JP6092792B2 - 内視鏡システム用プロセッサ装置、内視鏡システム、内視鏡システム用プロセッサ装置の作動方法、内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体内の観察対象を撮像して得られる画像信号から血中ヘモグロビンの酸素飽和度に関する生体機能情報を求める内視鏡システム用プロセッサ装置、内視鏡システム、内視鏡システム用プロセッサ装置の作動方法、内視鏡システムの作動方法に関する。

医療分野においては、光源装置、内視鏡、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いて診断することが一般的になっている。また、近年においては、生体機能情報の中でも血中ヘモグロビンの酸素飽和度を用いた病変部の診断が行われつつある。酸素飽和度を取得する方法としては、波長帯域と、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第１信号光と第２信号光を交互に粘膜内の血管に照射して、第１及び第２信号光の各反射光を内視鏡先端部のセンサで検出する方法が知られている（特許文献１）。

センサで検出した第１信号光の反射光に対応する画像信号と、第２信号光の反射光に対応する画像信号の各画素の信号値の比率（以下、信号比という）は、血管内の酸素飽和度に変化がなければ一定値を維持するが、酸素飽和度の変化が生じれば、それにもとなって変化する。したがって、上記画像信号の信号比に基づいて酸素飽和度を算出することができる。

酸素飽和度の表示方法としては、予め設定した基準領域内の酸素飽和度を基準とした差分値を疑似カラー表示する方法が知られている（特許文献１，２）。算出した酸素飽和度を数値表示する例もある（特許文献３）。

特開２０１１−１９４０２８号公報 特開平０６−３１９６９５号公報 特許２８１０７１８号

酸素飽和度は診断に有用な指標であるが、必ずしも診断に直結した分かりやすい指標ではない場合がある。例えば、癌等の病変では概ね酸素飽和度が低くなるので、特許文献１，２のように酸素飽和度に基づいて酸素飽和度が低い箇所を疑似カラー化して表示すれば、病変の疑いのある箇所を示すことができる。しかし、正常な組織や癌等の病変の酸素飽和度は、概ね一定の範囲に収まるものの、その範囲は比較的広く、被検体によってばらつきがある。このため、被検体に依らない一律な基準で疑似カラー表示をする場合、疑似カラー化されて表示された箇所が病変であるか、あるいは被検体の個体差によるもので正常な組織であるかを診断するためには、正常な組織に対する色の違い等を詳細に観察する必要がある等、医師の熟練を要する場合がある。特許文献３のように、酸素飽和度を数値表示する場合も同様である。

こうしたことから、酸素飽和度を算出する内視鏡システムは、単に酸素飽和度を算出し、表示するだけでなく、算出した酸素飽和度を、さらに分かりやすく客観的な、診断に直結した情報（以下、診断情報という）にして提示することが望ましい。

本発明は、酸素飽和度をもとに、酸素飽和度よりもさらに分かりやすく客観的な診断情報を求める内視鏡システム用プロセッサ装置、内視鏡システム、内視鏡システム用プロセッサ装置の作動方法、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用プロセッサ装置は、内視鏡によって観察対象を撮像して得た画像信号を受信する受信部と、画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定部であって、酸素飽和度が特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部と、範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出部とを備え、診断情報算出部は、範囲外画素の酸素飽和度と、範囲内画素の酸素飽和度との差分値を求める差分値算出部を備える。

この場合、差分値算出部は、範囲外画素の酸素飽和度の平均値を算出する第１平均値算出部と、範囲内画素の酸素飽和度の平均値を算出する第２平均値算出部と、を有し、第１平均値算出部が算出する第１平均値と第２平均値算出部が算出する第２平均値の差分値を求める。

より具体的には、第１平均値算出部は、一つの酸素飽和度を用いて第１平均値を算出し、第２平均値算出部は、複数の酸素飽和度を用いて第２平均値を算出する。

特に、第１平均値算出部は、現在の酸素飽和度を用いて第１平均値を算出し、第２平均値算出部は、現在及び過去の酸素飽和度を用いて第２平均値を算出することが好ましい。

また、第１平均値算出部は、複数の過去の酸素飽和度のうち特定の一つの酸素飽和度を用いて第１平均値を算出し、第２平均値算出部は、複数の過去の酸素飽和度を用いて第２平均値を算出しても良い。

診断情報算出部は、範囲外画素からなる領域の大きさを測定する測定部を備えていても良い。

診断情報算出部は、設定された関心領域内において、範囲外画素が占める割合を示す占有率を求める占有率算出部を備えていても良い。

診断情報算出部は、予め設定された範囲内において、範囲外画素の分布に関する統計量を求める統計量算出部を備えていても良い。

本発明の内視鏡システムは、観察対象に照射するための光を発する光源と、観察対象を撮像して画像信号を出力する撮像素子と、画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定部であって、酸素飽和度が特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部と、範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出部とを備え、診断情報算出部は、範囲外画素の酸素飽和度と、範囲内画素の酸素飽和度との差分値を求める差分値算出部を備える。

本発明の内視鏡システム用プロセッサ装置の作動方法は、内視鏡が観察対象を撮像して得た画像信号を受信部が受信する受信する受信ステップと、酸素飽和度算出部が、画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出ステップと、画素特定部が、酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定ステップであって、画素特定部が、酸素飽和度が特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部ステップと、診断情報算出部が、範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出ステップとを備え、診断情報算出ステップには、診断情報算出部に含まれる差分値算出部が、範囲外画素の酸素飽和度と、範囲内画素の酸素飽和度との差分値を求めるステップが含まれる。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、撮像素子が観察対象を撮像して画像信号を出力する撮像ステップと、酸素飽和度算出部が、画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出ステップと、画素特定部が、酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定ステップであって、画素特定部が、酸素飽和度が特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部ステップと、診断情報算出部が、範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出ステップとを備え、診断情報算出ステップには、診断情報算出部に含まれる差分値算出部が、範囲外画素の酸素飽和度と、範囲内画素の酸素飽和度との差分値を求めるステップが含まれる。

本発明の内視鏡システム用プロセッサ装置、内視鏡システム、内視鏡システム用プロセッサ装置の作動方法、内視鏡システムの作動方法によれば、酸素飽和度をもとに、酸素飽和度よりもさらに分かりやすく客観的な診断情報を求めて医師に提供することができる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムのブロック図である。 通常観察モード時に発光する光のスペクトルを示すグラフである。 特殊観察モード時に発光する光のスペクトルを示すグラフである。 ＲＧＢカラーフィルタの分光透過率を示すグラフである。 通常観察モード時の撮像制御を示す説明図である。 特殊観察モード時の撮像制御を示す説明図である。 酸素飽和度画像生成部及び診断情報算出部のブロック図である。 信号比と酸素飽和度の相関関係を示すグラフである。 酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 酸素飽和度を算出する方法を示す説明図である。 内視鏡システムの作用を示すフローチャートである。 診断情報の算出方法を表すフローチャートである。 第１実施形態の作用を示す説明図である。 第２実施形態の酸素飽和度画像生成部及び診断情報算出部を示すブロック図である。 第２実施形態の作用を示す説明図である。 第３実施形態の酸素飽和度画像生成部及び診断情報算出部を示すブロック図である。 第３実施形態の作用を示す説明図である。 第４実施形態のプロセッサ装置を示すブロック図である。 第５実施形態の内視鏡システムのブロック図である。 ＬＥＤの発光帯域とＨＰＦの特性を示すグラフである。 第５実施形態における通常観察モード時の撮像制御を示す説明図である。 第５実施形態における特殊観察モード時の撮像制御を示す説明図である。 第６実施形態の内視鏡システムのブロック図である。 回転フィルタの平面図である。 ＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合の通常観察モードの撮像制御を示す説明図である。 ＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合の特殊観察モードの撮像制御を示す説明図である。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６、モニタ１８（表示部）と、コンソール２０とを有する。内視鏡１２は、光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。内視鏡１２は、被検体内に挿入される挿入部２１と、挿入部２１の基端部分に設けられた操作部２２と、挿入部２１の先端側に設けられた湾曲部２３及び先端部２４を有している。操作部２２のアングルノブ２２ａを操作することにより、湾曲部２３は湾曲動作する。この湾曲動作にともなって、先端部２４が所望の方向に向けることができる。

