JP5568584B2 - 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、面順次方式などの順次方式で得られた複数フレームの画像信号に基づいて１フレームの内視鏡画像を生成し、生成された内視鏡画像を動画表示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。内視鏡装置による被検体内の観察としては、照明光として広帯域光の白色光を用いて被検体内の全体像を把握する通常光観察や、特定波長の照明光を用いて様々な観点から観察を行う特殊光観察が知られている。

通常光観察では、キセノン光などの広帯域光を被検体に照射し、その反射像をカラーの撮像素子で撮像して得たカラーの通常観察動画をモニタに表示する他に、特許文献１及び２に示すように、広帯域光から色分離したＲＧＢの３色の光を被検体に順次照射し、その反射像を順次撮像して得られる３色分の画像を同時化したカラーの通常観察動画をモニタに表示することが知られている。

特殊光観察においては、血中ヘモグロビンの吸光係数が高い波長域の照明光を用いることによって特定深さの血管を強調表示する血管強調観察の他、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の変化により吸光度が変化する波長範囲を少なくとも含む複数波長の光を体腔内に順次照射し、その反射像を順次撮像すること（順次方式）により得られる複数フレームの画像から、酸素飽和度を酸素飽和度画像として画像化することも行われている（酸素飽和度観察）。これら血管強調観察や酸素飽和度観察などの特殊光観察によれば、通常光観察では発見が困難であった癌の検出を容易する。

ここで、酸素飽和度画像のように、波長成分が異なる複数フレームの画像を順次方式で取得する場合には、各画像の取得時間はそれぞれ異なっている。したがって、それら各波長成分の画像の取得中に、内視鏡スコープ先端部の湾曲動作や被検体内の体動その他の様々な動き、画像にブレが生じると、画像中にアーチファクトが生じるおそれがある。このアーチファクトの問題に対して、特許文献１では、面順次方式で取得したＲＧＢの３枚の画像に基づいて１フレームの観察画像をモニタに表示する際、動きが小さいときはカラーで表示し、動きが大きいときはモノクロに切り替えて表示することが示されている。したがって、モノクロ表示されているときには、ユーザーは画像中にアーチファクトが生じていることを認識することができる。

特開平８−６８９５２号公報

特許文献１では、観察画像のカラー表示とモノクロ表示の切り替えは、手動（キーボードの入力）で行われている。このような表示切り替え操作は、内視鏡スコープを実際に操作する術者にとっては、大きな負担となることが多い。したがって、この術者の負担を減らすためには、術者とは別の補助者に、表示切り替え操作を行ってもらう必要がある。

本発明は、面順次などの順次方式で取得した複数フレームの画像に基づいて内視鏡画像を表示する際、被検体内の動きによるアーチファクトの発生など画像表示上の異常を自動で検出するとともに、その検出結果をモニタ上に表示することができる内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡動画表示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、所定の波長帯域においてスペクトル分布が共通する第１及び第２照明光を、それぞれ別の第１及び第２フレームに分けて、被検体に順次照射する照明手段と、所定の波長帯域の光を透過させるカラーフィルタが設けられた特定画素を有するカラーの撮像素子で、各フレーム毎に前記被検体の反射像を順次撮像することにより、第１及び第２フレームで第１及び第２画像信号を取得する動画生成手段であり、第１及び第２画像信号に基づいて１フレームの内視鏡画像を生成し、生成された内視鏡画像を表示手段に順次表示するための内視鏡動画を生成する動画生成手段と、第１画像信号のうち特定画素から出力された信号と第２画像信号のうち特定画素から出力された信号の信号比が所定の範囲外となった場合に、表示手段に警告情報を表示する警告表示手段とを備えることを特徴とする。

前記第１照明光は、第１青色狭帯域光と、この第１青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換することで得られる緑色〜赤色の広帯域光とを含んでおり、前記第２照明光は、前記第１青色狭帯域光と波長が異なる第２青色狭帯域光と、この第２青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換することで得られる緑色〜赤色の広帯域光とを含んでおり、前記第１及び第２照明光のスペクトル分布が共通する前記所定の波長帯域は、赤色帯域であることが好ましい。前記第１及び第２青色狭帯域光は半導体光源から発せられることが好ましい。

前記警告表示手段は、前記信号比が第１の数値範囲から外れた場合に、前記被検体での動きに関する第１警告情報を前記表示手段に表示することが好ましい。前記内視鏡動画は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を動画化した酸素飽和度観察動画であり、前記警告表示手段は、前記信号比が第２の数値範囲から外れた場合に、前記酸素飽和度に関する第２警告情報を前記表示手段に表示することが好ましい。

