JP5970054B2 - 内視鏡システム、内視鏡システムの光源装置、及び内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＧＢのＬＥＤなど複数の半導体光源を用いて被検体内の観察画像を取得する内視鏡システム、内視鏡システムの光源装置、及び内視鏡システムの作動方法に関する。

近年の医療用内視鏡分野においては、特定波長の狭帯域光を被検体内に照射することで、白色光などの広帯域光では観察し難かった表層血管や表層微細構造などを明瞭化することができる狭帯域光観察が行われている。表層血管や表層微細構造の形状やパターンは、ガンなどの病変部の識別や病変部の深達度の推定に大きな手掛かりとなるものであるため、それら表層血管等の明瞭化は診断能を飛躍的に向上させることができる。

例えば、特許文献１に示す狭帯域光観察においては、中心波長４１５ｎｍの青色狭帯域光と、中心波長５４０ｎｍの緑色狭帯域光とが交互に被検体に照射され、各色の狭帯域光が照射される毎に撮像が行われる。そして、青色狭帯域光の撮像により得られる青色狭帯域画像はモニタのＢチャンネルとＧチャンネルに割り当てる一方、緑色狭帯域光の撮像により得られる緑色狭帯域画像はモニタのＲチャンネルに割り当てられる。これにより、青色狭帯域光に吸収特性を有する表層血管と緑色狭帯域光に吸収特性を有する中深層血管の両方が強調された疑似カラーの狭帯域光画像がモニタに表示される。

しかしながら、狭帯域光観察で使用する狭帯域光は波長帯域が制限されているため、どうしても光量が不足してしまう。この光量不足は、内視鏡照明部と観察エリアとの距離が離れる遠景状態において顕著になる。そこで、特許文献２の内視鏡においては、遠景状態での観察にも確実に診断を行うことができるように、モニタには、狭帯域光画像に加えて、波長帯域が広帯域の白色光の撮像により得られる通常光画像を並列表示することが行われている。

特許３５８６１５７号公報 特開２００４−３２１２４４号公報

しかしながら、特許文献２のように、モニタに通常光画像と狭帯域光画像とを並列表示した場合には、それら２種類の画像を見比べる必要があるため、診断を行う術者に負担を強いることとなる。したがって、術者が１つの画像だけで診断を行うことができるように、病変部の診断に大きく貢献する表層血管や表層微細構造が明瞭化され、且つ遠景状態のような光量が不足する状況下においても十分に明るさが確保された画像を取得することができる内視鏡システムが求められている。

本発明は、表層血管や表層微細構造などの観察部位が明瞭化された画像を取得することができる内視鏡システム、内視鏡システムの光源装置、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、青色帯域のＢ光を発する青色半導体光源と、緑色帯域のＧ光を発する緑色半導体光源と、赤色帯域のＲ光を発する赤色半導体光源と、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光が照射された被検体内を撮像することによって、明るさが互いに異なる通常光画像と特殊光画像とを取得する画像取得手段と、通常光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第１光量値と、この第１光量値と異なる光量値であって特殊光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第２光量値との切り替え制御を、各半導体光源に対して行う光量制御手段とを備え、光量制御手段は、表層血管や表層微細構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にし、中層血管や中深層の構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にすることを特徴とする。

画像取得手段は、B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にしたときには、カラー撮像素子を用いた撮像により得られた青色画像信号、緑色画像信号、赤色画像信号のうち、青色画像信号を特殊光画像のB画像及びG画像に、緑色画像信号を特殊光画像のR画像に割り付けることが好ましい。

画像取得手段は、B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にしたときには、高周波数帯域を透過させるバンドパスフィルタを特殊光画像に施すことによって、粘膜中深層の血管を除去して、粘膜表層の微細血管を抽出することが好ましい。