また、操作部２２には、アングルノブ２２ａの他、観察モード切替ＳＷ（観察モード切替スイッチ）２２ｂと、ズーム操作部２２ｃと、静止画像を保存するためのフリーズボタン（図示しない）と、が設けられている。モード切替ＳＷ２２ｂは、通常観察モードと、特殊観察モードの２種類のモード間の切り替え操作に用いられる。通常観察モードは、被検体内の観察対象をフルカラー画像化した通常光画像をモニタ１８に表示するモードである。特殊観察モードは、観察対象の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１８に表示するモードである。ズーム操作部２２ｃは、内視鏡１２内のズームレンズ４７（図２参照）を駆動させて、観察対象を拡大させるズーム操作に用いられる。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール２０と電気的に接続される。モニタ１８は、通常光画像や酸素飽和度画像等の画像、及びこれらの画像に関する情報（以下、画像情報等という）を表示する。コンソール２０は、機能設定等の入力操作を受け付けるＵＩ（ユーザインタフェース）として機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像情報等を記録する記録部（図示省略）を接続しても良い。

図２に示すように、光源装置１４は、中心波長４７３ｎｍの第１青色レーザ光を発する第１青色レーザ光源（４７３ＬＤ（レーザダイオード））３４と、中心波長４４５ｎｍの第２青色レーザ光を発する第２青色レーザ光源（４４５ＬＤ）３６とを発光源として備えている。これらの半導体発光素子からなる各光源３４，３６の発光量及び発光タイミングは、光源制御部４０により個別に制御される。このため、第１青色レーザ光源３４の出射光と、第２青色レーザ光源３６の出射光の光量比は変更自在になっている。なお、第１，第２青色レーザ光の半値幅は±１０ｎｍ程度にすることが好ましい。また、第１青色レーザ光源３４と第２青色レーザ光源３６は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが利用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオードを用いることもできる。また、上記光源として、発光ダイオード等の発光体を用いた構成としても良い。

光源制御部４０は、通常観察モードの場合には、第２青色レーザ光源３６を点灯させる。これに対して、特殊観察モードの場合には、１フレーム間隔で、第１青色レーザ光源３４と第２青色レーザ光源３６を交互に点灯させる。

各光源３４，３６から出射される第１，第２青色レーザ光は、集光レンズ、光ファイバ、合波器等の光学部材（いずれも図示せず）を介してライトガイド（ＬＧ）４１に入射する。ライトガイド４１は、光源装置１４と内視鏡１２を接続するユニバーサルコード１７（図１参照）と、内視鏡１２に内蔵されている。ライトガイド４１は、各光源３４，３６からの第１，第２青色レーザ光を、内視鏡１２の先端部２４まで伝搬する。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用することができる。一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。

内視鏡１２の先端部２４は、照明光学系２４ａと撮像光学系２４ｂを有している。照明光学系２４ａには、蛍光体４４と、照明レンズ４５が設けられている。蛍光体４４には、ライトガイド４１から第１，第２青色レーザ光が入射する。蛍光体４４は、第１または第２青色レーザ光が照射されることで蛍光を発する。また、一部の第１または第２青色レーザ光は、そのまま蛍光体４４を透過する。蛍光体４４を出射した光は、照明レンズ４５を介して観察対象に照射される。第１青色レーザ光源３４と、第２青色レーザ光源３６と、蛍光体４４は観察対象に照明光を照射する光源を構成する。

通常観察モードにおいては、第２青色レーザ光が蛍光体４４に入射するため、図３に示すスペクトルの白色光（以下、第２白色光という）が照明光として観察対象に照射される。この第２白色光は、第２青色レーザ光と、この第２青色レーザ光により蛍光体４４から励起発光する緑色〜赤色の第２蛍光とから構成される。したがって、第２白色光は、波長範囲が可視光全域に及んでいる。

一方、特殊観察モードにおいては、第１青色レーザ光と第２青色レーザ光が蛍光体４４に交互に入射することにより、図４に示すように、互いに発光スペクトルが異なる第１白色光と第２白色光が交互に照明光として観察対象に照射される。第１白色光は、第１青色レーザ光と、この第１青色レーザ光により蛍光体４４から励起発光する緑色〜赤色の第１蛍光とから構成される。したがって、第１白色光は、波長範囲が可視光全域に及んでいる。第２白色光は、通常観察モード時に照射される第２白色光と同様である。本実施形態の場合、第１白色光が第１照明光であり、第２白色光が第２照明光である。

第１蛍光と第２蛍光は、波形（スペクトルの形状）がほぼ同じであり、第１蛍光の強度（Ｉ１（λ））と第２蛍光の強度（Ｉ２（λ））の比（以下、フレーム間強度比という）は、何れの波長λにおいても同じである。例えば、Ｉ２（λ１）／Ｉ１（λ１）＝Ｉ２（λ２）／Ｉ１（λ２）である。このフレーム間強度比Ｉ２（λ）／Ｉ１（λ）は、酸素飽和度の算出精度に影響を与えるものであるため、光源制御部４０により、予め設定された基準フレーム間強度比を維持するように高精度に制御されている。

なお、蛍光体４４は、第１及び第２青色レーザ光の一部を吸収して、緑色〜赤色に励起発光する複数種類の蛍光体（例えばＹＡＧ系蛍光体、あるいはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光体）を含んで構成されるものを使用することが好ましい。また、本実施形態のように、半導体発光素子を蛍光体４４の励起光源として用いれば、高い発光効率で高強度の第１白色光及び第２白色光が得られる。また、各白色光の強度を容易に調整できる上に、色温度、色度の変化を小さく抑えることができる。

内視鏡１２の撮像光学系２４ｂは、撮像レンズ４６、ズームレンズ４７、センサ４８を有している（図２参照）。観察対象からの反射光は、撮像レンズ４６及びズームレンズ４７を介してセンサ４８に入射する。これにより、センサ４８に観察対象の反射像が結像される。ズームレンズ４７は、ズーム操作部２２ｃを操作することでテレ端とワイド端との間を移動する。ズームレンズ４７がテレ端側に移動すると観察対象の反射像が拡大する。一方、ズームレンズ４７がワイド端側に移動することで、観察対象の反射像が縮小する。なお、拡大観察をしない場合（非拡大観察時）には、ズームレンズ４７はワイド端に配置されている。そして、拡大観察を行う場合には、ズーム操作部２２ｃの操作によってズームレンズ４７はワイド端からテレ端側に移動される。

センサ４８は、カラーの撮像素子であり、観察対象の反射像を撮像して画像信号を出力する。センサ４８としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることができる。本実施形態では、センサ４８はＣＣＤイメージセンサである。また、センサ４８は、撮像面にＲＧＢカラーフィルタが設けられたＲＧＢ画素を有しており、ＲＧＢの各色の画素で光電変換をすることによってＲ，Ｇ，Ｂの三色の画像信号を出力する。

図５に示すように、Ｂカラーフィルタは３８０〜５６０ｎｍの分光透過率を有しており、Ｇカラーフィルタは４５０〜６３０ｎｍの分光透過率を有しており、Ｒカラーフィルタ５８０〜７６０ｎｍの分光透過率を有している。したがって、通常観察モード時に第２白色光が観察対象に照射された場合には、Ｂ画素には第２青色レーザ光と第２蛍光の緑色成分の一部が入射し、Ｇ画素には第２蛍光の緑色成分の一部が入射し、Ｒ画素には第２蛍光の赤色成分が入射する。Ｂ画素から出力されるＢ画像信号は、第２青色レーザ光は第２蛍光よりも発光強度が極めて大きいので、大部分が第２青色レーザ光の反射光成分で占められている。

一方、特殊観察モード時に第１白色光が観察対象に照射された場合には、Ｂ画素には第１青色レーザ光と第１蛍光の緑色成分の一部が入射し、Ｇ画素には第１蛍光の緑色成分の一部とＧカラーフィルタによって減衰した第１青色レーザ光が入射し、Ｒ画素には第１蛍光の赤色成分が入射する。第１青色レーザ光は第１蛍光よりも発光強度が極めて大きいので、Ｂ画素から出力されるＢ画像信号の大部分は第１青色レーザ光の反射光成分で占められている。

特殊観察モード時に第２白色光が観察対象に照射されたときのＲＧＢ各画素での光入射成分は、通常観察モードの場合と同様である。

センサ４８としては、撮像面にＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）及びＧ（グリーン）の補色フィルタを備えた、いわゆる補色イメージセンサを用いても良い。センサ４８として補色イメージセンサを用いる場合は、ＣＭＹＧの四色の画像信号からＲＧＢの三色の画像信号に色変換する色変換部を、内視鏡１２、光源装置１４またはプロセッサ装置１６のいずれかに設けておけば良い。こうすれば補色イメージセンサを用いる場合でも、ＣＭＹＧの４色の画像信号から色変換によってＲＧＢ３色の画像信号を得ることができる。

