JP5698186B2 - 内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、生体組織上における血管を強調して観察する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法に関する。

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、特定波長の狭帯域光を照明光として用いた特殊光観察も行われるようになってきている。

特殊光観察としては、青色波長域と緑色波長域において血中ヘモグロビンの吸光係数が高い波長域に制限した狭帯域光を被写体組織に照射することにより、被写体組織における表層血管と中深層血管を強調表示する血管強調観察がある。この血管強調観察では、表層血管等の強調表示で血管パターンを明瞭化することによって、ガンか否かの鑑別や、ガンの生体組織深さ方向への深達度の診断を行い易くしている。

血管強調観察で使用する狭帯域光は、これまで、キセノンランプ等の広帯域光をバンドパスフィルタで狭帯域化した光が用いられてきたが、近年では、特許文献１に示すように、複数のレーザ光源から発せられる複数波長のレーザ光を混色させた光も用いられつつある。この特許文献１では、中心波長４０５nmの第１レーザ光と中心波長４４５nmの第２レーザ光の２つのレーザ光と、第２レーザ光を波長変換した緑色〜赤色の蛍光とを混色させた光を用い、第１レーザ光と第２レーザ光の光量比を調整することによって、所定深さの血管を強調する血管強調観察を行っている。

特開２０１１−１０９９８号公報

特許文献１では、第１及び第２レーザ光の他、広帯域波長の蛍光も組み合わせて照射しているため、キセノン光を狭帯域化した光のみを用いる場合と比較して、極めて明るい状態で血管強調観察が可能となる。しかしながら、レーザ光は蛍光と比較して高輝度であるため、生体組織における様々な変化を捉えやすくなっている。例えば、レーザ光として、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係の入れ替わりがない波長域（即ち、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の大小関係が常に同じである波長域）にあるものを使用した場合には、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によって、血管パターンの見え方が大きく異なるようになる。このように血管パターンの見え方が変わってしまうと、ガンの鑑別や深達度診断を確実に行うことができないことが起こり得る。即ち、血管パターンの見え方について、ロバスト性を保つことができないことがある。

本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に変化が生じても、血管パターンの見え方を変化させない内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動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、各波長の間に酸化、還元ヘモグロビンの等吸収波長を挟んでいる第１、第２照明光を発する第１、第２半導体光源と、第１照明光または第２照明光で照明された被写体組織の反射像を撮像する撮像手段と、撮像手段により得られた画像信号に基づいて、血管強調画像を生成する画像生成手段と、被写体組織又は血管強調画像の少なくとも一方において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度によって血管の見え方が変化することがないように、血管とそれ以外の部分との血管コントラストを調整するコントラスト調整手段とを備えることを特徴とする。

コントラスト調整手段は、血管コントラストが一定になるように、第１及び第２照明光の光量比を所定値に調整することが好ましい。コントラスト調整手段は、第２照明光の光量が第１照明光の光量よりも大きい光量比、又は、第１照明光の光量が第２照明光の光量よりも大きい光量比に設定した場合に、血管コントラストが基準コントラストと一致しているか否かを判定し、一致していない場合には、第１、第２照明光の光量比の調整、又は血管の濃淡を変換する濃淡変換処理により、血管コントラストを基準コントラストに一致させることが好ましい。光量比に応じて前記血管強調画像の色調を調整する色調調整手段を備える。

コントラスト調整手段は、血管強調画像を濃淡変換処理することにより、血管コントラストを調整する濃淡変換処理部であることが好ましい。第１及び第２照明光の光量比の調整によって血管コントラストが変化した血管強調画像を濃淡変換処理することが好ましい。

血管強調画像は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により血管コントラストが変化した画像であることが好ましい。第１及び第２照明光は同時に被写体組織に照射されることが好ましい。 第１及び第２照明光は異なるタイミングで被写体組織に照射されることが好ましい。