B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にしたときには、カラー撮像素子を用いた撮像により得られた青色画像信号、緑色画像信号、赤色画像信号のうち、緑色画像信号を特殊光画像のB画像及びG画像に、赤色画像信号を特殊光画像のR画像に割り付けることが好ましい。

画像取得手段は、B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にしたときには、低周波数帯域を透過させるバンドパスフィルタを特殊光画像に施すことによって、表層微細血管を除去して、粘膜中深層の血管を抽出することが好ましい。

画像取得手段は、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタの組み合わせたものを特殊光画像に施すことによって、観察対象の血管を強調する一方、それ以外の血管を抑制することが好ましい。

特殊光画像に所定の処理を施す画像処理部と、所定の処理が施された特殊光画像と通常光画像を合成して合成画像を生成する画像合成部とを有することが好ましい。所定の処理は所定の色成分を抽出する処理であることが好ましい。所定の処理は所定のコントラストを有する部分を抽出する処理であることが好ましい。所定の処理は所定の構造を有する部分を抽出する処理であることが好ましい。画像処理部は、所定の処理が施された特殊光画像に対して、更に、血管の密集部分を抽出する処理を施すことが好ましい。

本発明は、明るさが互いに異なる通常光画像と特殊光画像とを取得するために、青色帯域のＢ光、緑色帯域のＧ光、赤色帯域のＲ光を照射して被検体内を撮像する内視鏡装置に対して、被検体内を照明する照明光を供給する内視鏡システムの光源装置において、Ｂ光を発する青色半導体光源と、Ｇ光を発する緑色半導体光源と、Ｒ光を発する赤色半導体光源と、通常光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第１光量値と、この第１光量値と異なる光量値であって特殊光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第２光量値との切り替え制御を、各半導体光源に対して行う光量制御手段とを備え、光量制御手段は、表層血管や表層微細構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にし、中層血管や中深層の構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にすることを特徴とする。

本発明は、青色半導体光源が青色帯域のＢ光を発し、緑色半導体光源が緑色帯域のＧ光を発し、赤色半導体光源が赤色帯域のＲ光を発するステップと、画像取得手段が、B光、G光、R光が照射された被検体内を撮像することによって、明るさが互いに異なる通常光画像と特殊光画像とを取得するステップとを有する内視鏡システムの作動方法において、 光量制御手段が、通常光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第１光量値と、この第１光量値と異なる光量値であって特殊光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第２光量値との切り替え制御を、各半導体光源に対して行うステップであり、光量制御手段が、表層血管や表層微細構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にし、中層血管や中深層の構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にするステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、Ｂ光の光量＞Ｇ光の光量＞Ｒ光の光量の条件下で取得した特殊光画像は、表層血管や表層微細構造が明瞭化された画像となっている。Ｇ光の光量またはＲ光の光量をＢ光の光量よりも大きくした状態で取得した特殊光画像は、表層血管等よりも中深層血管や中深層の生体組織が明瞭化された画像となっている。

内視鏡システムの外観を示す図である。 内視鏡システムの内部構成を示す図である。 Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤの光量調整可能範囲を説明するための図である。 通常光観察モード時に設定されるＢ光、Ｇ光、Ｒ光の光量値を説明するための図である。 特殊光観察モード時に設定されるＢ光、Ｇ光、Ｒ光の光量値を説明するための図である。 カラーの撮像素子における各色のカラーフィルタの分光透過率を表すグラフである。 通常光観察モード時における撮像素子の動作を説明するための図である。 特殊光観察モード時における撮像素子の動作を説明するための図である。 合成画像の生成方法を説明するための図である。 本発明の作用を説明するための図である。 スコープ先端部に配置されたＢ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤを示す図である。

