像面にマイクロカラーフィルタが設けられていないモノクロ撮像素子である。また、このＣＣＤ１４４の撮像を制御する撮像制御部４６についても、上記第１実施形態と異なる動作を行う。

通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モードにおいては、図２４Ａに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの三色の像光を順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを順次出力する。この一連の動作は、通常観察モード、肥厚観察モード、肥厚・血管観察モードに設定されている間、繰り返される。面順次撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒは、それぞれ第１実施形態のＢ、Ｇ、Ｒに対応している。

また、微細構造観察モード、微細構造・血管観察モードにおいては、図２４Ｂに示すように、同時照射されたB色の光及び青色狭帯域光BNの混色光の像光、Ｇ色の光の像光、R色の光の像光をそれぞれ順次撮像して電荷を蓄積し、この蓄積した電荷に基づいて面順次撮像信号B＋ＢＮ、Ｇ、Rを順次出力する。この一連の動作は表層観察モードに設定されている間、繰り返される。面順次撮像信号B＋ＢＮ、Ｇ、Rは、それぞれ第１実施形態のＢ２、Ｇ２、R２に対応している。

第２実施形態では、微細構造観察モード、微細構造・血管観察モード時に通常光画像を生成する場合、通常光画像生成部５５内の補正信号生成部５５ａで、面順次撮像信号Ｂ＋ＢＮから青色狭帯域光ＢＮの成分を除去した補正信号Ｂ´を生成し、その補正信号Ｂ´と面順次撮像信号Ｇ、Ｒと用いて、通常光画像を生成する。補正信号生成部５５ａでは、Ｂ色の光の光量と青色狭帯域光ＢＮの光量の関係等から予め定められる補正係数ｋを、面順次撮像信号Ｂ＋ＢＮに掛け合わせることによって、補正信号Ｂ´を生成する。

なお、上記第１及び第２実施形態では、表層微細構造画像を通常光画像に合成して表層微細構造強調画像を生成し、また、肥厚画像を通常光画像に合成して肥厚強調画像を生成したが、通常光画像との合成を行わず、表層微細構造画像または肥厚画像をそのままモニタに表示してもよい。

なお、上記第１及び第２実施形態では、明度信号Ｉのうち画素値が閾値Ｔｈ１を上回る画素領域を表層微細構造としたが、これに代えて、明度信号Ｉのうち画素値が閾値Ｔｈ４〜Ｔｈ５の高輝度範囲Ｎにある画素領域を表層微細構造としてもよい。この高輝度範囲Ｎの上限値Ｔｈ５は、照明光の正反射により生じるハレーションの輝度値よりも低く設定されている。したがって、高輝度範囲Ｎによって抽出処理を行うことで、ハレーション領域ではなく、表層微細構造のみを抽出することができる。なお、閾値Ｔｈ１は、高輝度範囲Ｎの範囲内に含まれている。

１０，１００ 内視鏡システム
４４ （カラーの）ＣＣＤ
５７ 特殊光画像生成部
６１ 表層微細構造強調画像生成部
６１ａ 明度信号生成部
６１ｂ 微細構造抽出部
６１ｃ，６２ｄ 画像生成部
６２ａ ゲイン調整部
６２ｂ 明度信号生成部
６２ｃ 肥厚抽出部
７０ 表層微細構造画像
８０ 肥厚画像
１３０ 白色光源
１３４ ロータリフィルタ
１４４ （モノクロの）ＣＣＤ

Claims (12)

1. 被検体を撮像することにより、画像信号を取得する画像信号取得手段と、
   前記画像信号から前記被検体上の凹凸情報のみを抽出して、凹凸画像を生成する凹凸画像生成手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記凹凸画像生成手段は、
   前記画像信号から生体組織表層の微細構造のみを抽出した微細構造画像を、前記凹凸画像として生成する微細構造画像生成部を有することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記画像信号は互いに異なる波長成分の情報を有する複数色の画像信号から構成され、
   前記微細構造画像生成部は、
   前記複数色の画像信号に基づいて、前記被検体の平均的な明るさを示す明度信号を生成する第１明度信号生成部と、
   前記明度信号のうち画素値が一定の閾値を超える画素領域を微細構造として抽出することにより、前記微細構造画像を生成する第１画像生成部とを有することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
4. 前記微細構造画像には高周波の周波数フィルタリングが施されることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
5. 前記凹凸画像生成手段は、
   前記画像信号から生体組織表層から中深層にかけて厚みを帯びた肥厚のみを抽出した肥厚画像を、前記凹凸画像として生成する肥厚画像生成部を有することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
6. 前記画像信号は互いに異なる波長成分の情報を有する複数色の画像信号から構成され、
   前記肥厚画像生成部は、
   前記複数色の画像信号に基づいて、前記被検体の平均的な明るさを示す明度信号を生成する第２明度信号生成部と、
   前記明度信号のうち画素値が一定の範囲内にある画素領域を肥厚として抽出することにより、前記肥厚画像を生成する第２画像生成部とを有することを特徴とする請求項５記載の内視鏡システム。
7. 前記一定の範囲の下限値は、前記被検体の血管部分の画素値よりも大きいことを特徴とする請求項６記載の内視鏡システム。
8. 前記肥厚画像には低〜中周波の周波数フィルタリングが施されることを特徴とする請求項６または７記載の内視鏡システム。
9. 前記被検体の撮像は、色分離フィルタが設けられた複数色の画素を有するカラーの撮像素子によって行うことを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡システム。
10. 複数色の光を被検体に順次照射する照明手段を備え、
    前記被検体の撮像は、前記照明手段で順次照射される毎に、モノクロの撮像素子で行うことを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の内視鏡システム。
11. 前記凹凸画像を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１０いずれか１項記載の内視鏡システム。
12. 被検体を撮像素子で撮像することにより画像信号を取得し、
    前記画像信号から前記被検体上の凹凸情報のみを抽出した凹凸画像を、凹凸画像生成手段によって生成することを特徴とする画像生成方法。

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