前記信号比が所定の範囲外となった場合に、前記内視鏡動画の表示方法を変更する表示方法変更手段を備えることが好ましい。前記信号比が所定の範囲内の場合に、前記内視鏡動画を静止画として静止画用記憶手段に記録する静止画記録手段を備えることが好ましい。

本発明は、所定の波長帯域においてスペクトル分布が共通する第１及び第２照明光を、それぞれ別の第１及び第２フレームに分けて、被検体に順次照射するとともに、所定の波長帯域の光を透過させるカラーフィルタが設けられた特定画素を有するカラーの撮像素子で、各フレーム毎に被検体の反射像を順次撮像することにより、第１及び第２フレームで第１及び第２画像信号を取得する内視鏡装置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、第１及び第２画像信号に基づいて１フレームの内視鏡画像を生成し、生成された内視鏡画像を表示手段に順次表示するための内視鏡動画を生成する動画生成手段と、第１画像信号のうち特定画素から出力された信号と第２画像信号のうち特定画素から出力された信号の信号比が所定の範囲外となった場合に、表示手段に警告情報を表示する警告表示手段とを備えることを特徴とする。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、照明手段が、所定の波長帯域においてスペクトル分布が共通する第１及び第２照明光を、それぞれ別の第１及び第２フレームに分けて発するステップと、動画生成手段が、所定の波長帯域の光を透過させるカラーフィルタが設けられた特定画素を有するカラーの撮像素子で、各フレーム毎に被検体の反射像を順次撮像することにより、第１及び第２フレームで第１及び第２画像信号を取得し、第１及び第２画像信号に基づいて１フレームの内視鏡画像を生成するステップと、動画生成手段が、生成された内視鏡画像を内視鏡動画として表示手段に順次表示させるステップと、警告表示手段が、第１画像信号のうち特定画素から出力された信号と第２画像信号のうち特定画素から出力された信号の信号比が所定の範囲外となった場合に、表示手段に警告情報を表示させるステップとを備えるものである。

本発明によれば、被検体の動きなどに相関関係がある画像信号間の信号比を用いることで、アーチファクトの発生など画像表示上の異常を自動的に検出し、更に、その画像表示上の異常は、内視鏡動画中で警告情報として表示される。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムの内部構成を表すブロック図である。 第１及び第２白色光の発光スペクトルを表すグラフである。 カラーの撮像素子に設けられたＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素を示す図である。 Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素の分光透過率を示すグラフである。 通常光観察モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための説明図である。 酸素飽和度観察モードにおける撮像素子の撮像制御を説明するための説明図である。 「アーチファクト」に関する警告表示が挿入された酸素飽和度観察動画を示す図である。 「酸素飽和度」に関する警告表示が挿入された酸素飽和度観察動画を示す図である。 「酸素飽和度」に関する警告表示が挿入された酸素飽和度観察動画を示す図である。 画像処理部の内部構成を示すブロック図である。 酸素飽和度と信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２との相関関係を示すグラフである。 ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 血液量と信号比Ｒ２／Ｇ２との相関関係を示すグラフである。 図８のグラフにおいて信号比から酸素飽和度を求める方法を説明するためのである。 酸素飽和度観察モードにおける一連の流れを示すフローチャートである。 動き量Ｍに応じて、酸素飽和度観察動画の色表示方法（モノクロ、カラー）を変更すること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、所定の波長範囲の光を発生する光源装置１１と、光源装置１１からの照明光を被検体の被観察領域に照射し、その反射像を撮像する内視鏡装置１２と、内視鏡装置１２での撮像により得られた画像信号を画像処理するプロセッサ装置１３と、画像処理によって得られた内視鏡画像等を表示する表示装置１４と、キーボード等で構成される入力装置１５とを備えている。

内視鏡装置１２には、操作部１６側から順に、軟性部１７、湾曲部１８、スコープ先端部１９が設けられている。軟性部１７は可撓性を有しているため、屈曲自在にすることができる。湾曲部１８は、操作部１６に配置されたアングルノブ１６ａの回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部１８は、被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲させることができるため、スコープ先端部１９を所望の観察部位に向けることができる。

内視鏡システム１０は、波長範囲が青色から赤色に及ぶ可視光の被検体像からなる通常観察動画を表示装置１４に表示する通常光観察モードと、被検体における血中ヘモグロビンの酸素飽和度を動画化した酸素飽和度観察動画を表示装置１４に表示する酸素飽和度観察モードを備えている。これら観察モードは、内視鏡装置の切り替えスイッチ２１や入力装置１５によって入力される入力情報に基づき、適宜切り替えられる。

