JP5371702B2 - 電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、及び電子内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、体腔内の観察に用いられる電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、及び信号分離方法に関する。

近年の医療分野では、電子内視鏡を用いた診断や治療が数多く行なわれている。電子内視鏡は、被検者の体腔内に挿入される細長の挿入部を備えており、この挿入部の先端にはＣＣＤなどの撮像装置が内蔵されている。また、電子内視鏡は光源装置に接続されており、光源装置で発せられた光は、光ファイバなどのライトガイドを介して、挿入部の先端から体腔内部に対して照射される。このように体腔内部に光が照射された状態で、体腔内の被写体組織が、挿入部の先端の撮像装置によって撮像される。撮像により得られた画像は、電子内視鏡に接続されたプロセッサ装置で各種処理が施された後、モニタに表示される。したがって、電子内視鏡を用いることによって、被検者の体腔内の画像をリアルタイムに確認することができるため、診断などを確実に行うことができる。

光源装置には、波長が青色領域から赤色領域にわたる白色の広帯域光を発することができるキセノンランプなどの白色光源が用いられている。白色の広帯域光の照射によって得られる撮像画像（以下、広帯域画像という）からは、被写体組織表層の粘膜の状態、組織内の血管、陥没や隆起などの粘膜表面の形状、ポリープの有無といった被写体組織の全体的な様子を把握することができる。

また、こうした広帯域画像の観察の他に、例えば、特許文献１に記載されている内視鏡システムのように、波長を特定領域に制限した狭帯域光を照射する狭帯域光源を用いた特殊光観察も行われている。光は波長が長いほど、即ちＢ（青）色、Ｇ（緑）色、Ｒ（赤）色の順に、入射した被写体組織内における深達度が高くなる特性がある。特許文献１の内視鏡システムでは、こうした光の特性を利用して、表層、深層といった特定の深さにある血管が強調された狭帯域画像を生成している。例えば、深達度が低いＢ色の狭帯域光を照射することにより、表層の血管が強調された狭帯域画像が生成され、Ｂ色よりも深達度が高いＧ色の狭帯域光を照射することにより、表層よりも深層の血管が強調された狭帯域画像が生成される。こうした狭帯域画像によれば、広帯域画像と比べて、特定の深さの血管を明瞭に観察することが可能となる。

診断においては、このような血管領域が強調された狭帯域画像と、被写体組織の全体的な様子を観察するのに適した広帯域画像の両方を観察できることが好ましい。特許文献１の内視鏡システムでは、白色光源から発せられる光に対して、波長領域を制限せず広帯域光をそのまま透過させる第１領域と波長領域を制限して狭帯域光を透過させる第２領域の２つの透過領域が設けられた分光フイルタを用いて撮像を行なっているため、狭帯域画像と広帯域画像の両方の表示を可能にしている。また、特許文献１の内視鏡システムには、分光フィルタの第１領域と第２領域のいずれか一方が白色光源の光路上に位置するように、分光フィルタを移動させる機械的な駆動機構が設けられており、広帯域光と狭帯域光との切り替えは、駆動機構を操作して分光フィルタを移動させることにより行われる。

特許３５５９７５５号公報 特開２００１−７４５５５号公報

電子内視鏡で用いられるＣＣＤなどの撮像素子は、３０フレーム／ｓや６０フレーム／ｓのフレームレートで撮像信号を出力している。そのため、特許文献１のように、分光フイルタの機械的な移動により狭帯域光と広帯域光を切り替える構成では、狭帯域光と広帯域光の切り替えに時間を要するため、狭帯域画像を生成するための撮像信号と、広帯域画像を生成するための撮像信号の取得タイミングに数フレーム分の時間差が生じる。撮像信号の取得タイミングに時間差があると、被写体の体動や挿入部の動きによって、狭帯域画像と広帯域画像とでは各画像に映し出された被写体組織の同一部位について位置ずれが生じるおそれがある。