血管強調画像をモニタに表示する血管強調モードと、画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタに表示する酸素飽和度モードとを切り替えるモード切替手段を備えることが好ましい。酸素飽和度モードでは、第１及び第２照明光のいずれか一方の光量を増加させることにより、酸化、還元ヘモグロビンの吸光特性の差を増加させることが好ましい。

第１照明光と第２照明光は、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値が同じであることが好ましい。第１及び第２照明光と異なる第３照明光を被写体組織に照射する第３半導体光源を備え、第１照明光の波長域における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｘは、第２照明光の波長域における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｙ１と第３照明光の波長域における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｙ２を加えたものに略等しいことが好ましい。

本発明は、各波長の間に酸化、還元ヘモグロビンの等吸収波長を挟んでいる第１、第２照明光を被写体組織に照射し、その被写体組織の反射像を撮像する内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置において、被写体組織の反射像の撮像により得られた画像信号に基づいて、血管強調画像を生成する画像生成手段と、被写体組織又は血管強調画像の少なくとも一方において、血管とそれ以外の部分との血管コントラストを調整するコントラスト調整手段とを備えることを特徴とする。

本発明の画像生成方法は、各波長の間に酸化、還元ヘモグロビンの等吸収波長を挟んでいる第１、第２照明光を、第１、第２半導体光源から発し、第１照明光または第２照明光で照明された被写体組織の反射像を撮像手段で撮像し、撮像手段により得られた画像信号に基づいて、血管強調画像を生成し、被写体組織又は血管強調画像の少なくとも一方において、血管とそれ以外の部分との血管コントラストをコントラスト調整手段で調整することを特徴とする。

本発明によれば、各波長の間に酸化、還元ヘモグロビンの等吸収波長を挟んでいる第１及び第２照明光で被写体組織を照明するとともに、被写体組織又は被写体組織の撮像で得られた血管強調画像の少なくとも一方において、血管とそれ以外の部分との血管コントラストを調整しているため、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に変化が生じても、血管パターンの見え方が変化することがない（即ち、血管の見え方に関してロバスト性を保持することができる。）

内視鏡システムの外観を示す図である。 内視鏡システムの機能的構成を示す図である。 通常モード時の発光パターンを示す図である。 酸化ヘモグロビンＨｂＯ２と還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数を示すグラフである。 第１特殊モードにおける酸素飽和度（ＳｔＯ２）１００％、５０％、０％のときの画像を示す図である。 ＡＥが作動した場合の血管コントラストを説明するための図である。 第２特殊モード時の発光パターンを示す図である。 第２特殊モードにおける酸素飽和度（ＳｔＯ２）１００％、５０％、０％のときの画像を示す図である。 第３特殊モード時の発光パターンを示す図である。 第３特殊モードにおける酸素飽和度（ＳｔＯ２）１００％、５０％、０％のときの画像を示す図である。 酸素飽和度モード時の発光パターンを示す図である。 酸素飽和度モードにおける酸素飽和度（ＳｔＯ２）１００％、５０％、０％のときの画像を示す図である。 ＣＣＤのＢ、Ｇ、Ｒのカラーフィルタの透過特性を示すグラフである。 通常モード時におけるＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 第１〜第３特殊モード及び酸素飽和度モードにおけるＣＣＤの撮像制御を説明するための図である。 特殊画像生成部の各部を示す図である。 血管コントラストを説明するための図である。 第２特殊モードにおける基準コントラストを説明するための図である。 第３特殊モードにおける基準コントラストを説明するための図である。 光量比微調整を説明するための図である。 濃淡変換処理を説明するための図である。 第２特殊モードの一連の流れを表すフローチャートである。 ３波長の狭帯域光を使用した場合の血管強調を説明するための図である。

図１に示すように、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。各種モードとしては、広帯域の白色光で照明された被検体を観察するための通常モードと、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化によらず一定の血管コントラスト（血管と粘膜のコントラスト）で観察するための第１特殊モードと、生体組織上の血管を疑似カラー表示して強調するための第２特殊モードと、被検体の明るさを保った状態で生体組織上の血管を強調するための第３特殊モードと、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を観察するための酸素飽和度モードの合計４つのモードがある。