図２に示すように、光源装置１１は、２種のレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２と、光源制御部２０とを備えている。レーザ光源ＬＤ１は、中心波長が４７３ｎｍの第１レーザ光を発する。この第１レーザ光は、内視鏡装置１２のスコープ先端部１９に配置された蛍光体５０で、第１白色光（疑似白色光）に波長変換される。レーザ光源ＬＤ２は、中心波長が４４５ｎｍの第２レーザ光を発する。この第２レーザ光も、蛍光体５０によって、第２白色光に波長変換される。なお、第１レーザ光の波長範囲は４６０〜４８０ｎｍにすることが好ましく、第２レーザ光の波長範囲は４４０〜４６０ｎｍにすることが好ましい。

各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられる第１または第２レーザ光は、集光レンズ（図示省略）を介してそれぞれ光ファイバ２４，２５に入射する。なお、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが使用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオード等を用いることもできる。

光源制御部２０は、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２を制御することによって、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２の発光タイミングを調節する。本実施形態では、通常光観察モードのときには、レーザ光源ＬＤ２をオンにし、レーザ光源ＬＤ１をオフにする。一方、酸素飽和度観察モードのときには、１フレーム毎にレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２のオン・オフを切り替える。即ち、レーザ光源ＬＤ１をオンにするときにはレーザ光源ＬＤ２をオフにし、レーザ光源ＬＤ１をオフにするときにはレーザ光源ＬＤ２をオンにする。

カプラ２２は、光ファイバ２４からの第１レーザ光を２系統の光に分波し、その２系統の光をライトガイド２８，２９に入射させる。また、カプラ２２は、光ファイバ２５からの第２レーザ光についても、２系統の光に分波してライトガイド２８，２９へと入射させる。ライトガイド２８，２９は多数の光ファイバを束ねたバンドルファイバなどから構成される。

内視鏡装置１２は電子内視鏡から構成され、ライトガイド２８，２９で導光された２系統（２灯）の光を被観察領域に向けて照射する照明部３３と、被観察領域を撮像する１系統の撮像部３４と、内視鏡装置１２と光源装置１１及びプロセッサ装置１３とを着脱自在に接続するコネクタ部３６を備えている。

照明部３３は、撮像部３４の両脇に設けられた２つの照明窓４３，４４を備えており、各照明窓４３，４４は、第１または第２白色光を被観察領域に向けて照射する。撮像部３４は、スコープ先端部１９の略中心位置に、被観察領域からの反射光を受光する１つの観察窓４２を備えている。

照明窓４３，４４の奥には、それぞれ投光ユニット４７，５４が収納されている。各投光ユニット４７，５４は、ライトガイド２８，２９からの第１または第２レーザ光を蛍光体５０に当てて第１または第２白色光を励起発光させ、その第１または第２白色光をレンズ５１を介して被観察領域に向けて照射する。

蛍光体５０は、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からの第１または第２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。第１または第２レーザ光が蛍光体５０に照射されると、蛍光体５０から発せられる緑色〜赤色の励起発光光（蛍光）と、蛍光体５０により吸収されず透過した第１または第２レーザ光の励起光とが合わされて、白色光（疑似白色光）が生成される。

なお、蛍光体５０は略直方体形状を有していることが好ましい。この場合、蛍光体５０は、蛍光体物質をバインダで略直方体状に固めて形成してもよく、また、無機ガラスなどの樹脂に蛍光体物質を混合したものを略直方体状に形成してもよい。この蛍光体５０は、商品名としてマイクロホワイト（登録商標）（Micro White（ＭＷ））とも呼ばれている。

第１レーザ光が投光ユニット４７，５４に入射したときには、図３に示すように、中心波長４７３ｎｍの第１レーザ光の波長範囲と、その第１レーザ光によって励起発光する蛍光において発光強度が増大する概ね４８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する白色光が被検体に照射される。一方、第２レーザ光が投光ユニット４７，５４に入射したときには、中心波長４４５ｎｍの第２レーザ光の波長範囲と、その第２レーザ光によって励起発光する蛍光において発光強度が増大する概ね４６０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲とを有する白色光が被検体に照射される。

なお、ここで、本発明でいう白色光とは、厳密に可視光の全ての波長成分を含むものに限らず、例えば、上述した疑似白色光を始めとして、基準色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等、特定の波長帯の光を含むものであればよい。つまり、本発明のいう白色光には、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含まれるものとする。

図２に示すように、観察窓４２の奥には、被検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズ５８が設けられており、さらにその対物レンズ５８の奥には、被観察領域の像光を受光して被観察領域を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などの撮像素子６０が設けられている。