撮像制御部４９はセンサ４８の撮像制御を行う。図６に示すように、通常観察モード時には、１フレームの期間（以下、単に１フレームという）毎に、第２白色光で照明された観察対象をセンサ４８で撮像する。これにより、１フレーム毎にセンサ４８からＲＧＢの各画像信号が出力される。なお、本実施形態の場合、センサ４８はＣＣＤイメージセンサなので、１フレームは例えば電荷蓄積期間（露光期間とも言う）の終了時（時刻Ｔ_Ａ）から次の電荷蓄積期間の終了時（時刻Ｔ_Ｂ）までの長さの期間である。また、センサ４８はＣＣＤイメージセンサであるため、図６では読出期間と電荷蓄積期間を分けているが、ほぼ１フレームの全てを電荷蓄積期間にし、信号電荷の蓄積中に前のフレームで蓄積された信号電荷の読み出すこともできる。撮像制御部４９は、こうした電荷蓄積期間の長さの調節等の制御も行う。

撮像制御部４９は、特殊観察モード時も、通常観察モード時と同様にしてセンサ４８の撮像制御を行う。但し、特殊観察モード時には、センサ４８の撮像のフレームに同期して第１白色光と第２白色光が交互に観察対象に照射される。このため、図７に示すように、センサ４８は、第１白色光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を１フレーム目の読出期間に読み出して、ＲＧＢ各色の画像信号を出力する。そして、第２白色光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を２フレーム目の読出期間に読み出して、ＲＧＢ各色の画像信号を出力する。センサ４８は、１フレーム目，２フレーム目ともＲＧＢの各色の画像信号を出力するが、依拠する白色光のスペクトルが異なるので、以下では区別のために、センサ４８が１フレーム目に出力するＲＧＢ各色の画像信号をそれぞれＲ１画像信号，Ｇ１画像信号，Ｂ１画像信号といい、２フレーム目に出力するＲＧＢ各色の画像信号をＲ２画像信号，Ｇ２画像信号，Ｂ２画像信号という。

なお、酸素飽和度の算出には、例えば、Ｂ１画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｂ１／Ｇ２と、Ｒ２画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｒ２／Ｇ２が用いられる。これらのうち、酸素飽和度の算出に必須な信号比は、Ｂ１画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｂ１／Ｇ２である。このため、第１白色光中のＢ１画像信号になる成分（蛍光体４４を透過した第１青色レーザ光）が第１信号光であり、第２白色光中のＧ２画像信号になる成分（第２蛍光の緑色帯域成分）が第２信号光である。

センサ４８から出力される各色の画像信号は、ＣＤＳ（correlated double sampling）／ＡＧＣ（automatic gain control）回路５０に送信される（図２参照）。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路５０は、センサ４８から出力されるアナログの画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）や自動利得制御（ＡＧＣ）を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路５０を経た画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５２によってデジタル画像信号に変換される。こうしてデジタル化された画像信号はプロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、受信部５４と、画像処理切替部６０と、通常観察画像処理部６２と、特殊観察画像処理部６４と、診断情報算出部６５と、画像表示信号生成部６６とを備えている。受信部５４は、内視鏡１２から入力される画像信号を受信する。受信部５４はＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６とノイズ除去部５８と信号変換部５９とを備えている。

ＤＳＰ５６は、受信した画像信号に対して、欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、デモザイク処理、ＹＣ変換処理等の各種信号処理を行う。欠陥補正処理では、センサ４８の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理が施された画像信号から暗電流成分を除かれ、正確な零レベルを設定される。ゲイン補正処理は、オフセット処理後のＲＧＢ各画像信号に特定のゲインを乗じることにより各画像信号の信号レベルを整える。ゲイン補正処理後の各色の画像信号には、色再現性を高めるためのリニアマトリクス処理が施される。その後、ガンマ変換処理によって、各画像信号の明るさや彩度が整えられる。リニアマトリクス処理後の画像信号には、デモザイク処理（等方化処理，同時化処理とも言う）が施され、補間により各画素の欠落した色の信号を生成される。デモザイク処理によって、全画素がＲＧＢ各色の信号を有するようになる。ＤＳＰ５９は、デモザイク処理後の各画像信号にＹＣ変換処理を施し、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒをノイズ除去部５８に出力する。

ノイズ除去部５８は、ＤＳＰ５６でデモザイク処理等が施された画像信号に対して、例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等によるノイズ除去処理を施す。ノイズが除去された画像信号は、信号変換部５９に入力され、ＲＧＢの画像信号に再変換され、画像処理切替部６０に入力される。

画像処理切替部６０は、観察モード切替ＳＷ２２ｂが通常観察モードにセットされている場合には、画像信号を通常観察画像処理部６２に入力する。一方、観察モード切替ＳＷ２２ｂが特殊観察モードに設定されている場合、画像処理切替部６０は、画像信号を特殊観察画像処理部６４に入力する。

通常観察画像処理部６２は、色変換部６８と、色彩強調部７０と、構造強調部７２とを有する。色変換部６８は、入力された１フレーム分のＲＧＢの各画像信号を、それぞれＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素に割り当てたＲＧＢ画像データを生成する。そして、ＲＧＢ画像データに対して、さらに３×３のマトリックス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ処理等の色変換処理を施す。

色彩強調部７０は、色変換処理済みのＲＧＢ画像データに対して、各種色彩強調処理を施す。構造強調部７２は、色彩強調処理済みのＲＧＢ画像データに対して、空間周波数強調等の構造強調処理を施す。構造強調部７２で構造強調処理が施されたＲＧＢ画像データは、通常観察画像として画像表示信号生成部６６に入力される。

特殊観察画像処理部６４は、酸素飽和度画像生成部７６と、構造強調部７８とを有する。酸素飽和度画像生成部７６は、酸素飽和度を算出し、算出した酸素飽和度を表す酸素飽和度画像を生成する。

構造強調部７８は、酸素飽和度画像生成部７６から入力される酸素飽和度画像に対して、空間周波数強調処理等の構造強調処理を施す。構造強調部７２で構造強調処理が施された酸素飽和度画像は、画像表示信号生成部６６に入力される。

診断情報算出部６５は、酸素飽和度画像生成部７６が酸素飽和度画像を生成する過程で算出する酸素飽和度を取得する。そして、酸素飽和度を用いて、酸素飽和度よりもさらに分かりやすく診断に直結した診断情報を数値として算出する。本実施形態では、診断情報算出部６５は、正常な組織を示す酸素飽和度が高い領域（以下、高酸素領域という）に対する、病変組織を示す酸素飽和度が低い領域（以下、低酸素領域という）の酸素飽和度の差分値を診断情報として算出する。この差分値は、被検体によって個体差がある高酸素領域の酸素飽和度を基準として、低酸素領域の酸素飽和度の低さを表す。すなわち、差分値は個体差に依らない数値なので、酸素飽和度と比較して、さらに客観的で分かりやすい診断の指標になる。

画像表示信号生成部６６は、通常観察画像または酸素飽和度画像を表示用形式の信号（表示用画像信号）に変換し、モニタ１８に入力する。これにより、モニタ１８には通常観察画像または酸素飽和度画像が表示される。また、特殊観察モード時には、画像表示信号生成部６６には診断情報算出部６５から診断情報が入力される。このため、画像表示信号生成部６６は、酸素飽和度画像と診断情報とをモニタ１８に表示する。

図８に示すように、酸素飽和度画像生成部７６は、信号比算出部８１と、相関関係記憶部８２と、酸素飽和度算出部８３と、画像生成部８４と、を備えている。

信号比算出部８１は、酸素飽和度算出部８３で酸素飽和度の算出のために用いる信号比を算出する。具体的には、信号比算出部８１は、Ｂ１画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｂ１／Ｇ２を画素毎に算出し、かつ、Ｒ２画像信号とＧ２画像信号の信号比Ｒ２／Ｇ２を画素毎に算出する。なお、信号比算出部８１は、信号比Ｂ１／Ｇ２を算出する際に、Ｂ１画像信号，Ｇ１画像信号，Ｒ１画像信号を用いた画素間演算によって、Ｂ１画像信号から第１蛍光による信号値を除去して色の分離性を高める補正処理を施し、ほぼ第１青色レーザ光だけによる信号値に補正したＢ１画像信号を用いる。