こうした位置ずれの解決策として、特許文献２に記載されているような音響光学フイルタを用いる方法が考えられる。音響光学フイルタは、音響光学素子に対して振動を加えることで、白色光などの広帯域光の中から特定の波長領域の狭帯域光を分離することができる。具体的には、音響光学フイルタを撮像素子の前方に配置し、広帯域光を撮像素子で受光する前に、音響光学フイルタを通過させることにより、広帯域と広帯域光に含まれる特定の波長領域の狭帯域光を分離することができる。しかしながら、音響光学フイルタは、高価であるためコスト上昇を招くという問題があった。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたもので、コストをかけずに、位置ずれの無い広帯域画像と狭帯域画像の両方を取得することができる電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、及び信号分離方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子内視鏡システムは、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色のカラーフイルタが設けられたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を有する撮像素子により、体腔内の被写体組織を撮像して撮像信号を出力する電子内視鏡と、波長領域がＲ色からＢ色に及ぶ白色の広帯域光と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち少なくとも１つの画素が感応せず、残りの画素が感応する波長領域を持つ狭帯域光とが混合された照明光を、電子内視鏡を通じて前記被写体組織に照射する照射手段と、前記照明光が照射されたときに前記撮像素子から出力される撮像信号であり、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれから出力され、前記広帯域光に含まれるＲ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの輝度値を表す広帯域撮像信号と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち、前記狭帯域光に感応する感応画素から出力され、前記狭帯域光の輝度値を表す狭帯域撮像信号とが合成された合成撮像信号を電子内視鏡から取得する信号取得手段と、前記広帯域光のみが照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各画素が出力する、Ｒ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの前記輝度値間の相関関係を予め記憶する相関関係記憶手段と、前記相関関係に基づいて、前記合成撮像信号を、前記狭帯域撮像信号と、前記広帯域撮像信号とに分離する信号分離手段とを備えたことを特徴とする。

前記信号分離手段は、前記合成撮像信号から、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち前記狭帯域光に感応しない非感応画素が出力する前記広帯域撮像信号を抽出し、抽出した前記非感応画素の前記広帯域撮像信号と前記相関関係とに基づいて、前記感応画素が出力する合成撮像信号に含まれる広帯域撮像信号を求め、求めた前記感応画素の広帯域撮像信号を前記感応画素の前記合成撮像信号から差し引くことが好ましい。

前記相関関係記憶手段には、前記Ｒ色成分、前記Ｇ色成分、Ｂ色成分のうちいずれか１色の感応画素に対応する１つの輝度値と、残りの２色の非感応画素に対応する２つの輝度値のいずれかとの相関関係が記憶されていることが好ましい。前記感応画素はＢ画素であることが好ましい。前記狭帯域光は、波長領域が４４０±１０ｎｍ又は４００±１０ｎｍであることが好ましい。

前記相関関係記憶手段には、前記Ｒ色成分、前記Ｇ色成分、Ｂ色成分のうちいずれか２色の前記感応画素に対応する２つの輝度値のそれぞれと、残りの１つの非感応画素に対応する輝度値との相関関係が記憶されていることが好ましい。前記感応画素はＢ画素とＧ画素であることが好ましい。前記狭帯域光は、波長領域が４７０±１０ｎｍであることが好ましい。

本発明の電子内視鏡用のプロセッサ装置は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色のカラーフイルタが設けられたＲ画、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を有する撮像素子が設けられた電子内視鏡から、体腔内の被写体組織を撮像して得られる撮像信号を取得する信号取得手段であり、波長領域がＲ色からＢ色に及ぶ白色の広帯域光と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち少なくとも１つの画素が感応せず、残りの画素が感応する波長領域を持つ狭帯域光とが混合された照明光が照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれから出力され、前記広帯域光に含まれるＲ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの輝度値を表す広帯域撮像信号と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち、前記狭帯域光に感応する感応画素から出力され、前記狭帯域光の輝度値を表す狭帯域撮像信号とが合成された合成撮像信号を取得する信号取得手段と、前記広帯域光のみが照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各画素が出力する、Ｒ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの前記輝度値間の相関関係を予め記憶する相関関係記憶手段と、前記相関関係に基づいて、前記合成撮像信号を、前記狭帯域撮像信号と、前記広帯域撮像信号とに分離する信号分離手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色のカラーフイルタが設けられたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を有する撮像素子を備える電子内視鏡が組み込まれた電子内視鏡システムの作動方法において、照明手段が、波長領域がＲ色からＢ色に及ぶ白色の広帯域光と、前記撮像素子のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち少なくとも１つの画素が感応せず、残りの画素が感応する波長領域を持つ狭帯域光とが混合された照明光を、電子内視鏡を通じて発するステップと、撮像素子が、体腔内の被写体組織を撮像して撮像信号を出力するステップと、信号取得手段が、撮像素子のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれから出力され、広帯域光に含まれるＲ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの輝度値を表す広帯域撮像信号と、撮像素子のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち、狭帯域光に感応する感応画素から出力され、狭帯域光の輝度値を表す狭帯域撮像信号とが合成された合成撮像信号を取得するステップと、信号分離手段が、予め相関関係記憶部に記憶され、前記広帯域光のみが照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各画素が出力する、Ｒ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの前記輝度値間の相関関係に基づいて、合成撮像信号を、狭帯域撮像信号と、広帯域撮像信号とに分離するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、波長領域がＲ色からＢ色に及ぶ白色の広帯域光と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち少なくとも１つの画素が感応せず、残りの画素が感応する波長領域を持つ狭帯域光とが混合された照明光を照射して得た撮像信号を、広帯域光のみが照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各画素が出力する、Ｒ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの前記輝度値間の相関関係に基づいて、前記狭帯域撮像信号と、前記広帯域撮像信号とに分離するから、コストをかけずに、位置ずれの無い広帯域画像と狭帯域画像の両方を取得することができる。