撮像素子６０は、対物レンズ５８からの光を受光面（撮像面）で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号（アナログ信号）を出力する。撮像素子６０はカラーＣＣＤであり、図４Ａに示すように、その受光面には、Ｂ色のカラーフィルタが設けられたＢ画素６０ｂ、Ｇ色のカラーフィルタが設けられたＧ画素６０ｇ、Ｒ色のカラーフィルタが設けられたＲ画素６０ｒを１組とする画素群が、マトリックス状に配列されている。Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルタは、図４Ｂの曲線６３，６４，６５に示すように、それぞれ青色帯域、緑色帯域、赤色帯域に分光透過率を有している。

図２に示すように、撮像素子６０から出力される撮像信号（アナログ信号）は、スコープケーブル６７を通じてＡ／Ｄ変換器６８に入力される。Ａ／Ｄ変換器６８は、撮像信号（アナログ信号）をその電圧レベルに対応する画像信号（デジタル信号）に変換する。変換後の画像信号は、コネクタ部３６を介して、プロセッサ装置１３に入力される。

撮像制御部７０は撮像素子６０の撮像制御を行う。図５Ａに示すように、通常光観察モード時には、１フレーム期間内で、第２白色光（４４５ｎｍ＋蛍光体（本実施形態では４４５ｎｍの第２レーザ光を蛍光体５０に当てて白色光を発生させるため、このように表記する））を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる。これは通常光観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

一方、酸素飽和度観察モード時には、図５Ｂに示すように、まず、最初の１フレーム目で、第１白色光（４７３ｎｍ＋蛍光体（本実施形態では４７３ｍの第１レーザ光を蛍光体５０に当てて白色光を発生させるため、このように表記する））を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが行われる。そして、次の２フレーム目で、第２白色光を光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、蓄積した電荷を読み出すステップの合計２ステップが１フレーム期間内に行われる。これら合計２フレームの撮像制御は、酸素飽和度観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

この酸素飽和度観察モードにおいては、１フレーム目に、撮像素子６０のＢ画素から青色信号Ｂ１が出力され、Ｇ画素から緑色信号Ｇ１が出力され、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒ１が出力される。また、２フレーム目には、Ｂ画素から青色信号Ｂ２が出力され、Ｇ画素から緑色信号Ｇ２が出力され、Ｒ画素から赤色信号Ｒ２が出力される。

図２に示すように、プロセッサ装置１３は、制御部７１と、動き量算出部７２と、画像処理部７３と、記憶部７４とを備えており、制御部７１には表示装置１４及び入力装置１５が接続されている。制御部７１は、内視鏡装置１２の切り替えスイッチ２１や入力装置１５から入力される入力情報に基づいて、画像処理部７３、光源装置１１の光源制御部２０、内視鏡装置１２の撮像制御部７０、及び表示装置１４の動作を制御する。

動き量算出部７２は、酸素飽和度観察モードに設定されている場合に、１フレーム目の赤色信号Ｒ１と２フレーム目の赤色信号Ｒ２との信号比を示すＲ２／Ｒ１を算出するとともに、この信号比Ｒ２／Ｒ１から、スコープ先端部１９の湾曲動作や被検体内の体動その他の様々な動きを数値化した動き量Ｍを求める。この動き量Ｍと信号比Ｒ２／Ｒ１の対応関係は、動き量記憶部７２ａに記憶されている。

動き量Ｍが一定の閾値以上となった場合には、動きによるアーチファクトが生じている可能性があることから、図６Ａに示すように、「アーチファクトの可能性有り」を記号として表した警告記号「！！」１４ａを、酸素飽和度観察動画の中に挿入する。この警告の挿入処理は、警告挿入部７２ｂにより行われる。また、動き量算出部７２で求めた動き量Ｍは、画像処理部７３に送られる。なお、アーチファクトは、動きによって生じるほか、露光制御要因で第１及び第２白色光の強度比が変化した場合に起こり得る可能性がある（したがって、第１及び第２白色光の強度比は一定に保つことが好ましい）。

上述したように、信号比Ｒ２／Ｒ１から動き量Ｍを算出することができるのは、次の理由による。酸素飽和度観察モード時に１フレーム目で被検体内に照射する第１白色光と、２フレーム目で照射する第２白色光とは、赤色帯域においてはスペクトル分布がほぼ共通している（図３参照）。したがって、何らかの動き（スコープ先端部１９の湾曲動作や被検体内の体動その他の様々な動き）がなければ、第１白色光の反射像から得られる赤色信号Ｒ１と第２白色光の反射像から得られる赤色信号Ｒ２との比を示す信号比Ｒ２／Ｒ１は、第１及び第２白色光の光量比に対応してほぼ一定値Ｃとなる。これに対して、動きが生じると、この動きの大きさに応じてＲ２／Ｒ１も、一定値Ｃから外れるようになる。以上から、動きとＲ２／Ｒ１は相関関係があるため、Ｒ２／Ｒ１から動き量Ｍを算出することができる。