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、レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２と、蛍光体３０と、第１光ファイバ３２と、第２光ファイバ３３と、レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の駆動を制御する光量制御部３５を備えている。レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２はレーザーダイオードなどの半導体光源で構成される。レーザ光源ＬＤ１は４４５ｎｍ±１０nmの青色狭帯域光ＢＮ１を発し、レーザ光源ＬＤ２は４０５±１０nmの青色狭帯域光ＢＮ２を発する。青色狭帯域光ＢＮ１は、レーザ光源ＬＤ１と第１光ファイバ３２との間に設けられた蛍光体３０に照射され、青色狭帯域光ＢＮ２は、集光レンズ３３ａを介して、第２光ファイバ３３に入射する。なお、半導体光源として、レーザ光源ＬＤ１，２に代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。

蛍光体３０は、複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）等の蛍光物質）を含有している。蛍光体３０では、レーザ光源ＬＤ１からの青色狭帯域光のうち、大部分が複数の蛍光物質で吸収されて緑色〜赤色（４６０〜７００ｎｍ）の蛍光ＦＬを励起発光し、残りはそのまま透過する。したがって、蛍光体３０からは、青色狭帯域光ＢＮと蛍光ＦＬとが混色した白色光Ｗが発せられる。この白色光Ｗは、集光レンズ３２ａを介して、第１光ファイバ３２に入射する。

第１光ファイバ３２と第２光ファイバ３３は、カプラ３６によって、電子内視鏡内のライトガイド４３と接続されている。これにより、第１光ファイバ３２からの白色光Ｗと第２光ファイバ３３からの青色狭帯域光ＢＮ２とが、選択的にまたは同時にライトガイド４３に入射する。

光源制御部３５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、モードに応じて、レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２のＯＮ（点灯）、ＯＦＦ（消灯）と各レーザ光源の光量を制御する。通常モードに設定されている場合には、レーザ光源ＬＤ１のみが常時ＯＮにされる。これにより、図３に示すように、被検体には白色光Ｗのみが常時照射される。

一方、第１〜第３特殊モード及び酸素飽和度モードに設定されている場合には、レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２がＯＮにされる。これにより、図６Ａ、図７Ａ、図８に示すように、白色光Ｗ（青色狭帯域光ＢＮ１＋蛍光ＦＬ）及び青色狭帯域光ＢＮ２の混色光が、被検体に照射される。青色狭帯域光ＢＮ１と青色狭帯域光ＢＮ２の光量比は、各モード別に予め定められており、これら各モードの光量比は光源制御部内の光量比記憶部３５ａに記憶されている。

第１特殊モードに設定されている場合には、所定の第１光量比で青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２が発光される。この第１光量比で発光したときには、図４に示すように、中心波長４０５nmの青色狭帯域光ＢＮ２を含む、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２の吸光係数が還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数よりも大きい波長域の光（第１異吸収波長の光）と、中心波長４４５nmの青色狭帯域光ＢＮ１を含む、還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数が酸化ヘモグロビンＨｂＯ２の吸光係数よりも大きい光（第２異吸収波長の光）とが、それぞれ略同じ光量で被検体に照射される。なお、青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２の各波長域の間には、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数が同じ等吸収波長を挟んでいる。

この第１特殊モードの場合には、図５Ａに示すように、酸素飽和度１００％のとき、５０％、０％のいずれ場合においても、血管と粘膜の血管コントラストは同じである。即ち、第１特殊モードにおいては、酸素飽和度ＳｔＯ２の変化によらず、同じ血管コントラストで血管を観察することができる。この血管コントラストは、ＡＥ（Auto Exposure）が作動して全体光量（青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２と蛍光ＦＬの総光量）が変化した場合であっても、変化しない。