相関関係記憶部８２は、信号比算出部８１が算出する信号比と、酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図９に示す二次元空間上に酸素飽和度の等値線を定義した２次元テーブルで記憶されており、本実施形態では第１，第２算出モードで共通して用いられる。信号比に対する等値線の位置及び形状は、光散乱の物理的なシミュレーションによって予め得られ、各等値線の間隔は血液量（図９の横軸）に応じて変化する。なお、信号比と、酸素飽和度との相関関係はｌｏｇスケールで記憶されている。

なお、上記相関関係は、図１０に示すように、酸化ヘモグロビン（グラフ９０）や還元ヘモグロビン（グラフ９１）の吸光特性や光散乱特性と密接に関連し合っている。例えば、第１青色レーザ光の中心波長４７３ｎｍのように、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の差が大きい波長では、酸素飽和度の情報を取り扱いやすい。しかしながら、４７３ｎｍの光に対応する信号を含むＢ１画像信号は、酸素飽和度だけでなく、血液量にも依存度が高い。そこで、Ｂ１画像信号に加え、主として血液量に依存して変化する光に対応するＲ２画像信号と、Ｂ１画像信号とＲ２画像信号のリファレンス信号となるＧ２画像信号から得られる信号比Ｒ２／Ｇ２を用いることで血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。

酸素飽和度算出部８３は、信号比算出部８１で算出された信号比を用いることによって、動き量に基づいて酸素飽和度を算出する。より具体的には、酸素飽和度算出部８３は、相関関係記憶部８２に記憶された相関関係を参照し、信号比算出部８１で算出された信号比に対応する酸素飽和度を画素毎に算出する。例えば、特定画素における信号比Ｂ１／Ｇ２及び信号比Ｒ２／Ｇ２がそれぞれＢ１^＊／Ｇ２^＊及びＲ２^＊／Ｇ２^＊である場合、図１１に示すように、相関関係を参照すると、信号比Ｂ１^＊／Ｇ２^＊及び信号比Ｒ２^＊／Ｇ２^＊に対応する酸素飽和度は「６０％」である。したがって、酸素飽和度算出部８３は、この特定画素の酸素飽和度を「６０％」と算出する。

なお、信号比Ｂ１／Ｇ２及び信号比Ｒ２／Ｇ２が極めて大きくなったり、極めて小さくなったりすることはほとんどない。すなわち、信号比Ｂ１／Ｇ２や信号比Ｒ２／Ｇ２の値が、酸素飽和度０％の下限ライン９３を上回ったり、反対に酸素飽和度１００％の上限ライン９４を下回ったりすることはほとんどない。但し、算出する酸素飽和度が下限ライン９３を下回ってしまった場合には酸素飽和度算出部８３は酸素飽和度を０％とし、上限ライン９４を上回ってしまった場合には酸素飽和度を１００％とする。また、信号比Ｂ１／Ｇ２及び信号比Ｒ２／Ｇ２に対応する点が下限ライン９３と上限ライン９４の間から外れた場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度が低いことが分かるように表示をしたり、酸素飽和度を算出しないようにしても良い。

画像生成部８４は、酸素飽和度算出部８３で算出された酸素飽和度を用いて、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する。具体的には、画像生成部８４は、Ｂ２画像信号，Ｇ２画像信号，Ｒ２画像信号を取得し、これらの画像信号に対して酸素飽和度に応じたゲインを画素毎に施す。そして、ゲインを施したＢ２画像信号，Ｇ２画像信号，Ｒ２画像信号を用いてＲＧＢ画像データを生成する。例えば、画像生成部８４は、補正酸素飽和度が６０％以上の画素ではＢ２画像信号，Ｇ２画像信号，Ｒ２画像信号のいずれにも同じゲイン「１」を乗じる。これに対して、補正酸素飽和度が６０％未満の画素では、Ｂ２画像信号に対して「１」未満のゲインを乗じ、Ｇ２画像信号及びＲ２画像信号に対しては「１」以上のゲインを乗じる。このゲイン処理後のＢ２画像信号，Ｇ２画像信号，Ｒ２画像信号を用いて生成されたＲＧＢ画像データが酸素飽和度画像である。

画像生成部８４が生成した酸素飽和度画像では、高酸素の領域（酸素飽和度が６０〜１００％の領域）では、通常観察画像と同様の色で表される。一方、酸素飽和度が特定値を下回る低酸素の領域（酸素飽和度が０〜６０％の領域）は、通常観察画像とは異なる色（疑似カラー）で表される。

なお、本実施形態では、画像生成部８４は、低酸素の領域のみ疑似カラー化するゲインを乗じているが、高酸素領域でも酸素飽和度に応じたゲインを施し、酸素飽和度画像の全体を疑似カラー化しても良い。また、低酸素領域と高酸素領域を酸素飽和度６０％で分けているがこの境界も任意である。

また、診断情報算出部６５は、記憶部８５と、画素特定部８６と、差分値算出部８７と、を備えている。

記憶部８５は、酸素飽和度算出部８３が算出した酸素飽和度を記憶する。本実施形態の場合、記憶部８５は、過去数枚分（例えば１０枚分程度）の酸素飽和度画像に対応する酸素飽和度のデータを記憶する。記憶部８５は、少なくとも過去１枚分以上の酸素飽和度画像の酸素飽和度のデータが記憶されていれば良い。記憶部８５が記憶する過去の酸素飽和度は、画素特定部８６と差分値算出部８７とで用いられる。

なお、本明細書では、観察対象を撮像して酸素飽和度画像がリアルタイムに生成される中で、最新の酸素飽和度画像及びその生成に用いる酸素飽和度を“現在”の酸素飽和度画像及び“現在”の酸素飽和度と称する。そして、現在の酸素飽和度画像よりも以前に生成された酸素飽和度画像を“過去”の酸素飽和度画像、及びこの過去の酸素飽和度画像の生成に用いられた酸素飽和度を“過去”の酸素飽和度と称する。

画素特定部８６は、酸素飽和度算出部８３から現在の酸素飽和度を取得し、現在の酸素飽和度を予め設定された特定範囲と画素毎に比較し、現在の酸素飽和度画像において酸素飽和度の値が特定範囲から外れる範囲外画素の位置を特定する。また、画素特定部８６は、現在の酸素飽和度を上記特定範囲との画素毎に比較することによって、酸素飽和度の値が特定範囲に収まる範囲内画素の位置を特定する。

さらに、画素特定部８６は、記憶部８５から過去の酸素飽和度を読み出し、特定範囲と画素毎に比較して、過去の酸素飽和度画像において、酸素飽和度の値が特定範囲を外れた範囲外画素の位置を特定し、かつ、酸素飽和度の値が特定範囲に収まる範囲内画素の位置を特定する。過去の酸素飽和度との比較に用いる特定範囲は、現在の酸素飽和度との比較に用いる特定範囲と同じものである。また、この過去の酸素飽和度画像における範囲外画素及び範囲内画素の特定は、記憶部８５に複数枚分の過去の酸素飽和度が記憶されている場合には、設定に応じて全部あるいは一部（少なくとも１枚分）について行う。本実施形態では、画素特定部８６は、記憶部８５に記憶されている全ての過去の酸素飽和度に対して範囲外画素及び範囲内画素を特定する。

より具体的には、特定範囲は、例えば酸素飽和度が６０％以上（上限１００％）の範囲である。この場合、画素特定部８６は、現在の酸素飽和度画像のなかで、酸素飽和度が６０％未満（下限０％）の低酸素画素（範囲外画素）を特定し、かつ、酸素飽和度が６０％以上の高酸素画素（範囲内画素）を特定する。また、過去の酸素飽和度についても同様に、低酸素画素（範囲外画素）と高酸素画素（範囲内画素）を特定する。もちろん特定範囲は任意であり、上限及び下限の値を別の値で定めても良い。

差分値算出部８７は、第１平均値算出部８７Ａと第２平均値算出部８７Ｂとを備える。第１平均値算出部８７Ａは、酸素飽和度算出部８３から現在の酸素飽和度画像の酸素飽和度を取得し、かつ、画素特定部８６から現在の酸素飽和度画像の範囲外画素の位置情報を取得する。そして、これらを用いて現在の酸素飽和度画像について、範囲外画素の酸素飽和度の平均値（以下、第１平均値という）を算出する。例えば、第１平均値は、現在の酸素飽和度画像における低酸素画素の酸素飽和度の平均値である。

一方、第２平均値算出部８７Ｂは、酸素飽和度算出部８３から現在の酸素飽和度画像の酸素飽和度を取得し、かつ、記憶部８６から過去の酸素飽和度画像の酸素飽和度を取得する。さらに、第２平均値算出部８７Ｂは、画素特定部８６から、現在の酸素飽和度画像の範囲内画素の位置情報と、過去の酸素飽和度画像の範囲内画素の位置情報を取得する。そして、これらを用いて、過去から現在の各酸素飽和度画像について、範囲内画素の酸素飽和度の平均値（以下、第２平均値という）を算出する。例えば、過去から現在までの高酸素画素の酸素飽和度の平均値である。