本発明の本実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。 本実施形態の電子内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフイルタの分光透過率を示すグラフであり、狭帯域光Ｎ１の波長領域と広帯域光ＢＢの波長領域とを示すグラフである。 ヘモグロビンの吸光度を示すグラフである。 広帯域光を照射したときの被写体組織の反射スペクトルを示すグラフである。 広帯域光のＢ成分の輝度値Ｆ１と広帯域光のＧ成分の輝度値Ｆ２との相関関係を示すグラフである。 広帯域画像と狭帯域画像が同時表示されたモニタの画像図である。 本発明の作用を示すフローチャートである。 Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフイルタの分光透過率を示すグラフであり、狭帯域光Ｎ３の波長領域と広帯域光ＢＢの波長領域とを示すグラフである。

図１に示すように、本発明の第１実施形態の電子内視鏡システム１０は、被検者の体腔内を撮像する電子内視鏡１１と、撮像により得られた信号に基づいて体腔内の被写体組織の画像を生成するプロセッサ装置１２と、体腔内を照射する光を供給する光源装置１３と、体腔内の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、体腔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が設けられており、この先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。

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、レーザーダイオードなどの狭帯域光源３３を備えており、この狭帯域光源３３は、波長が４４０±１０ｎｍに、好ましくは４４５ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ１を発生する。狭帯域光源３３は電子内視鏡のライトガイド４２に接続されている。レーザーダイオードとしては、例えば、ＧａＮ系半導体レーザーが使用される。

電子内視鏡１１は、ライトガイド４２、蛍光部材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４２は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどである。ライトガイド４２は光源装置内の狭帯域光源３３に接続されており、狭帯域光源３３で発せられた狭帯域光Ｎ１を導光する。

ライトガイド４２の出射端には、蛍光部材４３が取り付けられている。蛍光部材４３は、ライドガイド４２によって導光された狭帯域光Ｎ１を励起光として、波長領域が４７０〜７００ｎｍにわたる白色の広帯域光ＢＢを発光する。狭帯域光Ｎ１の一部は、蛍光部材４３を透過する。これにより、蛍光部材４３から、広帯域光ＢＢと狭帯域光Ｎ１とが混合された照明光が出射して、照明光は、照射レンズ４８及び照明窓４９を通して、体腔内の被写体組織に照射される。被写体組織で反射した照明光は、先端部１６ａの端面に取り付けられた観察窓５０を通して、集光レンズ５１に入射する。本例に示すＧａＮ系半導体レーザー、ライトガイド４２、蛍光部材４３を組み合わせた照射手段は、例えば、マイクロホワイト（商品名）として知られている。

ＣＣＤ４４は、集光レンズ５１からの光を撮像面４４ａで受光し、受光した光を光電変換して信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を撮像信号として読み出す。読み出された撮像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。ＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のいずれかのカラーフイルタが設けられたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素が配列されている。Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフイルタは、図３に示すような分光透過率５２，５３，５４を有している

ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素は、各色のカラーフイルタをそれぞれ透過する光の輝度値を表す撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒを出力する。広帯域光ＢＢは、波長領域が約４７０〜７００ｎｍであるので、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターを透過して、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素に入射する。したがって、広帯域光ＢＢのみがＣＣＤ４４に入射した場合には、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のすべてに感応することから、広帯域光ＢＢのＢ色成分の輝度値Ｆ１を有する撮像信号Ｂと、広帯域光ＢＢのＧ色成分の輝度値Ｆ２を有する撮像信号Ｇと、広帯域光ＢＢのＲ色成分の輝度値Ｆ３を有する撮像信号Ｒとが得られる。以下、これら輝度値Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を表す各撮像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを広帯域撮像信号という。