また、警告挿入部７２ｂは、動き量算出部７２で求めた信号比Ｒ２／Ｒ１が予め定めた規定値Ｓから外れた場合には、酸素飽和度観察動画中に、酸素飽和度の表示に異常が生じている可能性があることを示す警告表示を挿入する。例えば、信号比Ｒ２／Ｒ１が規定値Ｓよりも大きい場合には、図６Ｂに示すように、「酸素飽和度が高すぎる可能性有り」を記号として表した警告機構「StO2:高」１４ｂを酸素飽和度観察動画中に挿入する。一方、信号比Ｒ２／Ｒ１が規定値Ｓよりも小さい場合には、図６Ｃに示すように、「酸素飽和度が低すぎる可能性有り」を記号として表した警告記号「StO2:低」１４ｃを酸素飽和度観察動画中に挿入する。なお、所定の条件を満たす場合には、「酸素飽和度」に関する警告と「アーチファクト」に関する警告とを、同時に表示装置１４に表示してもよい。

このように、信号比Ｒ２／Ｒ１によって酸素飽和度が変化するのは、以下の理由による。酸素飽和度観察モードにおいては、スコープ先端部１９と被写体との観察距離を近くしてくと、対物レンズ５８の光学特性より、２フレーム目の第２白色光（４４５nm＋蛍光体）の照射時に得られる被検体像は、１フレーム目の第１白色光（４７３nm＋蛍光体）の照射時に得られる被検体像よりも大きく写し出されるようになる。すなわち、２フレーム目のほうが被写体との距離が近くなるので、２フレーム目で撮像素子６０が受ける光の量は１フレーム目よりも多くなる。したがって、この場合、Ｒ２／Ｒ１が規定値Ｓよりも大きくなるため（１フレーム目のＲ１よりも２フレーム目のＲ２のほうが大きくなる）、酸素飽和度（Ｂ１／Ｇ２に相関がある）は本来よりも大きく出る可能性が高くなる。

反対に、観察距離が遠くなると、１フレーム目のほうが被写体との距離が近くなるので、１フレーム目で撮像素子６０が受ける光の量は２フレーム目よりも多くなる。したがって、この場合、Ｒ２／Ｒ１が規定値Ｓよりも小さくなるため（２フレーム目のＲ２よりも１フレーム目のＲ１のほうが大きくなる）、酸素飽和度は本来よりも小さく出る可能性が高くなる。

図７に示すように、画像処理部７３は、通常観察動画処理部８０、酸素飽和度画像処理部８１、静止画処理部８２を備えており、内視鏡装置１２からの画像信号に対して、所定の画像処理を施す。通常観察動画処理部８０は、通常光観察モード時に得られる画像信号に対して所定の画像処理を順次施すことによって、通常観察動画を生成する。

酸素飽和度観察動画処理部８１は、酸素飽和度観察モード時に得られる画像信号に基づいて、被検体の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を算出するとともに、酸素飽和度を動画化した酸素飽和度観察動画を生成する。酸素飽和度観察動画処理部８１は、信号比算出部８４と、相関関係記憶部８５と、酸素飽和度算出部８６と、動画生成部８８を備えている。

信号比算出部８４は、１フレーム目の青色信号Ｂ１と２フレーム目の緑色信号Ｇ２との信号比Ｂ１／Ｇ２と、２フレーム目の緑色信号Ｇ２と赤色信号Ｒ２との信号比Ｒ２／Ｇ２とを求める。信号比算出部８４では、信号比を求める際、信号間で同じ位置にある画素間の信号比を算出する。また、信号比は画像信号の全ての画素に対して算出される。なお、信号比は画像信号のうち血管部分の画素のみ求めてもよい。この場合、血管部分は、血管部分の画像信号とそれ以外の部分の画像信号との差に基づいて特定される。

相関関係記憶部８５は、信号比Ｂ１／Ｇ２及びＲ２／Ｇ２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８に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等高線を定義した２次元テーブルで記憶されている。この等高線の位置、形は光散乱の物理的なシミュレーションで得られ、血液量に応じて変わるように定義されている。例えば、血液量の変化があると、各等高線間の間隔が広くなったり、狭くなったりする。なお、信号比Ｂ１／Ｇ２，Ｒ２／Ｇ２はlogスケールで記憶されている。

上記相関関係は、図９に示すような酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。ここで、曲線９０は酸化ヘモグロビンの吸光係数を、曲線９１は還元ヘモグロビンの吸光係数を示している。例えば、４７３ｎｍのように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易い。しかしながら、４７３ｎｍの光に対応する信号を含む青色信号Ｂ１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、青色信号Ｂ１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赤色信号Ｒ２と、青色信号Ｂ２と赤色信号Ｒ２のリファレンス信号（規格化用信号）となる緑色信号Ｇ２から得られる信号比Ｂ１／Ｇ２及び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。