例えば、図５Ｂに示すように、電子内視鏡の先端部１６ａを被写体組織に接近させて全体的に明るくなった（近景状態）場合には、全体光量を小さくするＡＥが行われる。このとき、血管の明るさはＡＥにより暗くなるものの、これに合わせて粘膜の明るさも暗くなっているため、血管コントラストはＡＥの前後で変化しない。これは、第１〜第３特殊モード及び酸素飽和度モードにおいても同様である。なお、図５においては、血管と粘膜の輝度値については１０段階評価し、「１０」が一番明るく、「１０」から「１」にかけて徐々に暗くなり、「１」が一番暗いことを示している。以下においても、同様に表記する。

第２特殊モードに設定されている場合には、図６Ａに示すように、青色狭帯域光ＢＮ２の光量Ｌ２が青色狭帯域光ＢＮ１の光量Ｌ１よりも大きい第２光量比で、各狭帯域光が発光される。この場合には、中心波長４０５nmの青色狭帯域光ＢＮ１を含む第１異吸収波長の光（ＨｂＯ２＞Ｈｂ）の光量が、第２異吸収波長の光（Ｈｂ＞ＨｂＯ２）の光量よりも大きくなる。したがって、図６Ｂに示すように、酸素飽和度１００％、５０％、０％と低酸素状態となるにつれて、血管の明るさが明るくなるため（ＡＥが作動していないことを前提）、血管コントラストも変化する。この血管コントラストの変化は、光量比微調整部６２又は濃淡変換処理部６３により補正される。

第３特殊モードに設定されている場合には、図７Ａに示すように、青色狭帯域光ＢＮ１の光量Ｌ１が青色狭帯域光ＢＮ２の光量Ｌ１よりも大きい第３光量比で、各狭帯域光が発光される。この場合には、中心波長４４５nmの青色狭帯域光ＢＮ１を含む第２異吸収波長の光（Ｈｂ＞ＨｂＯ２）の全体光量が、第１異吸収波長の光（ＨｂＯ２＞Ｈｂ）の全体光量よりも大きくなる。したがって、図７Ｂに示すように、酸素飽和度１００％、５０％、０％と低酸素状態となるにつれて、血管の明るさが暗くなるため（ＡＥが作動していないことを前提）、血管コントラストも変化する。この血管コントラストの変化は、第２特殊モードと同様、光量比微調整部６２又は濃淡変換処理部６３により補正される。

酸素飽和度モードに設定されている場合には、図８Ａに示すように、青色狭帯域光ＢＮ２の光量Ｌ２が青色狭帯域光ＢＮ１の光量Ｌ１よりもかなり大きい酸素飽和度用光量比で、各狭帯域光が発光される。この場合には、中心波長４０５nmの青色狭帯域光ＢＮ２を含む第１異吸収波長の光（ＨｂＯ２＞Ｈｂ）の全体光量が、第２異吸収波長の光（Ｈｂ＞ＨｂＯ２）の全体光量よりも、かなり大きくなる。したがって、図８Ｂに示すように、酸素飽和度１００％、５０％、０％と低酸素状態となるにつれて、血管の明るさが、大きく変化するため（ＡＥが作動していないことを前提）。酸素飽和度モードでは、その血管の明るさの変化を用いて、酸素飽和度画像の変化を画像化する。

図２に示すように、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１３に接続されており、出射端が照射レンズ４８に向けられている。ライトガイド４３内で導光された光は、照射レンズ４８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、結像レンズ５１を介してＣＣＤ４４に入射する。ＣＣＤ４４は、結像レンズ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９に示す透過曲線５２、５３、５４で示される分光透過率を有している。したがって、Ｂ画素は３８０〜５６０nmの光を受光し、Ｇ画素は４５０〜６３０nmの光を受光し、Ｒ画素は５８０〜７６０nmの光を受光する。なお、ＣＣＤに代えて、ＲＧＢカラーフィルタが設けられたＣＭＯＳを用いてもよい。また、ＲＧＢのカラーフィルタに代えて、補色系のＣＭＹのカラーフィルタが設けられたＣＣＤ、ＣＭＯＳを用いてもよい。