一方、狭帯域光Ｎ１は、波長領域が４４０±１０ｎｍであるので、Ｂ色のカラーフイルタのみを透過して、Ｂ画素にのみ入射する。したがって、狭帯域光Ｎ１のみがＣＣＤ４４に入射した場合には、狭帯域光Ｎ１はＢ画素のみに感応することから、狭帯域光Ｎ１の輝度値Ｌ１を有する撮像信号Ｂが得られる。以下、輝度値Ｌ１を表す撮像信号Ｂを狭帯域撮像信号という。

そして、広帯域光ＢＢと狭帯域光Ｎ１がＣＣＤ４４に同時に入射された場合には、Ｂ画素は狭帯域光Ｎ１及び広帯域光ＢＢのＢ成分の両方に感応し、Ｇ画素は狭帯域光Ｎ１には感応せず、広帯域光ＢＢのＧ成分に感応し、Ｒ画素は狭帯域光Ｎ１には感応せず、広帯域光ＢＢのＲ成分に感応する。したがって、下記式に示すように、狭帯域光に感応する感応画素であるＢ画素からは狭帯域光Ｎ１の輝度値Ｌ１と広帯域光ＢＢのＢ色成分の輝度値Ｆ１とが加算された輝度値Ｎ１＋Ｌ１を有する撮像信号Ｂが出力され、狭帯域光Ｎ１に感応しない非感応画素であるＧ画素及びＲ画素からは、広帯域光ＢＢのＧ成分の輝度値Ｆ２を有する撮像信号Ｇ及び広帯域光ＢＢのＲ成分の輝度値Ｆ３を有する撮像信号Ｒが出力される。
撮像信号Ｂ＝輝度値Ｌ１＋輝度値Ｆ１
撮像信号Ｇ＝輝度値Ｆ２
撮像信号Ｒ＝輝度値Ｆ３

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。

図２に示すように、プロセッサ装置１２は、デジタル信号処理部５５（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））と、フレームメモリ５６と、画像処理部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。

ＤＳＰ５５は、ＡＦＥ４５でデジタルデータに変換された合成撮像信号を受信して、フレームメモリ５５に書き込む。ＤＳＰ５５は、フレームメモリ５５から合成撮像信号を読み出して、読み出した合成撮像信号に対して信号処理を施す。ＤＳＰ５５は、相関関係記憶部６１と、信号分離部６３とを備えている。

相関関係記憶部６１は、食道、胃、腸からなる消化管内の被写体組織に対して白色光である広帯域光ＢＢのみを照射したときに、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素がそれぞれ出力する、広帯域光ＢＢのＢ成分、Ｇ成分、Ｒ成分の輝度値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３間の相関関係を記憶している。この相関関係は、消化管内の診断等で蓄積した多数の画像データを分析することにより得られたものである。

図４に示すように、血液中のヘモグロビンは、Ｒ色に対応する波長領域に対する吸光度が低く、Ｒ色に対応する波長と比較して、Ｂ色、Ｇ色に対応する波長領域に対する吸光度が大きい特性を有する。被写体組織に対して白色光である広帯域光ＢＢを照射すると、図５に示すような被写体組織の反射スペクトルが得られる。この反射スペクトルは、照射した光のうち被写体組織で反射してＣＣＤ４４で受光した光の割合（反射光／照射光）を波長ごとに表したものである。これは、消化管内の被写体組織の色が、主としてヘモグロビンを含む血管の色に依存していることを意味する。

さらに、被写体組織の反射スペクトルは消化管の部位によって全く異なっているが、全体的にはヘモグロビンの吸収スペクトルに大きく依存しているため、この反射スペクトルは、結果として、広帯域光ＢＢを照射したときに、ＣＣＤ４４のＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素のそれぞれから出力される輝度値Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３間に相関関係ができるようなスペクトル形状となっている。したがって、例えば、輝度値Ｆ１と輝度値Ｆ２との間には、図６に示すように、輝度値Ｆ１が増加すれば、輝度値Ｆ２が増加するという正の相関関係がある。輝度値Ｆ１と輝度値Ｆ３、輝度値Ｆ２と輝度値Ｆ３のそれぞれの相関関係についても同様である。相関関係記憶部６１は、こうした輝度値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３間の相関関係を、以下の式により記憶している。
Ｆ１＝α×Ｆ２＋β・・・（式１）
Ｆ１＝γ×Ｆ３＋δ・・・（式２）
Ｆ２＝ε×Ｆ３＋η・・・（式３）
ここで、α、β、γ、δ、ε、ηは一定の定数であり、α、γ、εの符号は正であり、β、δ、ηはバイアス値である。