図１及び２に示すように、内視鏡システム１０は、被検体を照明する照明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観察領域に照射し、その反射光等を撮像する内視鏡装置１２と、内視鏡装置１２で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光画像を表示装置１４に表示する通常光観察モードと、通常光画像上に、観察対象の血管や構造が明瞭化された特殊光画像を合成した合成画像を表示装置１４に表示する特殊光観察モードを備えている。通常光観察モードでは、１フレーム分の通常光画像を取得する期間（通常光画像取得フレーム）が予め設定されている。特殊光観察モードにおいても、通常光観察モードと同様に、１フレーム分の通常光画像を取得する期間（通常光画像取得フレーム）が予め設定されており、さらに、１フレーム分の特殊光画像を取得する期間（特殊光画像取得フレーム）も予め設定されている。これら観察モードは、内視鏡装置の切り替えスイッチ１７や入力装置１５から入力される指示に基づき、適宜切り替えられる。

光源装置１１は、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤの３つのＬＥＤ（Light Emitting Diode）と、Ｂ光量制御部２０ｂ、Ｇ光量制御部２０ｇ、Ｒ光量制御部２０ｒとを備えている。図３に示すように、Ｂ−ＬＥＤは波長域が青色帯域のＢ光を発し、Ｇ−ＬＥＤは波長域が緑色帯域のＧ光を発し、Ｒ−ＬＥＤは波長域が赤色帯域のＲ光を発する。これらＢ光、Ｇ光、Ｒ光は一定の範囲内で光量の増減が可能である。各ＬＥＤから発せられるＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、集光レンズ（図示省略）を介してそれぞれ光ファイバ２４ｂ，２４ｇ，２４ｒに入射する。

なお、ＬＥＤの代わりに、レーザ光源を使用してもよい。レーザ光源としては、例えば、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が好ましい

Ｂ光量制御部２０ｂ、Ｇ光量制御部２０ｇ、Ｒ光量制御部２０ｒは、それぞれＢ−ＬＥＤの光量、Ｇ−ＬＥＤの光量、Ｒ−ＬＥＤの光量を制御する。各ＬＥＤに対する光量の制御は、設定されている観察モードによって異なる。通常光観察モードに設定されている場合には、図４に示すように、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の光量がそれぞれ略同等となるように（Ｂ光の光量Ｌｂ＝Ｇ光の光量Ｌｇ＝Ｒ光の光量Ｌｒ）、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤを制御する。

特殊光観察モードに設定されている場合には、図５に示すように、通常光画像取得フレームにおいては、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の光量がそれぞれ略同等となるように（Ｌｂ＝Ｌｇ＝Ｌｒ）、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤを制御する。一方、特殊光画像取得フレームにおいては、Ｂ光の光量Ｌｂ＞Ｇ光の光量Ｌｇ＞Ｒ光の光量Ｌｒとなるように、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤを制御する。特殊光観察モードでは、通常光画像取得フレームと特殊光画像取得フレームとが交互に切り替わるため、このフレームの切り替えに合わせて、各ＬＥＤの光量も上記のように切り替えられる。

特殊光観察モードにおける通常光画像取得フレームと特殊光画像取得フレーム間の切り替えは、良好な動画性を確保する点から、極めて短時間の間に行われる。したがって、このフレームの切り替えに連動して光量調整を行う光源は、応答性がフレーム切替速度と同等またはそれ以上である必要がある。この応答性という点においては、半導体光源であるＬＥＤは十分にその要求を満たしている。

図１及び図２に示すように、コンバイナ２１は、各光ファイバ２４ｂ，２４ｇ，２４ｒからのＢ光，Ｇ光，Ｒ光を合波させる。この合波で３色のＢ光，Ｇ光，Ｒ光が合波することによって、波長域が青色から緑色に及ぶ広帯域光が生成される。コンバイナ２１から出た広帯域光は、分波器であるカプラ２２によって２系統の光に分波される。分波された２系統の広帯域光は、ライトガイド２８，２９で伝送される。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。なお、コンバイナ２１及びカプラ２２を用いずに、各ＬＥＤからの光を直接ライトガイド２８，２９に入れる構成としてもよい。