なお、相関関係記憶部８５には、図１０に示すように、信号比Ｒ１／Ｇ１と血液量との相関関係についても記憶されている。この相関関係は、信号比Ｒ１／Ｇ１が大きくなればなるほど血液量も大きくなるように定義される１次元テーブルとして記憶されている。この信号比Ｒ１／Ｇ１と血液量の相関関係は血液量の算出時に用いられる。

また、血中ヘモグロビンの吸光係数の波長依存性から、以下のことが言える。
・波長４７０ｎｍ近辺（例えば、中心波長４７０ｎｍ±１０ｎｍの青色の波長領域）では酸素飽和度の変化に応じて吸光係数が大きく変化する。
・５４０〜５８０ｎｍの緑色の波長範囲で平均すると、酸素飽和度の影響を受けにくい。
・５９０〜７００ｎｍの赤色の波長範囲では、酸素飽和度によって一見吸光係数が大きく変化するように見えるが、吸光係数の値自体が非常に小さいので、結果的に酸素飽和度の影響を受けにくい。

また、図８に示すように、信号比Ｒ２／Ｇ２が大きくなるのに従って、信号比Ｂ１／Ｇ２の信号値も大きくなるの（酸素飽和度＝０％限界の等高線が斜め上方にスライドする）は、以下の理由からである。上記したように、信号比Ｒ２／Ｇ２は血液量と相関関係があるため、信号比Ｒ２／Ｇ２が大きくなるほど血液量も大きくなる。信号Ｂ１、Ｇ２、Ｒ２の中で、血液量の増加によって信号値の低下が一番大きくなるのは、緑色信号Ｇ２であり、その次が青色信号Ｂ１である。これは、緑色信号Ｇ２に含まれる波長成分の５４０〜５８０ｎｍの吸光係数が、青色信号Ｂ１に含まれる波長成分の４７０ｎｍ付近の吸光係数よりも高いためである（図９参照）。したがって、信号比Ｂ１／Ｇ２においては、血液量が大きくなるほど、分子のＢ１の信号値の低下よりも分母のＧ２の信号値の低下の方が大きくなる。即ち、信号比Ｂ１／Ｇ２は、血液量が大きくなるにつれて、大きくなる。

酸素飽和度算出部８６は、相関関係記憶部８５に記憶された相関関係と信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２とを用いて、各画素における酸素飽和度を求める。図１１に示すように、相関関係記憶部８５に記憶した相関関係から、信号比算出部で求めた信号比Ｂ１^＊／Ｇ２^＊、Ｒ２^＊／Ｇ２^＊に対応する対応点Ｐを特定する。そして、対応点Ｐが酸素飽和度＝０％限界の下限ライン９３と酸素飽和度＝１００％限界の上限ライン９４との間にある場合に、その対応点Ｐが示すパーセント値を酸素飽和度とする。例えば、図１２の場合であれば、対応点Ｐは６０％の等高線上に位置するため、酸素飽和度は６０％となる。

一方、対応点が下限ライン９３と上限ライン９４との間から外れている場合、対応点が下限ライン９３よりも上方に位置するときには酸素飽和度を０％とし、対応点が上限ライン９４よりも下方に位置するときには酸素飽和度を１００％とする。なお、対応点が下限ライン９３と上限ライン９４との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げて表示装置１４上に表示しないようにしてもよい。

動画生成部８８は、酸素飽和度算出部８６で求めた酸素飽和度に基づき、酸素飽和度観察動画を生成する。生成された酸素飽和度観察動画は表示装置１４に表示される。生成される酸素飽和度観察動画としては、例えば、酸素飽和度に応じて異なる色（通常観察動画で使う色とは異なる疑似色を使うため「疑似カラー」と呼ばれる）で表示する方法の他、酸素飽和度が一定値を下回った低酸素領域にのみ疑似カラーで表示し、それ以外の領域については通常の色（通常観察動画で使用する色）で表示する方法がある。

静止画処理部８２は、内視鏡装置１２に設けられたフリーズボタン１６ａが操作されたとき（以下、この操作時点を「フリーズ」という）に、そのフリーズ時点での画像を静止画として静止画用記憶部７４ａに記録（保存）するフリーズ処理を行う。通常光観察モードに設定されている場合には、フリーズ処理によって、通常観察動画のうち１又は複数フレームの画像が、通常観察用静止画として静止画用記憶部７４ａに記録される。