信号分離部６３は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づいて、合成撮像信号を、広帯域撮像信号と狭帯域撮像信号に分離する。信号分離部６３は、まず、合成撮像信号から、非感応画素であるＧ画素が出力する撮像信号Ｇを抽出する。撮像信号Ｇは、広帯域光ＢＢのＧ色成分の輝度値Ｆ２を表す。次に、信号分離部６３は、輝度値Ｆ２を、Ｆ１とＦ２間の相関関係を示す（式１）に代入することによって、感応画素であるＢ画素が出力する撮像信号Ｂに含まれる、広帯域光ＢＢのＢ色成分の輝度値Ｆ１を求める。最後に、撮像信号Ｂから輝度値Ｆ１を差し引いて、狭帯域光Ｎ１の輝度値Ｌ１を求める。こうして、合成撮像信号から、広帯域光ＢＢのＢ色成分、Ｇ色成分、Ｒ色成分の輝度値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を表す広帯域撮像信号と、狭帯域光Ｎ１の輝度値Ｌ１を表す狭帯域撮像信号が分離される。

ＤＳＰ５５は、信号分離部６３で分離された広帯域撮像信号及び狭帯域撮像信号に対して信号処理を施す。信号処理としては、例えば、ホワイトバランス調整やガンマ補正である。

また、ＤＳＰ５５は、信号処理が施された広帯域撮像信号及び狭帯域撮像信号に基づいて、広帯域画像と狭帯域画像のそれぞれの画像データを作成し、作成した画像データをフレームメモリ５６に記憶する。

画像処理部５７は、狭帯域画像の画像データに対して画像処理を施す。具体的には、狭帯域画像内の血管領域を特定し、血管領域のコントラストを向上又は低下させるコントラスト調整処理を施す。狭帯域画像内の血管領域は、例えば、血管領域の輝度値とそれ以外の輝度値の差から特定される。狭帯域画像は、深達度が低い青色領域の狭帯域光Ｎ１の照射により得られる画像であるため、表層の血管領域が強調されている。

画像処理部５７は、表層の血管領域をさらに強調する場合には、コントラストを向上する処理を施し、反対に、表層の血管領域を目立たなくする場合には、コントラストを低下させる処理を施す。診断の目的によっては、関心領域が表層の血管領域の場合もあれば、血管領域以外の場合もある。こうした診断の目的によってコントラスト調整処理の内容が選択される。コントラスト調整処理を施すことで、関心領域を見やすくすることができる。コントラスト調整処理が施された狭帯域画像データは、再びフレームメモリ５６に記憶される。

表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から読み出した画像データを、例えば、ＮＴＳＣのコンポジット信号に変換して、図７に示すように、広帯域画像７０及び狭帯域画像７１をモニタ１４の画面内に並べて表示する。

次に、上記構成による作用について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。電子内視鏡システム１０による消化管の検査が行われる際には、プロセッサ装置１２及び光源装置１３の電源が投入され、電子内視鏡１１の挿入部１６が体腔内、具体的には、上部消化管、あるいは下部消化管に挿入される。

光源装置１３の電源が入ると、狭帯域光源３３が点灯し、狭帯域光Ｎ１がライトガイド４２を通じて蛍光部材４３に導光される。蛍光部材４３は、狭帯域光Ｎ１によって励起された広帯域光ＢＢと、蛍光部材４３を透過する狭帯域光Ｎ１とを混合した照明光を出射する。これにより、照明窓４９から広帯域光ＢＢと狭帯域光Ｎ１が消化管内の被写体組織に向けて同時に照射される。

照明光は被写体組織で反射して、その反射光がＣＣＤ４４の撮像面４４ａに入射する。ＣＣＤ４４は、所定のフレームレートで反射光を撮像する撮像動作を繰り返す。１回の撮像動作により、広帯域撮像信号と狭帯域撮像信号が合成された、１フレーム分の合成撮像信号が出力される。ＤＳＰ５５は、ＡＦＥ４５を介して、１フレーム分の合成撮像信号を取得する。

信号分離部６３は、合成撮像信号から、非感応画素であるＧ画素の撮像信号Ｇ及び感応画素の撮像信号Ｂを抽出する。撮像信号Ｇは、広帯域撮像信号（輝度値Ｆ２）のみからなり、撮像信号Ｂは、広帯域撮像信号（輝度値Ｆ１）と狭帯域撮像信号（輝度値Ｌ１）が合成されている。信号処理部６３は、撮像信号Ｇ（輝度値Ｆ２）と、相関関係記憶部６２に記憶された、上記（式１）で表される相関関係とに基づいて、感応画素であるＢ画素の撮像信号Ｂに含まれる、広帯域撮像信号（輝度値Ｆ１）を求める。撮像信号Ｂ＝輝度値Ｆ１＋輝度値Ｌ１であるから、撮像信号Ｂから広帯域撮像信号（輝度値Ｆ１）を差し引くことにより、狭帯域撮像信号（輝度値Ｌ１）が求められる。