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。

通常観察モードに設定されている場合には、図１０Ａに示すように、１フレーム期間内で、白色光Ｗ（青色狭帯域光ＢＮ１＋蛍光ＦＬ）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、通常観察モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。これにより、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からは、撮像信号として、それぞれ青色信号Ｂｃ、緑色信号Ｇｃ、赤色信号Ｒｃが読み出される。

一方、第１〜第３特殊モード及び酸素飽和度モードに設定されている場合には、図１０Ｂに示すように、１フレーム期間内で、白色光Ｗ（青色狭帯域光ＢＮ１＋蛍光ＦＬ）及び青色狭帯域光ＢＮ２の混色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。これにより、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からは、撮像信号として、それぞれ青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓが読み出される。

図２に示すように、プロセッサ装置１２は、通常画像生成部５５と、フレームメモリ５６と、特殊画像生成部５７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。通常画像生成部５５は、通常モード時に得られる撮像信号Ｂｃ、Ｇｃ、Ｒｃから、通常画像を作成する。通常画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像は、それぞれモニタ１４のＢ、Ｇ、Ｒチャンネルに割り当てられる。なお、通常画像は、モニタ１４に表示される前に、フレームメモリ５６に一時的に記憶される。

図１１に示すように、特殊画像生成部５７は、第１〜第３特殊モード時に得た撮像信号から、生体組織上の血管を強調した血管強調画像を生成する血管強調画像生成部６０と、酸素飽和度モード時に得た撮像信号から酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成部６１とを備えている。血管強調画像生成部６０は、血管コントラストが基準コントラストと一致しているか否かを判定する血管コントラスト判定部６１と、第２及び第３光量比を微調整して血管コントラストを補正する光量比微調整部６２と、血管の濃淡を変換して血管コントラストを補正する濃淡変換処理部６３と、血管強調画像を生成する画像生成部６４とを備えることを特徴とする。

血管コントラスト判定部６１は、第２及び第３特殊モード時に得た青色信号ＢｓとＧｓに基づいて、青色信号Ｂｓと緑色信号Ｇｓの輝度比を示すＢ／Ｇ比画像を生成する。このＢ／Ｇ比画像において、Ｂ／Ｇ比が一定範囲内にある画素領域を粘膜と特定し、Ｂ／Ｇ比が一定範囲外にある画素領域を血管と特定する。血管と粘膜が特定されたら、図１２に示すように、血管の輝度値Ｘと粘膜の輝度値Ｙの比（Ｘ：Ｙ）を、血管コントラストとして算出する。そして、算出した血管コントラストが、基準コントラストに達しているか否かを判定する。

基準コントラストは、酸素飽和度１００％のときの血管コントラストとする。本実施形態の第２特殊モードでは、酸素飽和度１００％のときに血管の明るさは一番暗く、低酸素状態となるほど血管の明るさは明るくなる。そこで、図１３Ａに示すように、酸素飽和度１００％のときの血管の輝度値を「２」、粘膜の輝度値を「８」とした場合には、基準コントラストは「１：４」となる。

一方、第３特殊モードでは、酸素飽和度１００％のときに血管の明るさは一番明るく、低酸素状態となるほど血管の明るさは暗くなる。そこで、酸素飽和度１００％のときの血管の輝度値を「６」、粘膜の輝度値を「８」とした場合には、図１３Ｂに示すように、基準コントラストは「２：３」となる。なお、動脈が多い部位を観察する場合には、酸素飽和度１００％のときの血管コントラストを基準コントラストとすることが好ましが、静脈が多い部位を観察している場合には、酸素飽和度７０％のときの血管コントラストを基準コントラストとすることが好ましい。