差分値算出部８７は、これら第１平均値と第２平均値との差分値（第１平均値から第２平均値を減算した値）を算出する。そして、算出した差分値を診断情報として画像表示信号生成部６６に入力する。このため、画像表示信号生成部６６は、酸素飽和度画像をモニタ１８に表示する場合、さらに差分値算出部８７が算出した差分値をモニタ１８に表示する。

次に、本実施形態の内視鏡システム１０による観察の流れを図１２のフローチャートに沿って説明する。まず、通常観察モードにおいて、最も遠景の状態からスクリーニングを行う（Ｓ１０）。通常観察モードでは、通常観察画像がモニタ１８に表示される。このスクリーニング時に、ブラウニッシュエリアや発赤等の病変の可能性がある部位（以下、病変可能性部位という）を発見した場合（Ｓ１１）には、モード切替ＳＷ２２ｂを操作して、特殊観察モードに切り替える（Ｓ１２）。そして、この特殊観察モードにおいて、病変可能性部位の診断を行う。

特殊観察モードでは、第１及び第２白色光がセンサ４８の撮像フレームに同期して交互に観察対象に照射されるので、センサ４８は１フレーム目にＲ１画像信号，Ｇ１画像信号，Ｂ１画像信号を出力し、２フレーム目にＲ２画像信号，Ｇ２画像信号，Ｂ２画像信号を出力する（撮像ステップ）。そして、プロセッサ装置１６は受信部５４でこれらの撮像信号を受信されると（受信ステップ）、信号比算出部８１によって信号比Ｂ１／Ｇ２，Ｒ２／Ｇ２が算出され、さらにこれらの信号比に基づき、酸素飽和度算出部８３によって酸素飽和度が画素毎に算出される（Ｓ１３：酸素飽和度算出ステップ）。その後、画像生成部８４によって、画像信号Ｂ２，Ｇ２，Ｒ２と酸素飽和度算出部８３が算出した酸素飽和度に基づいて、酸素飽和度画像が生成される（Ｓ１４：酸素飽和度画像生成ステップ）。

一方、酸素飽和度算出部８３が酸素飽和度を算出すると、酸素飽和度に基づき、診断情報算出部６５によって差分値が診断情報として算出される（Ｓ１５：診断情報算出ステップ）。詳細には、診断情報算出ステップＳ１５は、図１３に示すように、画素特定部８６が現在及び過去の酸素飽和度画像について範囲外画素及び範囲内画素を特定する画素特定ステップＳ１５１と、第１平均値算出部８７Ａが現在の酸素飽和度画像について範囲外画素の酸素飽和度の平均値（第１平均値）を求める第１平均値算出ステップＳ１５２と、第２平均値算出部８７Ｂが現在及び過去の酸素飽和度画像について範囲内画素の酸素飽和度の酸素飽和度の平均値（第２平均値）を求める第２平均値算出ステップＳ１５３と、第１平均値から第２平均値を減算した差分値を算出する差分値算出ステップＳ１５４と、を備える。

図１４に示すように、こうして生成及び算出された酸素飽和度画像１６１及び差分値１６２（診断情報）は、モニタ１８に表示される（Ｓ１６：表示ステップ）。酸素飽和度画像１６１は、現在の酸素飽和度に基づいて疑似カラー化されているので、酸素飽和度が低い低酸素領域１６３が例えば青味がかった表示になっており、その色味によって酸素飽和度の低さが表示されている。このため、熟練した医師であれば、低酸素領域１６３とその他の酸素飽和度が高い高酸素領域１６４の色味を見れば、低酸素領域１６３が病変であるか否かの判断が可能である。しかし、酸素飽和度の値は被検体によって個体差があるので、医師によっては必ずしもこの判断は容易ではない。

そこで、内視鏡システム１０は、酸素飽和度画像１６１によって病変可能性部位の酸素飽和度を表示するだけでなく、酸素飽和度を用いて算出した差分値１６２を診断情報として酸素飽和度画像１６１とともに表示する。差分値１６２は、その算出方法からわかるように、検査をしている被検体の高酸素領域１６４の酸素飽和度を基準として、低酸素領域１６３の酸素飽和度の低さを客観的に示す数値である。このため、医師は、差分値の数値を参酌すれば、酸素飽和度画像１６１に表示されている低酸素領域１６３が検査をしている被検体にとって、深刻な病変と判断するほど低酸素状態であるか否かを容易に判断するための材料になる。例えば、差分値１６２が小さい場合、他の被検体と比較して、検査している被検体は正常組織を含めて全体的に低酸素状態に観察されやすい個体であって、酸素飽和度画像１６１に低酸素領域１６３が表れていても、この低酸素領域１６３が深刻な病変でない可能性を容易に検討することができる。一方、差分値が大きければ、酸素飽和度画像１６１に表示された低酸素領域１６３は、この被検体にとって深刻な低酸素状態にあることは明らかであり、深刻な病変を疑う景気になり得る。

なお、これらの動作は、通常観察モードに切り替えられるか（Ｓ１７）、診断終了（Ｓ１８）まで繰り返し行われる

上記のように、内視鏡システム１０は、観察対象を撮像して酸素飽和度を算出し、酸素飽和度を用いて差分値１６２を診断情報として算出する。このため、酸素飽和度画像１６１（あるいは酸素飽和度の値）だけを医師に提供する場合と比較すると、内視鏡システム１０は、酸素飽和度よりもさらに分かりやすく客観的な診断情報を求め、医師に提供することができる。

なお、本第１実施形態では、差分値１６２を求めるために、現在及び過去の範囲内画素を特定し、その酸素飽和度の平均値を第２平均値として算出しているが、現在の酸素飽和度に含まれる範囲内画素の酸素飽和度の平均値を算出し、これを第２平均値としても良い。すなわち、正常組織の酸素飽和度の目安を表す第２平均値の算出のために、過去の酸素飽和度を用いなくても良い。この場合、記憶部８５は不要である。但し、現在の酸素飽和度だけを用いて第２平均値を算出する場合、観察対象と先端部２４の相対的な位置や向き（角度）、観察対象の動き方等によっては、観察対象の撮像の度に第２平均値の値が変動してしまう場合がある。第２平均値は、検査している被検体が有する正常な組織のほぼ普遍的な酸素飽和度の値を表す値であるから、こうした誤差はできる限り少ないことが好ましい。したがって、上記第１実施形態のように、現在及び過去の範囲内画素を特定し、その酸素飽和度の平均値を第２平均値として用いることが好ましい。こうすれば、少なくとも第２平均値の算出誤差を抑えることができるので、差分値１６２の診断情報としての正確性が向上する。

また、上記のとおり、第２平均値は、検査している被検体が有する正常な組織のほぼ普遍的な酸素飽和度の値を表す値であるから、その算出に、現在の酸素飽和度に含まれる範囲内画素の酸素飽和度を用いなくても良い。すなわち、現在の酸素飽和度を用いずに、過去の酸素飽和度画像から範囲内画素を特定し、その酸素飽和度の平均値を第２平均値としてもよい。また、複数の過去の酸素飽和度を用いて正確な第２平均値が求められている場合には、第２平均値は１度だけ算出し、以後は同じ値を使用し続けても良い。但し、リアルタイムに酸素飽和度画像１６１及び差分値１６２を算出及び表示する場合、状況によっては第２平均値が過去の第２平均値から変遷している場合もある。このため、現在の酸素飽和度を含め、現在の酸素飽和度から過去数フレーム分の酸素飽和度を用いて第２平均値を算出することが好ましい。こうすれば、刻々と変化する観察対象について、リアルタイムに酸素飽和度画像１６１及び差分値１６２を表示する場合でも、正確な差分値１６２を算出できる可能性が高くなる。

上記第１実施形態では、画素特定部８６は、範囲外画素及び範囲内画素を特定するために酸素飽和度と比較する特定範囲を酸素飽和度が６０％以上の範囲としたが、病変の可能性がある低酸素領域１６３と正常組織の可能性が高い高酸素領域１６４を上手く区別することができれば、特定範囲の定め方は任意である。例えば、酸素飽和度算出部８３が算出した酸素飽和度の統計データに基づいて、範囲外画素と範囲内画素を特定しても良い。具体的には、標準偏差σを用いて、酸素飽和度が例えば±３σや±６σの範囲に収まる画素を範囲内画素とし、この範囲から外れるものを範囲外画素としても良い。また、範囲外画素と特定された画素がノイズによる誤特定である可能性があるので、酸素飽和度の値が孤立した画素が範囲外画素として特定された場合はノイズとして除去し（範囲内画素に含める）、例えば数１０画素が連結しているものだけを範囲外画素として特定するとさらに精度をあげることができる。