こうして、合成撮像信号から、広帯域光ＢＢのＢ色成分、Ｇ色成分、Ｒ色成分のそれぞれの輝度値Ｆ１〜Ｆ３を表す広帯域撮像信号と、狭帯域光Ｎ１の輝度値Ｌ１を表す狭帯域撮像信号が分離される。狭帯域画像信号については、画像処理部５７によって表層の血管領域のコントラスト調整処理が施される。表示制御部５８は、分離された広帯域撮像信号及び狭帯域撮像信号に基づいて、広帯域画像７０、狭帯域画像７１を生成し、図７に示すように、モニタ１４の画面に並べて表示する。こうした処理が検査終了まで繰り返される。

このように、広帯域光ＢＢと狭帯域光Ｎ１を混合した照明光を被写体組織に照射して得られる、１フレーム分の合成撮像信号を、広帯域撮像信号と狭帯域撮像信号に分離して、これらに基づいて、２つの広帯域画像７０及び狭帯域画像７１を生成して表示するため、次のようなメリットを得ることができる。従来技術のように、取得タイミングが異なる２フレームの撮像信号から、広帯域撮像信号と狭帯域撮像信号をそれぞれ求めた場合には、生成された広帯域画像と狭帯域画像は、被写体の体動や挿入部の動きによって、被写体組織の同一部位についての位置ずれが生じるおそれがある。

これに対して、本発明は、１フレームの合成撮像信号から２つの広帯域撮像信号及び狭帯域画像信号を求めるため、各信号のフレームの取得タイミングが同じなので、位置ずれは生じない。また、広帯域光ＢＢのみを被写体組織に照射したときの、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素の輝度値間の相関関係に基づいて、合成撮像信号を広帯域撮像信号と狭帯域撮像信号に分離するので、音響光学フイルタのような高価なデバイスを使用する必要がないため、低コスト化を達成できる。

上記第１実施形態では、非感応画素がＧ画素で、感応画素であるＢ画素の広帯域撮像信号（輝度値Ｆ１）を求めるために、Ｇ画素の広帯域撮像信号（輝度値Ｆ２）を用いた例で説明したが、もう１つの非感応画素であるＲ画素の広帯域撮像信号（輝度値Ｆ３）を用いて、Ｂ画素の広帯域撮像信号（輝度値Ｆ１）を求めてもよい。

また、第１実施形態では、波長領域が４４０±１０ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ１を照射したが、Ｂ画素のみに感応する狭帯域光であれば、上記波長領域に限らず、例えば、波長領域が４００±１０ｎｍに制限された狭帯域光Ｎ２を照射してもよい。また、Ｂ画素を感応画素とした例で説明したが、Ｇ画素又はＲ画素が感応する狭帯域光を使用して、Ｇ画素又はＲ画素のいずれかを感応画素としてもよい。

上述のように、光は波長が長くなるほど深達度が大きいので、Ｇ画素又はＲ画素が感応する狭帯域光を使用することで、Ｂ画素が感応する狭帯域光を使用した場合よりも、深層の血管領域を強調した狭帯域画像を得ることができる。このように、狭帯域光の波長領域は、関心領域となる血管領域の深さに応じて選択される。また、異なる波長領域を照射可能な複数の狭帯域光源を設けるなどの方法により、狭帯域光の波長領域を切り替えられるようにしてもよい。

また、第１実施形態では、感応画素が１画素で、非感応画素が２画素の例で説明したが、感応画素が２画素で、非感応画素が１画素でもよい。この場合には、例えば、図９に示す第２実施形態のように、波長領域が４７０±１０ｎｍの狭帯域光Ｎ３が使用される。Ｂ画素が感応する波長領域とＧ画素が感応する波長領域は一部重なっており、４７０±１０ｎｍの波長領域は、重なった波長領域に含まれる。そのため、狭帯域光Ｎ３に対しては、Ｂ画素及びＧ画素の両方が感応する。