光量比微調整部６２は、血管コントラストが基準コントラストに達していない場合に、第２及び第３光量比を微調整して血管コントラストを補正する。第２特殊モードでは、中心波長４０５nmの青色狭帯域光ＢＮ２を含む第１異吸収波長の全体光量が、中心波長４４５nmの青色狭帯域ＢＮ１を含む第２異吸収波長の全体光量よりも大きいため、酸素飽和度の低下により血管の明るさが明るくなると、血管コントラストが基準コントラストに一致しなくなる。

そこで、光量比微調整部６２は、光源装置の光源制御部３６を駆動することによって、青色狭帯域光ＢＮ２の光量を下げて第１異吸収波長の光量を下げる一方で、青色狭帯域光ＢＮ１の光量を上げて第２異吸収波長の光量を上げる。これにより、第２光量比が微調整されて、血管の明るさが、酸素飽和度１００％のときのように、暗くなる。また、この第２光量比の微調整に伴って、粘膜の色調も変化した場合には、粘膜の色調の調整も行う。これにより、血管コントラストが基準コントラストに一致するようになる。なお、第３特殊モードの場合にも、上記と同様の手順で第３光量比の微調整が行われる。

濃淡変換処理部６３は、血管コントラストが基準コントラストに達していない場合に、血管の濃淡を変換して血管コントラストを補正する。第２特殊モードでは、上記のように、酸素飽和度の低下により血管の明るさが明るくなると、血管コントラストが基準コントラストに一致しなくなる。この場合、濃淡変換処理部６３は、第２特殊モード時に得た撮像信号から、血管のみが写し出された血管画像と、血管以外の粘膜などが写し出された粘膜画像を生成する。血管画像は、撮像信号の中から、青色信号Ｂｓと緑色信号Ｇｓ間の信号比（Ｂ／Ｇ比）が一定範囲外にある血管領域を抽出して生成する。粘膜画像は、Ｂ／Ｇ比が一定範囲内にある粘膜領域を抽出して生成する。

そして、濃淡変換処理部６３は、血管画像に対して、血管の輝度値「４」を酸素飽和度１００％のときの輝度値「２」にする濃淡変換処理を施す。そして、この濃淡変換処理を施した血管画像と粘膜画像を合成処理する。これにより、血管コントラストが基準コントラストに一致する画像が得られる。なお、第３特殊モードの場合にも、上記と同様の手順で、濃淡変換処理が行われる。

画像生成部６４は、第１特殊モードに設定されている場合には、電子内視鏡１１で得られた青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓに基づいて、第１血管強調画像を生成する。第１血管強調画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像は、それぞれモニタ１４のＢ、Ｇ、Ｒチャンネルに割り当てられる。この第１血管強調画像は、図５Ａに示すように、酸素飽和度の変化が生じても血管コントラストが一定であるため、血管の見え方が変わらない。なお、第１血管強調画像は、モニタ１４に表示される前に、フレームメモリ５６に一時的に記憶される。以下の第２、第３血管強調画像についても、同様である。

また、画像生成部６４は、第２特殊モードに設定されている場合には、微調整後の第２光量比の下で得られた青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、または、濃淡変換処理が施された青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓに基づいて、第２血管強調画像を生成する。第２血管強調画像のＢ画像はモニタ１４のＢ、Ｇチャンネルに割り当てられ、Ｇ画像はモニタ１４のＲチャンネルに割り当てられる。これにより、第２血管強調画像においては、血管を含む全体の被検体像が疑似カラーで表示される。

また、画像生成部６４は、第３特殊モードに設定されている場合には、微調整後の第３光量比の下で得られた青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓ、または、濃淡変換処理が施された青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓに基づいて、第３血管強調画像を生成する。第３血管強調画像のＢ画像、Ｇ画像、Ｒ画像は、それぞれモニタ１４のＢ、Ｇ、Ｒチャンネルに割り当てられる。これにより、第３血管強調画像においては、明るさが一定以上のカラーの生体組織上に、血管像が強調されて表示される。