一方、酸素飽和度観察モードに設定されている場合には、フリーズ時点での動き量Ｍが動き量判定部８２ａで一定値以下と判定されたときのみ、フリーズ処理が行われる。このフリーズ処理により、酸素飽和度観察動画のうち１又は複数フレームの画像が、酸素飽和度観察用静止画として静止画用記憶部７４ａに記録される。このように、フリーズ時点での動き量Ｍが一定値以下の画像のみ静止画用記憶部７４ａに記録するようにすることで、ブレの少ない（又は無い）画像のみを記録することができる。なお、フリーズボタン１６ａを操作したにもかかわらず、フリーズ処理が行われなかった場合には、その旨を表示装置１４に表示してもよい。

次に、本発明の作用について図１２のフローチャートに沿って説明する。内視鏡装置の切り替えスイッチ２１によって、酸素飽和度観察モードに切り替えられると、中心波長４７３ｎｍの第１レーザ光で第１白色光を蛍光体５０から励起発光させ、この第１白色光を被検体内に照射する。被検体からの反射光等は、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素からなるカラーＣＣＤである撮像素子６０で撮像される。これにより、青色信号Ｂ１、緑色信号Ｇ１、赤色信号Ｒ１からなる１フレーム目の画像信号が得られる。

１フレーム目の画像信号が得られると、中心波長４４５ｎｍの第２レーザ光で第２白色光を蛍光体５０から励起発光させ、この第２白色光を被検体内に照射する。被検体からの反射光等を撮像素子６０で撮像することにより、青色信号Ｂ２、緑色信号Ｇ２、赤色信号Ｒ２からなる２フレーム目の画像信号が得られる。

次に、信号比算出部８４により、１フレーム目の画像信号と２フレーム目の画像信号間で同じ位置にある画素について、信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２を求める。信号比は全ての画素について求める。信号比が求まると、酸素飽和度算出部８６は、相関関係記憶部８５に記憶している相関関係から、信号比算出部８４で求めた信号比Ｂ１／Ｇ２、Ｒ２／Ｇ２に対応する酸素飽和度を求める。酸素飽和度は、全ての画素について求める。そして、求めた酸素飽和度に基づいて、酸素飽和度観察画像を生成する。そして、生成した酸素飽和度観察画像を、表示装置１４に順次表示する。これにより、表示装置１４には、酸素飽和度観察動画が表示される。

また、１フレームの酸素飽和度観察画像が生成される毎に、１フレーム目の赤色信号Ｒ１と２フレーム目の赤色信号Ｒ２との信号比Ｒ２／Ｒ１を算出する。そして、この信号比Ｒ２／Ｒ１から得られる動き量Ｍが一定の閾値を超えた場合は、酸素飽和度観察動画中に、「アーチファクトの可能性有り」を記号として表した警告記号「StO2:高」を挿入する。また、信号比Ｒ２／Ｒ１が予め定めた規定値Ｓよりも大きい場合には、「酸素飽和度が高すぎる可能性有り」との警告表示を酸素飽和度観察動画中に挿入する。反対に、信号比Ｒ２／Ｒ１が規定値Ｓよりも小さい場合には、「酸素飽和度が低すぎる可能性有り」を記号として表した警告記号「StO2:低」を酸素飽和度観察動画中に挿入する。以上の一連の動作は、酸素飽和度観察モードが解除されるまで、繰り返し行われる。

なお、上記実施形態では、動き量Ｍが一定の閾値を超えた場合に、「アーチファクトの可能性有り」との警告表示を出したが、これに代えて又は加えて、図１３に示すように、動き量が一定の閾値を超えた場合（信号比Ｒ２／Ｒ１が所定範囲内の場合）に、酸素飽和度観察動画の表示を「カラー」から「モノクロ」に切り替え、反対に、動き量が一定の閾値以下の場合（信号比Ｒ２／Ｒ１が所定範囲外の場合）に、「モノクロ」から「カラー」に切り替えてもよい。

なお、上記第１実施形態では、スコープ先端部１９に蛍光体５０を設けたが、これに代えて、光源装置１１内に蛍光体５０を設けてもよい。この場合、ＬＤ２（445nm）と光ファイバ２５の間には蛍光体５０を設ける必要があるが、ＬＤ１（473nm）と光ファイバ２４の間には、蛍光体５０を設けなくてもよい。

なお、上記実施形態では、酸素飽和度観察動画に対して本発明の適用を行ったが、これに限らず、面順次方式など順次方式で得られた複数フレームの画像から１枚の画像を生成する動画（ＮＢＩ画像等）であれば、本発明の適用が可能である。