また、画素特定部８６は、酸素飽和度の勾配を算出し、勾配が一定以上の部分を抽出するようにし、抽出した勾配が一定以上の部分が閉曲線を構成するときにその内部の画素を範囲外画素として特定し、外部の画素を範囲内画素として特定してもよい。勾配はゾーベル・オペレータなどでフィルタリングすることにより簡便に求めることができる。閉曲線かどうかの判定をする前に、モルフォロジー等を用いて、エッジを補完するとより検出精度が上がる。Hough変換を用いて、エッジの描く線が円になっている部分を抽出してもよい。

さらに、画素特定部８６に、病変の典型的な酸素飽和度分布の形状を予めテンプレートとして保持させておき、このテンプレートとマッチする部分を範囲外画素、それ以外の部分を範囲内画素として特定してもよい。テンプレートはあらかじめ典型的なものを与えておいてもよいし、機械学習を行って更新するとなおよい。

［第２実施形態］
第２実施形態の内視鏡システムは、第１実施形態の診断情報算出部６５を、図１５に示す診断情報算出部２６５に置き換えたものである。それ以外の構成は第１実施形態の内視鏡システム１０と同じである。

診断情報算出部２６５は、画素特定部２８６と、撮影情報取得部２８７と、測定部２８８とを備える。画素特定部２８６は、酸素飽和度算出部８３から現在の酸素飽和度を取得して、範囲外画素及び範囲内画素を特定する。範囲外画素及び範囲内画素を特定する方法は第１実施形態と同様である。すなわち、範囲外画素は酸素飽和度が低い低酸素画素であり、範囲内画素は酸素飽和度が高い高酸素画素である。

撮影情報取得部２８７は、プロセッサ装置１６のＣＰＵ（図示しない）等から、接続されている内視鏡１２の種別を示すＩＤやズームレンズの駆動状態に関する情報を取得することにより、センサ４８の画素数や画素サイズ、撮影距離に関する情報を取得する。

測定部２８８は、画素特定部２８６が特定した範囲外画素の情報と、撮影情報取得部２８７から入力されるセンサ４８の画素数や画素サイズ、撮影距離に関する情報等と、面積を対応付ける予めルックアップテーブル（ＬＵＴ）として保有しており、入力された各情報とこのＬＵＴを用いて、範囲外画素が存在する範囲の面積を測定する。測定部２８８が算出した面積が診断情報として画像表示信号生成部６６に出力される。

診断情報算出部２６５を上記のように構成する場合、図１６に示すように、モニタ１８には、擬似カラー化されていることにより低酸素領域１６３と高酸素領域１６４が表れた酸素飽和度画像１６１と、低酸素領域１６３の面積２９２が表示される。酸素飽和度画像１６１によれば、低酸素領域１６３の面積２９２を見積もるはできるが、必ずしも容易なことではない。このため、本実施形態のように、病変の可能性がある低酸素領域１６３の面積２９２を具体的に算出し、表示するは診断の助けになる。

なお、上記第２実施形態では、特定した範囲外画素の情報等に基づいて低酸素領域１６３の面積２９２を表示しているが、その代わりに、低酸素領域１６３の特定方向の長さ、例えば酸素飽和度画像１６１の縦方向，横方向の各長さや、低酸素領域１６３を含む円形範囲の半径や直径等を診断情報として算出及び表示してもよい。すなわち、診断情報算出部２６５は、低酸素領域１６３の大きさに関する情報を診断情報として表示するものであれば、具体的な診断情報の内容は任意である。

また、第２実施形態における低酸素領域１６３の大きさに関する情報と、第１実施形態の差分値を両方とも算出及び表示しても良い。

［第３実施形態］
第３実施形態の内視鏡システムは、第１実施形態の診断情報算出部６５を、図１７に示す診断情報算出部３６５に置き換えたものである。これ以外の構成は、第１実施形態の内視鏡システム１０と同じである。

診断情報算出部３６５は、画素特定部３８６と、関心領域設定部３８７と、占有率算出部３８８とを備える。画素特定部３８６は、酸素飽和度算出部８３から現在の酸素飽和度を取得して、範囲外画素及び範囲内画素を特定する。範囲外画素及び範囲内画素を特定する方法は第１実施形態と同様である。すなわち、範囲外画素は酸素飽和度が低い低酸素画素であり、範囲内画素は酸素飽和度が高い高酸素画素である。

関心領域設定部３８７は、医師によるコンソール２０を用いた設定入力を受け、占有率算出部３８８で用いる関心領域を設定する。関心領域は、例えば、モニタ１８に表示された酸素飽和度画像１６１を参照して設定される。

占有率算出部３８８は、関心領域中の範囲外画素の割合（以下、占有率という）を診断情報として算出する。占有率は、設定された関心領域の画素数に対する関心領域中の範囲外画素の画素数の比を百分率で表した数値である。占有率算出部３８８は、算出した占有率を画像表示信号生成部６６に出力する。

このため、図１８に示すように、モニタ１８には、擬似カラー化されていることにより低酸素領域１６３と高酸素領域１６４が表れた酸素飽和度画像１６１と、設定された関心領域３９１と、低酸素領域１６３の占有率３９２が表示される。占有率３９２は、酸素飽和度画像１６１を観察すれば、占有率３９２の概ねの値を把握することができるが、具体的で客観的な値を把握することは困難である。特に、図１８に示すような斑点模様状の低酸素領域１６３を形成している病変可能性部位が、ヨード等で染色した場合に斑点模様状に染色されるような癌の場合、その斑点模様の密集度合いが診断の目安になる。したがって、占有率３９２を診断情報として表示すると、こうした癌の診断に役立つ。

なお、上記第３実施形態では、関心領域３９１を医師によって、酸素飽和度画像１６１の一部の領域に設定させているが、関心領域３９１は酸素飽和度画像１６１の全体に設定しても良い。また、関心領域設定部３８７は、特定された範囲外画素を含む範囲を検出して、自動的に関心領域３９１を設定してもよい。これらの場合には、医師による関心領域３９１の設定は不要である。

また、関心領域３９１を円形の領域に設定しているが、関心領域３９１の形状は任意である。例えば、関心領域３９１は四角形に設定しても良い。

第３実施形態の占有率３９２の算出及び表示は、第１，第２実施形態と組み合わせることができる。すなわち、差分値１６２と占有率３９２を算出し表示しても良く、面積等の低酸素領域１６３の大きさと占有率３９２を算出及び表示しても良い。また、差分値１６２と、面積等の低酸素領域１６３の大きさと、占有率３９２を全て算出及び表示しても良い。

また、上記第３実施形態では、診断情報として占有率３９２を算出及び表示しているが、占有率３９２の代わりに、関心領域３９１において、分散等の範囲外画素の分布に関する統計量を診断情報として算出及び表示しても良い。この場合、占有率算出部３８８を、上記統計量を算出する統計量算出する統計量算出部とすれば良い。もちろん、占有率算出部３８８が統計量算出部を兼ねるものとし、占有率と上記統計量を両方とも算出及び表示しても良い。このように、分散等の統計量を診断情報として算出及び表示する場合も、第１，第２実施形態の差分値１６２や大きさをさらに算出及び表示可能である。

［第４実施形態］
図１９に示す ように、第４実施形態のプロセッサ装置４１６は、第１実施形態のプロセッサ装置１６に加えて、第２受信部４１７を備える。それ以外の構成は、第１実施形態の内視鏡システム１０と同じである。

第２受信部４１７は、データベース４１８と接続し、データベース４１８から過去に撮影された酸素飽和度画像やその動画、酸素飽和度画像の生成に使用された各種画像信号等（以下、過去データという）を受信するためのインタフェースである。第２受信部４１７は、受信した過去データを酸素飽和度画像生成部７６に入力する。

これにより、酸素飽和度画像生成部７６は過去データから過去の任意時点の酸素飽和度と、それ以前の酸素飽和度と取得する。この場合、「過去の任意時点の酸素飽和度」が第１実施形態の現在の酸素飽和度に対応し、「それ以前の酸素飽和度」が第１実施形態の過去の酸素飽和度に対応する。したがって、第１実施形態のプロセッサ装置１６は、リアルタイムに観察対象を撮像して得られる画像信号に基づいて、酸素飽和度及び診断情報を算出及び生成しているが、本第４実施形態のプロセッサ装置４１６は過去データに対して同様に診断情報を算出及び表示させることができる。