内視鏡装置１２は電子内視鏡から構成され、内視鏡スコープ３２と、ライトガイド２８，２９で伝送される２系統（２灯）の光を照射する照明部３３と、被観察領域を撮像する１系統の撮像部３４、内視鏡スコープ３２の先端部の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部３５と、内視鏡スコープ３２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。

内視鏡スコープ３２には、操作部３５側から順に、軟性部３８、湾曲部３９、スコープ先端部４０が設けられている。軟性部３８は、可撓性を有しているため、内視鏡スコープ挿入時には被検体内で屈曲自在にすることができる。湾曲部３９は、操作部３５に配置されたアングルノブ３５ａ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３９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４０を所望の観察部位に向けることができる。

スコープ先端部４０には照明部３３と撮像部３４が設けられている。撮像部３４は、スコープ先端部４０の略中心位置に、被写体領域からの反射光等を撮像する１つの観察窓４２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、広帯域光を被観察領域に向けて照射する。

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ユニット（図示省略）等の光学系が設けられており、さらにその対物レンズユニットの奥には、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、対物レンズユニットからの光を受光面（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、その受光面には、図６に示す分光透過率６３を有するＢ画素、分光透過率６４を有するＧ画素、分光透過率６５を有するＲ画素を１組とする画素群が、多数マトリックス状に配列されている。

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７に示すように、通常光観察モード時には、通常光画像取得フレーム期間内で、Ｂ光の光量Ｌｂ＝Ｇ光の光量Ｌｇ＝Ｒ光の光量Ｌｒの関係を有する広帯域光ＢＢを光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、Ｂ画素で蓄積した電荷をＢ１画像信号として、Ｇ画素で蓄積した電荷をＧ１画像信号として、Ｒ画素で蓄積した電荷をＲ１画像信号として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、特殊光観察モード時には、図８に示すように、通常光画像取得フレーム期間内で、上記の通常光観察モード時と同様の蓄積及び読出ステップが行われる。そして、その次に、特殊光画像取得フレーム期間内で、Ｂ光の光量Ｌｂ＞Ｇ光の光量Ｌｇ＞Ｒ光の光量Ｌｒの関係を有する広帯域光ＢＢを光電変換して得られる電荷を蓄積するステップと、Ｂ画素で蓄積した電荷をＢ２画像信号として、Ｇ画素で蓄積した電荷をＧ２画像信号として、Ｒ画素で蓄積した電荷をＲ２画像信号として読み出すステップの合計２ステップが行われる。これら合計２フレームの撮像制御は、特殊光観察モードに設定されている間、繰り返し行われる。

なお、図示はしていないが、内視鏡装置１２における操作部３５及び内視鏡スコープ３２の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送水用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられている。

図２に示すように、プロセッサ装置１３は、制御部７２と、観察画像生成部７３と、記憶部７４とを備えており、制御部７２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７２は、内視鏡装置１２の切り替えスイッチ１７や入力装置１５から入力される観察モード等の指示に基づいて、観察画像生成部７３、光源装置１１のＢ，Ｇ，Ｒ光量制御部２０ｂ，２０ｇ，２０ｒ、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。

観察画像生成部７３は、通常光画像生成部８０、特殊光画像生成部８１、合成画像生成部８２を備えている。通常光画像生成部８０は、通常光画像取得フレームのときに取得したＢ１，Ｇ１，Ｒ１画像信号に基づいて、通常光画像を生成する。通常光画像生成部８０内の画像処理部８０ａでは、Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１画像信号に対して、３×３のマトリックス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ処理などの色変換処理、画面内の血管と粘膜との色味の差をつける方向に強調する色彩強調処理、シャープネス処理や輪郭強調などの像構造強調処理などを施す。それら処理が施された通常光画像は、通常光観察モード時にはそのまま表示装置１４に表示される一方、特殊光観察モード時には合成画像生成部に送信される。