酸素飽和度画像生成部６１は、青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓと酸素飽和度との相関関係を予め記憶する相関関係記憶部（図示省略）を備えている。この相関関係記憶部から、酸素飽和度モード時に得た青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓの各画素に対応する酸素飽和度が求められる。この求めた酸素飽和度に基づいて酸素飽和度画像を生成する。なお、酸素飽和度画像としては、酸素飽和度に応じて異なる色を割り当てて表示する完全疑似カラー画像の他、酸素飽和度が一定値を下回る低酸素領域のみ疑似カラー表示し、その他は通常画像と同じ色味で表示する一部疑似カラー画像が考えられる。

次に、第２特殊モード時の処理の流れについて、図１６のフローチャートを使って説明する。なお、第３特殊モード時についても、第２特殊モードの場合と略同様の手順で行われるため、説明を省略する。第２特殊モードが設定されると、青色狭帯域光ＢＮ２の光量が青色狭帯域光ＢＮ１の光量よりも大きい第２光量比（４０５＞４４５）で、青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２、蛍光ＦＬの混色光が被検体に照射される。この被検体をカラーのＣＣＤ４４で撮像することにより、３色分の青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓが得られる。

これら３色分の青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓから、血管と粘膜の血管コントラストを検出する。血管コントラストが予め定めた基準コントラストと一致している場合には、青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓに基づいて第２血管強調画像を生成する。一方、血管コントラストが基準コントラストと一致していない場合には、基準コントラストと一致するように、第２光量比を微調整する。この第２光量比の微調整では、全体光量（青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２、蛍光ＦＬの混色光の総光量）は一定に保持した状態で、青色狭帯域光ＢＮ２の光量を小さくする一方で、青色狭帯域光ＢＮ１の光量を大きくする。また、第２光量比の微調整で粘膜の色調が変化したときには、色調調整によって、微調整前の粘膜の色調に戻す。そして、第２光量比の微調整後に取得した青色信号Ｂｓ、緑色信号Ｇｓ、赤色信号Ｒｓに基づいて、第２血管強調画像を生成する。生成された第２血管強調画像はモニタ１４に表示される。

なお、上記実施形態では、第１特殊モードにおいて、等吸収波長を挟む２波長の青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２の光量比を所定値に設定することによって、酸素飽和度ＳｔＯ２の変化によらず、血管コントラストを一定に保持したが、等吸収波長を挟み、且つ酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値が同じ２波長の狭帯域光を使用するか、もしくは、等吸収波長を挟む２波長の狭帯域光に加えて、もう１波長の狭帯域光を追加することによって、血管コントラストを一定にしてもよい。

例えば、図１７に示すように、互いに酸化、還元ヘモグロビンの吸光特性が異なる２波長Ｓ１、Ｓ２の狭帯域光を被検体に同時照射する場合、波長Ｓ１における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｘが、波長Ｓ２における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｙ１よりも上回っているため、両者の適切に光量比を設定しないと、酸素飽和度ＳｔＯ２の変化があると、血管コントラストを一定に保持できない。そこで、２波長Ｓ１、Ｓ２の狭帯域光に加えて、波長Ｓ２と同様の吸光特性（ＨｂＯ２＞Ｈｂ）を有する波長Ｓ３の狭帯域光（酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値はＤｙ２）を組み合わせて照射することより、Ｄｘ＝Ｄｙ１＋Ｄｙ２にする。これにより、酸素飽和度ＳｔＯ２に変化が生じても、血管コントラストを一定に保持することができる。

なお、上記実施形態では、等吸収波長を挟む２波長の青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２を同時照射したが、それら２波長の青色狭帯域光ＢＮ１、ＢＮ２を順次照射し、その反射像を順次撮像してもよい。この撮像により得られた青色狭帯域光ＢＮ１の画像と青色狭帯域光ＢＮ２の画像と合成処理し、その合成処理後の画像に対して、血管コントラストを一定にする画像処理を施す。

なお、上記実施形態では、第２光量比の微調整後に、粘膜の色調の調整を行うことによって血管コントラストを一定にしたが、これに代えて、第２光量比の微調整後に得た画像に対して、血管だけでなく粘膜の濃淡変換処理も施すことによって、血管コントラストを一定にしてもよい。