なお、データベース４１８は、プロセッサ装置４１６が内蔵していてもよく、病院内ネットワーク等を介してプロセッサ装置４１６に接続されていても良い。

［第５実施形態］
図２０に示すように、内視鏡システム７００の光源装置１４には、第１及び第２青色レーザ光源３４，３６と光源制御部４０の代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源ユニット５０１と、ＬＥＤ光源制御部５０４が設けられている。また、内視鏡システム５００の照明光学系２４ａには蛍光体４４が設けられていない。それ以外については、第１実施形態の内視鏡システム１０と同様である。

ＬＥＤ光源ユニット５０１は、特定の波長帯域に制限された光を発光する光源として、Ｒ−ＬＥＤ５０１ａ，Ｇ−ＬＥＤ５０１ｂ，Ｂ−ＬＥＤ５０１ｃを有する。図２１に示すように、Ｒ−ＬＥＤ５０１ａは、例えば約６００〜６５０ｎｍの赤色帯域光（以下、単に赤色光という）を発光する。この赤色光の中心波長は約６２０〜６３０ｎｍである。Ｇ−ＬＥＤ５０１ｂは、正規分布で表される約５００〜６００ｎｍの緑色帯域光（以下、単に緑色光）を発光する。Ｂ−ＬＥＤ５０１ｃは、４４５〜４６０ｎｍを中心波長とする青色帯域光（以下、単に青色光という）を発光する。

また、ＬＥＤ光源ユニット５０１は、Ｂ−ＬＥＤ５０１ｃが発する青色光の光路上に挿抜されるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５０２を有する。ハイパスフィルタ５０２は、約４５０ｎｍ以下の波長帯域の青色光をカットし、約４５０ｎｍより長波長帯域の光を透過する。

ハイパスフィルタ５０２のカットオフ波長（約４５０ｎｍ）は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数がほぼ等しい波長であり（図１０参照）、この波長を境に酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が逆転する。本実施形態の場合、相関関係記憶部８２に記憶された相関関係は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい場合のものなので、カットオフ波長以下の波長帯域に基づくシグナルは、不正確な酸素飽和度が算出される原因になる。このため、少なくとも酸素飽和度を算出するためのＢ１画像信号を取得する時に、ハイパスフィルタ５０２を用いてカットオフ波長以下の波長帯域の光が観察対象に照射されないようにすることで、酸素飽和度の算出精度が向上する。

したがって、ハイパスフィルタ５０２は、特殊観察モード時にＢ−ＬＥＤ５０１ｃの前の挿入位置に挿入され、通常観察モード時には退避位置に退避される。ハイパスフィルタ５０２の挿抜は、ＬＥＤ光源制御部５０４の制御のもとで、ＨＰＦ挿抜部５０３によって行われる。

ＬＥＤ光源制御部５０４は、ＬＥＤ光源ユニット５０１の各ＬＥＤ５０１ａ〜５０１ｃの点灯／消灯、及びハイパスフィルタ５０２の挿抜を制御する。具体的には、図２２に示すように、通常観察モードの場合、ＬＥＤ光源制御部５０４は、各ＬＥＤ５０１ａ〜５０１ｃを全て点灯させ、ハイパスフィルタ５０２はＢ−ＬＥＤ５０１ｃの光路上から退避させる。これにより、青色光，緑色光，赤色光が重畳した白色光が観察対象に照射され、センサ４８はその反射光により観察対象を撮像し、Ｂ，Ｇ，Ｒ各色の画像信号を出力する。

一方、図２３に示すように、特殊観察モードの場合、ＬＥＤ光源制御部５０４は、各ＬＥＤ５０１ａ〜５０１ｃを全て点灯させた状態で、ハイパスフィルタ５０２をフレーム毎に挿入または退避させる。これにより、観察対象には、４５０ｎｍ以下の波長帯域がカットされた青色光と緑色光と赤色光とからなる第１混色光と、４５０ｎｍ以下の波長帯域がカットされていない青色光と緑色光と赤色光とからなる第２混色光とが交互に照射される。第１混色光は第１実施形態の第１白色光に対応し、第２混色光は第１実施形態の第２白色光に対応する。

そして、撮像制御部４９では、第１混色光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を１フレーム目の読出し期間に読み出して、Ｂ１画像信号，Ｇ１画像信号，Ｒ１画像信号を出力する。また、第２混色光のもとで観察対象を撮像して得た信号電荷を２フレーム目の読出期間に読み出して、Ｂ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号を出力する。その後の処理は内視鏡システム１０と同様に行うことができる。

なお、第１，第２混色光は互いに発光スペクトルが異なる第１，第２照明光であり、Ｒ−ＬＥＤ５０１ａ，Ｇ−ＬＥＤ５０１ｂ，Ｂ−ＬＥＤ５０１ｃ、及びハイパスフィルタ５０２は、観察対象に互いに発光スペクトルが異なる第１，第２照明光を発光する光源を構成する。

［第６実施形態］
図２４に示すように、内視鏡システム６００の光源装置１４には、第１及び第２青色レーザ光源３４，３６と光源制御部４０の代わりに、広帯域光源６０１と、回転フィルタ６０２と、回転フィルタ制御部６０３が設けられている。また、内視鏡システム６００のセンサ６０５は、カラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像素子である。このため、ＤＳＰ５６は、デモザイク処理等のカラー撮像素子に特有の処理は行わない。それ以外については、第１実施形態の内視鏡システム１０と同じである。

広帯域光源６０１は、例えばキセノンランプ、白色ＬＥＤ等からなり、波長帯域が青色から赤色に及ぶ白色光を発する。回転フィルタ６０２は、通常観察モード用フィルタ６１０と特殊観察モード用フィルタ６１１とを備えており（図２５参照）、広帯域光源６０１から発せられる白色光がライトガイド４１に入射される光路上に、通常観察モード用フィルタ６１０を配置する通常観察モード用の第１位置と、特殊観察モード用フィルタ６１１を配置する特殊観察モード用の第２位置との間で径方向に移動可能である。この第１位置と第２位置への回転フィルタ６０２の相互移動は、選択された観察モードに応じて回転フィルタ制御部６０３によって制御される。また、回転フィルタ６０２は、第１位置または第２位置に配置された状態で、センサ６０５の撮像フレームに応じて回転する。回転フィルタ６０２の回転速度は、選択された観察モードに応じて回転フィルタ制御部６０３によって制御される。

図２５に示すように、通常観察モード用フィルタ６１０は、回転フィルタ６０２の内周部に設けられている。通常観察モード用フィルタ６１０は、赤色光を透過するＲフィルタ６１０ａと、緑色光を透過するＧフィルタ６１０ｂと、青色光を透過するＢフィルタ６１０ｃと有する。したがって、回転フィルタ６０２を通常光観察モード用の第１位置に配置すると、広帯域光源６０１からの白色光は、回転フィルタ６０２の回転に応じてＲフィルタ６１０ａ、Ｇフィルタ６１０ｂ、Ｂフィルタ６１０ｃのいずれかに入射する。このため、観察対象には、透過したフィルタに応じて、赤色光、緑色光、青色光が順次照射され、センサ６０５は、これらの反射光によりそれぞれ観察対象を撮像することにより、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号、Ｂ画像信号を順次出力する。

また、特殊観察モード用フィルタ６１１は、回転フィルタ６０２の外周部に設けられている。特殊観察モード用フィルタ６１１は、赤色光を透過するＲフィルタ６１１ａと、緑色光を透過するＧフィルタ６１１ｂと、青色光を透過するＢフィルタ６１１ｃと、４７３±１０ｎｍの狭帯域光を透過する狭帯域フィルタ６１１ｄとを有する。したがって、回転フィルタ６０２を通常光観察モード用の第２位置に配置すると、広帯域光源６０１からの白色光は、回転フィルタ６０２の回転に応じてＲフィルタ６１１ａ、Ｇフィルタ６１１ｂ、Ｂフィルタ６１１ｃ、狭帯域フィルタ６１１ｄのいずれかに入射する。このため、観察対象には、透過したフィルタに応じて、赤色光、緑色光、青色光，狭帯域光（４７３ｎｍ）が順次照射され、センサ６０５は、これらの反射光によりそれぞれ観察対象を撮像することにより、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号、Ｂ画像信号、及び狭帯域画像信号を順次出力する。