広帯域光ＢＢと狭帯域光Ｎ３の両方が同時に照射されると、ＣＣＤ４４は、広帯域光ＢＢの輝度値を表す広帯域撮像信号と狭帯域光Ｎ３の輝度値を表す狭帯域撮像信号が合成された合成撮像信号を出力する。下記式に示すように、この合成撮像信号において、撮像信号Ｂは、広帯域光ＢＢのＢ色成分の輝度値Ｆ１及び狭帯域光Ｎ３のＢ色成分の輝度値Ｌ１を加算された輝度値を表し、撮像信号Ｇは、広帯域光ＢＢのＧ色成分の輝度値Ｆ２及び狭帯域光Ｎ３のＧ色成分の輝度値Ｌ１が加算された輝度値を表し、撮像信号Ｒが広帯域光のＲ成分の輝度値Ｆ３を表す。
撮像信号Ｂ＝輝度値Ｌ１＋輝度値Ｆ１
撮像信号Ｇ＝輝度値Ｌ２＋輝度値Ｆ２
撮像信号Ｒ＝輝度値Ｆ３

第２実施形態においては、Ｒ画素のみが非感応画素となるため、信号分離部６３は、広帯域撮像信号のみからなる撮像信号Ｒ（輝度値Ｆ３）に基づいて、感応画素であるＢ画素及びＧ画素の撮像信号Ｂ、Ｇから、広帯域撮像信号と狭帯域撮像信号を分離する。信号分離部６３は、合成撮像信号から撮像信号Ｂ、Ｇ、Ｒをそれぞれ抽出する。そして、信号分離部６３は、相関関係記憶部６１から、輝度値Ｆ１と輝度値Ｆ３間の相関関係を示す上記（式２）を読み出し、（式２）に、撮像信号Ｒ（輝度値Ｆ３）を代入することによって、撮像信号Ｂに含まれる、広帯域撮像信号（広帯域光ＢＢのＢ色成分である輝度値Ｆ１）を求める。

また、撮像信号Ｒ（輝度値Ｆ３）を、輝度値Ｆ２と輝度値Ｆ３間の相関関係を示す（式３）に代入することによって、撮像信号Ｇに含まれる、広帯域撮像信号（広帯域光ＢＢのＧ色成分である輝度値Ｆ２）を求める。そして、撮像信号Ｂ、Ｇから、広帯域撮像信号（輝度値Ｆ１）、広帯域撮像信号（輝度値Ｆ２）がそれぞれ差し引かれて、それぞれの狭帯域撮像信号（輝度値Ｌ１及びＬ２）が求められる。こうして合成撮像信号から、広帯域光ＢＢのＢ色成分、Ｇ色成分、Ｒ色成分のそれぞれの輝度値Ｆ１〜Ｆ３を表す広帯域撮像信号と、狭帯域光Ｎ１の輝度値Ｌ１，Ｌ２を表す狭帯域撮像信号が分離される。

なお、第２実施形態では、Ｂ画素及びＧ画素の２画素を感応画素とし、Ｒ画素を非感応画素とした例で説明したが、Ｇ画素及びＲ画素の２画素を感応画素としてもよい。Ｇ画素及びＲ画素を感応画素とする場合には、Ｇ画素とＲ画素が感応する波長領域の狭帯域光が使用される。

上記各実施形態では、広帯域光及び狭帯域光を同時に体腔内に照射し、広帯域画像と狭帯域画像の両方を並べて表示する例で説明したが、広帯域画像又は狭帯域画像を１つずつ選択的に表示するようにしてもよい。また、広帯域画像のみを表示する場合には、信号分離を行わずに、合成撮像信号に基づいて広帯域画像を生成してもよい。

なお、上記各実施形態では、光源としては狭帯域光源のみを設け、狭帯域光源が発光する狭帯域光を励起光として蛍光部材に入射させることにより、広帯域光ＢＢを生成する例で説明したが、光源装置内に狭帯域光源に加えて、広帯域光ＢＢを生成する専用の広帯域光源を設置してもよい。

なお、本発明は、挿入部等を有する挿入型の電子内視鏡の他、ＣＣＤなどの撮像素子等をカプセルに内蔵させたカプセル型の電子内視鏡に対しても適用することができる。

１０ 電子内視鏡システム
１４ モニタ
３３ 狭帯域光源
４４ ＣＣＤ
５５ ＤＳＰ
６１ 相関関係記憶部
６３ 信号分離部

Claims (10)

1. Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色のカラーフイルタが設けられたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を有する撮像素子により、体腔内の被写体組織を撮像して撮像信号を出力する電子内視鏡と、
   波長領域がＲ色からＢ色に及ぶ白色の広帯域光と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち少なくとも１つの画素が感応せず、残りの画素が感応する波長領域を持つ狭帯域光とが混合された照明光を、電子内視鏡を通じて前記被写体組織に照射する照射手段と、
   前記照明光が照射されたときに前記撮像素子から出力される撮像信号であり、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれから出力され、前記広帯域光に含まれるＲ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの輝度値を表す広帯域撮像信号と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち、前記狭帯域光に感応する感応画素から出力され、前記狭帯域光の輝度値を表す狭帯域撮像信号とが合成された合成撮像信号を電子内視鏡から取得する信号取得手段と、
   前記広帯域光のみが照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各画素が出力する、Ｒ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの前記輝度値間の相関関係を予め記憶する相関関係記憶手段と、
   前記相関関係に基づいて、前記合成撮像信号を、前記狭帯域撮像信号と、前記広帯域撮像信号とに分離する信号分離手段とを備えたことを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 前記信号分離手段は、前記合成撮像信号から、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち前記狭帯域光に感応しない非感応画素が出力する前記広帯域撮像信号を抽出し、
   抽出した前記非感応画素の前記広帯域撮像信号と前記相関関係とに基づいて、前記感応画素が出力する合成撮像信号に含まれる広帯域撮像信号を求め、
   求めた前記感応画素の広帯域撮像信号を前記感応画素の前記合成撮像信号から差し引くことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
3. 前記相関関係記憶手段には、前記Ｒ色成分、前記Ｇ色成分、Ｂ色成分のうちいずれか１色の感応画素に対応する１つの輝度値と、残りの２色の非感応画素に対応する２つの輝度値のいずれかとの相関関係が記憶されていることを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡システム。
4. 前記感応画素はＢ画素であることを特徴とする請求項３記載の電子内視鏡システム。
5. 前記狭帯域光は、波長領域が４４０±１０ｎｍ又は４００±１０ｎｍであることを特徴とする請求項４記載の電子内視鏡システム。
6. 前記相関関係記憶手段には、前記Ｒ色成分、前記Ｇ色成分、Ｂ色成分のうちいずれか２色の前記感応画素に対応する２つの輝度値のそれぞれと、残りの１つの非感応画素に対応する輝度値との相関関係が記憶されていることを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡システム。
7. 前記感応画素はＢ画素とＧ画素であることを特徴とする請求項６記載の電子内視鏡システム。
8. 前記狭帯域光は、波長領域が４７０±１０ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の電子内視鏡システム。
9. Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色のカラーフイルタが設けられたＲ画、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を有する撮像素子が設けられた電子内視鏡から、体腔内の被写体組織を撮像して得られる撮像信号を取得する信号取得手段であり、波長領域がＲ色からＢ色に及ぶ白色の広帯域光と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち少なくとも１つの画素が感応せず、残りの画素が感応する波長領域を持つ狭帯域光とが混合された照明光が照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれから出力され、前記広帯域光に含まれるＲ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの輝度値を表す広帯域撮像信号と、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち、前記狭帯域光に感応する感応画素から出力され、前記狭帯域光の輝度値を表す狭帯域撮像信号とが合成された合成撮像信号を取得する信号取得手段と、
   前記広帯域光のみが照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各画素が出力する、Ｒ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの前記輝度値間の相関関係を予め記憶する相関関係記憶手段と、
   前記相関関係に基づいて、前記合成撮像信号を、前記狭帯域撮像信号と、前記広帯域撮像信号とに分離する信号分離手段とを備えたことを特徴とする電子内視鏡用のプロセッサ装置。
10. Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の３色のカラーフイルタが設けられたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を有する撮像素子を備える電子内視鏡が組み込まれた電子内視鏡システムの作動方法において、
    照明手段が、波長領域がＲ色からＢ色に及ぶ白色の広帯域光と、前記撮像素子のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち少なくとも１つの画素が感応せず、残りの画素が感応する波長領域を持つ狭帯域光とが混合された照明光を、前記電子内視鏡を通じて発するステップと、
    前記撮像素子が、体腔内の被写体組織を撮像して撮像信号を出力するステップと、
    信号取得手段が、前記撮像素子のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれから出力され、前記広帯域光に含まれるＲ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの輝度値を表す広帯域撮像信号と、前記撮像素子のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のうち、前記狭帯域光に感応する感応画素から出力され、前記狭帯域光の輝度値を表す狭帯域撮像信号とが合成された合成撮像信号を取得するステップと、
    信号分離手段が、予め相関関係記憶部に記憶され、前記広帯域光のみが照射されたときに、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各画素が出力する、Ｒ色成分、Ｇ色成分、Ｂ色成分のそれぞれの前記輝度値間の相関関係に基づいて、前記合成撮像信号を、前記狭帯域撮像信号と、前記広帯域撮像信号とに分離するステップとを含むことを特徴とする電子内視鏡システムの作動方法。
    

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