１０ 内視鏡システム
１５ モード切替手段
３５ 光源制御部
５７ 特殊画像生成部
６１ 酸素飽和度画像生成部
６２ 光量比微調整部
６３ 濃淡変換処理部
６４ 血管強調画像生成部
ＬＤ１、ＬＤ２ レーザ光源

Claims (12)

1. 各波長の間に酸化、還元ヘモグロビンの等吸収波長を挟んでいる第１、第２照明光を発する第１、第２半導体光源と、
   前記第１照明光または第２照明光で照明された被写体組織の反射像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、血管強調画像を生成する画像生成手段と、
   前記被写体組織又は前記血管強調画像の少なくとも一方において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度によって血管の見え方が変化することがないように、血管とそれ以外の部分との血管コントラストを調整するコントラスト調整手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記コントラスト調整手段は、前記血管コントラストが一定になるように、前記第１及び第２照明光の光量比を所定値に調整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. 前記コントラスト調整手段は、前記第２照明光の光量が前記第１照明光の光量よりも大きい光量比、又は、前記第１照明光の光量が前記第２照明光の光量よりも大きい光量比に設定した場合に、前記血管コントラストが基準コントラストと一致しているか否かを判定し、一致していない場合には、前記第１、第２照明光の光量比の調整、又は血管の濃淡を変換する濃淡変換処理により、前記血管コントラストを前記基準コントラストに一致させることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
4. 前記血管強調画像の色調を調整する色調調整手段を備えることを特徴とする請求項２または３記載の内視鏡システム。
5. 前記第１及び第２照明光は同時に前記被写体組織に照射されることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
6. 前記第１及び第２照明光は異なるタイミングで前記被写体組織に照射されることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
7. 前記血管強調画像をモニタに表示する血管強調モードと、前記画像信号に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像をモニタに表示する酸素飽和度モードとを切り替えるモード切替手段を備えることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の内視鏡システム。
8. 前記酸素飽和度モードでは、第１及び第２照明光のうち一方の照明光の光量を他方の照明光の光量よりも増加させることにより、酸化、還元ヘモグロビンの吸光特性の差を増加させることを特徴とする請求項７記載の内視鏡システム。
9. 前記第１照明光と前記第２照明光は、酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値が同じである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. 前記第１及び第２照明光と波長が異なり、且つ前記第２照明光の同様の吸光特性を有する第３照明光を被写体組織に照射する第３半導体光源を備え、
    前記第１照明光の波長域における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｘは、前記第２照明光の波長域における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｙ１と前記第３照明光の波長域における酸化、還元ヘモグロビンの吸光係数の差の絶対値Ｄｙ２を加えたものに略等しい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. 各波長の間に酸化、還元ヘモグロビンの等吸収波長を挟んでいる第１、第２照明光を被写体組織に照射し、その被写体組織の反射像を撮像する内視鏡に接続された内視鏡システムのプロセッサ装置において、
    前記被写体組織の反射像の撮像により得られた画像信号に基づいて、血管強調画像を生成する画像生成手段と、
    前記被写体組織又は前記血管強調画像の少なくとも一方において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度によって血管の見え方が変化することがないように、血管とそれ以外の部分との血管コントラストを調整するコントラスト調整手段とを備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
12. 第１、第２半導体光源が、各波長の間に酸化、還元ヘモグロビンの等吸収波長を挟んでいる第１、第２照明光を発するステップと、
    撮像手段が、被写体組織の反射像を撮像手段で撮像するステップと、
    画像生成手段が、前記撮像手段により得られた画像信号に基づいて、血管強調画像を生成するステップと、
    コントラスト調整手段が、前記被写体組織又は前記血管強調画像の少なくとも一方において、血中ヘモグロビンの酸素飽和度によって血管の見え方が変化することがないように、血管とそれ以外の部分との血管コントラストを調整することを特徴とする内視鏡システムの作動方法。

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