特殊観察モードで得られるＲ画像信号とＧ画像信号は、第１実施形態のＲ１（またはＲ２）画像信号とＧ１（またはＧ２）画像信号に対応する。また、特殊観察モードで得られるＢ画像信号は、第１実施形態のＢ２画像信号に対応し、狭帯域画像信号はＢ１画像信号に対応する。したがって、その後の処理は第１実施形態の内視鏡システム１０と同様に行うことができる。

なお、広帯域光源６０１と回転フィルタ６０２は、互いに発光スペクトルが異なる第１，第２照明光を発光する光源を構成する。本実施形態の場合、特殊観察モード用フィルタ６１１を用いることによって観察対象に照射される一連の光が第１照明光であり、通常観察モード用フィルタ６１０を用いることによって観察対象に照射される一連の光が第２照明光である。

なお、第１〜第６実施形態では、信号比Ｂ１／Ｇ２と信号比Ｒ２／Ｇ２に基づいて酸素飽和度を算出しているが、信号比Ｂ１／Ｇ２のみに基づいて酸素飽和度を算出しても良い。この場合には、相関関係記憶部８２には信号比Ｂ１／Ｇ２と酸素飽和度の相関関係を記憶しておけば良い。

第１〜第６実施形態では、酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成及び表示しているが、これに加えて、血液量を画像化した血液量画像を生成及び表示しても良い。血液量は信号比Ｒ２／Ｇ２と相関があるので、信号比Ｒ２／Ｇ２に応じて異なる色を割り当てることで、血液量を画像化した血液量画像を作成することができる。

第１〜第６実施形態では酸素飽和度を算出しているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、「血液量×酸素飽和度（％）」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスや、「血液量×（１−酸素飽和度）（％）」から求まる還元ヘモグロビンインデックス等、他の生体機能情報を算出しても良い。

第１〜第６実施形態では、センサ４８としてＣＣＤイメージセンサを用いているが、センサ４８としてＣＭＯＳイメージセンサを用いても良い。但し、ＣＭＯＳイメージセンサはいわゆるローリングシャッタ方式で駆動され、画素の行（１〜Ｎ行の各行）毎に順に信号電荷の蓄積及び読み出しが行われる。このため、各行の信号電荷の蓄積及び読み出しのタイミングが行毎に異なるので、第１白色光と第２白色光の切り替えは読み出しのタイミングに合わせて行うことが望ましい。例えば、図２６に示すように、通常観察モード時には、Ｎ行目の蓄積開始（時刻Ｔ_１）から１行目の蓄積完了（時刻Ｔ_２）までの間、第２白色光の照射を行う一方、１行目の読み出し開始からＮ行目の読み出し完了までの間、第２白色光の照射を停止させる。また、図２７に示すように、特殊観察モード時には、Ｎ行目の蓄積開始（時刻Ｔ_１）から１行目の蓄積完了（時刻Ｔ_２）までの間、第２白色光の照射を行う一方、１行目の読み出し開始（時刻Ｔ_２）からＮ行目の読み出し完了（時刻Ｔ_３）までの間、第２白色光の照射を停止させる。そして、次のフレームにおいて、Ｎ行目の蓄積開始（時刻Ｔ_３）から１行目の蓄積完了（時刻Ｔ_４）までの間、第１白色光の照射を行う一方、１行目の読み出し開始（時刻Ｔ_４）からＮ行目の読み出し完了（時刻Ｔ_５）までの間、第１白色光の照射を停止させる。こうすると、各行の実質的な電荷蓄積期間の長さ（露光量）を統一し、かつ、第１白色光による信号と第２白色光による信号が混ざるのを防ぐことができるので、センサ４８としてＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合でも上記各実施形態のように正確な酸素飽和度を算出することができる。第１，第２青色レーザ光源３４，３６の代わりに、ＬＥＤ光源ユニット５０１や、広帯域光源６０１及び回転フィルタ６０２を用いる場合も同様である。

１０，４００，５００，６００ 内視鏡システム
１６，４１６ プロセッサ装置
１８ モニタ
６５，２６５，３６５ 診断情報算出部
７６ 酸素飽和度画像生成部
８３ 酸素飽和度算出部
８４ 画像生成部
８５ 記憶部
８６，２８６，３８６ 画素特定部
８７ 差分値算出部
８７Ａ 第１平均値算出部
８７Ｂ 第２平均値算出部
２８７ 撮影情報取得部
２８８ 測定部
３８７ 関心領域設定部
３８８ 占有率算出部
４１７ 第２受信部
４１８ データベース

Claims (11)

1. 内視鏡によって観察対象を撮像して得た画像信号を受信する受信部と、
   前記画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、
   前記酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定部であって、前記酸素飽和度が前記特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部と、
   前記範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出部とを備え、
   前記診断情報算出部は、前記範囲外画素の前記酸素飽和度と、前記範囲内画素の前記酸素飽和度との差分値を求める差分値算出部を備える内視鏡システム用プロセッサ装置。
2. 前記差分値算出部は、前記範囲外画素の前記酸素飽和度の平均値を算出する第１平均値算出部と、前記範囲内画素の前記酸素飽和度の平均値を算出する第２平均値算出部と、を有し、前記第１平均値算出部が算出する第１平均値と前記第２平均値算出部が算出する第２平均値の差分値を求める請求項１に記載の内視鏡システム用プロセッサ装置。
3. 前記第１平均値算出部は、一つの前記酸素飽和度を用いて前記第１平均値を算出し、前記第２平均値算出部は、複数の前記酸素飽和度を用いて前記第２平均値を算出する請求項２に記載の内視鏡システム用プロセッサ装置。
4. 前記第１平均値算出部は、現在の前記酸素飽和度を用いて前記第１平均値を算出し、
   前記第２平均値算出部は、現在及び過去の前記酸素飽和度を用いて前記第２平均値を算出する請求項３に記載の内視鏡システム用プロセッサ装置。
5. 前記第１平均値算出部は、前記複数の過去の前記酸素飽和度のうち特定の一つの前記酸素飽和度を用いて前記第１平均値を算出し、
   前記第２平均値算出部は、複数の過去の前記酸素飽和度を用いて前記第２平均値を算出する請求項３に記載の内視鏡システム用プロセッサ装置。
6. 前記診断情報算出部は、前記範囲外画素からなる領域の大きさを測定する測定部を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡システム用プロセッサ装置。
7. 前記診断情報算出部は、設定された関心領域内において、前記範囲外画素が占める割合を示す占有率を求める占有率算出部を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の内視鏡システム用プロセッサ装置。
8. 前記診断情報算出部は、設定された関心領域内において、前記範囲外画素の分布に関する統計量を求める統計量算出部を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の内視鏡システム用プロセッサ装置。
9. 観察対象に照射するための光を発する光源と、
   前記観察対象を撮像して画像信号を出力する撮像素子と、
   前記画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部と、
   前記酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定部であって、前記酸素飽和度が前記特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部と、
   前記範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出部とを備え、
   前記診断情報算出部は、前記範囲外画素の前記酸素飽和度と、前記範囲内画素の前記酸素飽和度との差分値を求める差分値算出部を備える内視鏡システム。
10. 内視鏡が観察対象を撮像して得た画像信号を受信部が受信する受信する受信ステップと、
    酸素飽和度算出部が、前記画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出ステップと、
    画素特定部が、前記酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定ステップであって、前記画素特定部が、前記酸素飽和度が前記特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部ステップと、
    診断情報算出部が、前記範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出ステップとを備え、
    前記診断情報算出ステップには、前記診断情報算出部に含まれる差分値算出部が、前記範囲外画素の前記酸素飽和度と、前記範囲内画素の前記酸素飽和度との差分値を求めるステップが含まれる内視鏡システム用プロセッサ装置の作動方法。
11. 撮像素子が観察対象を撮像して画像信号を出力する撮像ステップと、
    酸素飽和度算出部が、前記画像信号に基づいて、酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出ステップと、
    画素特定部が、前記酸素飽和度が特定範囲から外れた範囲外画素を特定する画素特定ステップであって、前記画素特定部が、前記酸素飽和度が前記特定範囲に収まる範囲内画素も特定する画素特定部ステップと、
    診断情報算出部が、前記範囲外画素の情報を用いて、診断情報を数値として算出する診断情報算出ステップとを備え、
    前記診断情報算出ステップには、前記診断情報算出部に含まれる差分値算出部が、前記範囲外画素の前記酸素飽和度と、前記範囲内画素の前記酸素飽和度との差分値を求めるステップが含まれる内視鏡システムの作動方法。

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