なお、上記実施形態では、「アーチファクトの可能性有り」などを記号として表した警告記号を酸素飽和度観察動画中に挿入したが、記号に限らず、文字などその他の各種情報を、警告情報としてもよい。例えば、「アーチファクトの可能性有り」の文字表示を動画中に表示してもよい。また、警告は、動画中の表示ではなく、表示装置上に設けたランプの点灯により行ってもよい。

なお、本発明では、酸素飽和度の画像化を行ったが、これに代えて又は加えて、「血液量（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和）×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×（１００−酸素飽和度）（％）」から求まる還元ヘモグロビンインデックスの画像化を行ってもよい。

１０ 内視鏡システム
１２ 内視鏡装置
１３ プロセッサ装置
１４ 表示装置
７２ 動き量算出部
７２ｂ 警告挿入部
７３ 画像処理部
７４ａ 静止画用記憶部
８０ 酸素飽和度観察動画処理部
８２ 静止画処理部
８２ａ 動き量判定部

Claims (9)

1. 所定の波長帯域においてスペクトル分布が共通する第１及び第２照明光を、それぞれ別の第１及び第２フレームに分けて、被検体に順次照射する照明手段と、
   前記所定の波長帯域の光を透過させるカラーフィルタが設けられた特定画素を有するカラーの撮像素子で、各フレーム毎に前記被検体の反射像を順次撮像することにより、前記第１及び第２フレームで第１及び第２画像信号を取得する動画生成手段であり、前記第１及び第２画像信号に基づいて１フレームの内視鏡画像を生成し、生成された内視鏡画像を表示手段に順次表示するための内視鏡動画を生成する動画生成手段と、
   前記第１画像信号のうち前記特定画素から出力された信号と前記第２画像信号のうち前記特定画素から出力された信号の信号比が所定の範囲外となった場合に、前記表示手段に警告情報を表示する警告表示手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記第１照明光は、第１青色狭帯域光と、この第１青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換することで得られる緑色〜赤色の広帯域光とを含んでおり、
   前記第２照明光は、前記第１青色狭帯域光と波長が異なる第２青色狭帯域光と、この第２青色狭帯域光を波長変換部材で波長変換することで得られる緑色〜赤色の広帯域光とを含んでおり、
   前記第１及び第２照明光のスペクトル分布が共通する前記所定の波長帯域は、赤色帯域であることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記第１及び第２青色狭帯域光は半導体光源から発せられることを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
4. 前記警告表示手段は、前記信号比が第１の数値範囲から外れた場合に、前記被検体での動きに関する第１警告情報を表示することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の内視鏡システム。
5. 前記内視鏡動画は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を動画化した酸素飽和度観察動画であり、
   前記警告表示手段は、前記信号比が第２の数値範囲から外れた場合に、前記酸素飽和度に関する第２警告情報を表示す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. 前記信号比が所定の範囲外となった場合に、前記内視鏡動画の表示方法を変更する表示方法変更手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
7. 前記信号比が所定の範囲内の場合に、前記内視鏡動画を静止画として静止画用記憶手段に記録する静止画記録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. 所定の波長帯域においてスペクトル分布が共通する第１及び第２照明光を、それぞれ別の第１及び第２フレームに分けて、被検体に順次照射するとともに、前記所定の波長帯域の光を透過させるカラーフィルタが設けられた特定画素を有するカラーの撮像素子で、各フレーム毎に前記被検体の反射像を順次撮像することにより、前記第１及び第２フレームで第１及び第２画像信号を取得する内視鏡装置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、
   前記第１及び第２画像信号に基づいて１フレームの内視鏡画像を生成し、生成された内視鏡画像を表示手段に順次表示するための内視鏡動画を生成する動画生成手段と、
   前記第１画像信号のうち前記特定画素から出力された信号と前記第２画像信号のうち前記特定画素から出力された信号の信号比が所定の範囲外となった場合に、前記表示手段に警告情報を表示する警告表示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。
9. 照明手段が、所定の波長帯域においてスペクトル分布が共通する第１及び第２照明光を、それぞれ別の第１及び第２フレームに分けて発するステップと、
   動画生成手段が、前記所定の波長帯域の光を透過させるカラーフィルタが設けられた特定画素を有するカラーの撮像素子で、各フレーム毎に前記被検体の反射像を順次撮像することにより、前記第１及び第２フレームで第１及び第２画像信号を取得し、前記第１及び第２画像信号に基づいて１フレームの内視鏡画像を生成するステップと、
   前記動画生成手段が、生成された前記内視鏡画像を内視鏡動画として表示手段に順次表示させるステップと、
   警告表示手段が、前記第１画像信号のうち前記特定画素から出力された信号と前記第２画像信号のうち前記特定画素から出力された信号の信号比が所定の範囲外となった場合に、前記表示手段に警告情報を表示させるステップとを備え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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