特殊光画像生成部８１は信号補正部８１ａ及び画像処理部８１ｂを備えており、特殊光画像取得フレームのときに取得したＢ２，Ｇ２画像信号に基づいて特殊光画像を生成する。Ｂ２，Ｇ２画像信号は、Ｂ光の光量Ｌｂ＞Ｇ光の光量Ｌｇの関係を有するＢ光、Ｇ光に基づいて生成されたものであるため、それら画像信号から生成される特殊光画像においては、中深層血管等よりも表層血管や表層微細血管が明瞭化されている。

信号補正部８１ａは、Ｒ２画像信号を用いてＧ２画像信号を補正処理することにより補正Ｇ２画像信号を生成するとともに、Ｇ２画像信号を用いてＢ２画像信号を補正処理することにより補正Ｂ２画像信号を生成する。このようにＧ２画像信号とＢ２画像信号を補正処理する理由は、以下の通りである。ＣＣＤのＧ画素には、そのカラーフィルタの特性によって、Ｇ光だけでなくＲ光も入射してしまう。同じく、Ｂ画素も、そのカラーフィルターの特性によって、Ｂ光だけでなくＧ光も入射してしまう。したがって、Ｂ２画像信号及びＧ２画像信号を、そのまま用いて特殊光画像を生成すると、Ｂ画像はＧ画像成分の影響を受け、且つ、Ｇ画像はＲ画像成分の影響を受けた画像となってしまう。そのため、上記のように、Ｂ２画像信号とＧ２画像信号を補正処理する必要性が生じる。

なお、Ｇ２画像信号の補正処理に用いるＲ２画像信号、及びＢ２画像信号の補正処理に用いるＧ２画像信号は、ともに、補正処理を行う画素とともに１画素を構成するサブピクセルとなるＲ画素及びＧ画素の画像信号を用いればよい。あるいは、補正処理を行う画素に隣接する画素を適宜選択して、その画素の画像信号を用いてもよい。

Ｇ２画像信号の補正処理は、下記式によって行う。
補正Ｇ２画像信号＝Ｇ２画像信号−α×Ｒ２画像信号
ここで、αは、Ｇ画素のカラーフィルタの特性等に基づいて決められる係数である。

また、Ｂ２画像信号の補正処理は、下記式によって行う。
補正Ｂ２画像信号＝Ｂ２画像信号−β×補正Ｇ２画像信号
もしくは、下記式で補正処理を行ってもよい。
補正Ｂ２画像信号＝Ｂ２画像信号−β×（Ｇ２画像信号−α×Ｒ２画像信号）
ここで、βは、Ｂ画素のカラーフィルタの特性等に基づいて決められる係数である。

画像処理部８１ｂは、補正Ｂ２画像信号及び補正Ｇ２画像信号に基づいて、特殊光画像を生成する。特殊光画像のＢ画像及びＧ画像には補正Ｂ２画像信号が割り付けられ、特殊光画像のＲ画像には補正Ｇ２画像信号が割り付けられる。その後、画像処理部は、特殊光画像に対して、画像処理部での各種処理と同様の処理を施す。なお、画像信号の割り付けに際しては、必要に応じて、画像に所定の係数を乗じる等、画像補正を行ってもよい。

合成画像生成部８２は、特殊光画像生成部８１で生成された特殊光画像に所定の処理を施して合成用画像を生成するとともに、その生成した合成用画像上に、通常光画像生成部８０で生成された通常光画像とを合成して合成画像を生成する。合成画像生成部８２は、合成用画像生成部８２ａと、画像合成部８２ｂとを備えている。

合成用画像生成部８２ａは、特殊光画像に対して、ローパスフィルタ（LPF）、バンドパスフィルタ（BPF）、ハイパスフィルタ（HPF）等を用いた周波数処理を施す。ＨＰＦや、高周波数の所定周波数帯を透過させるＢＰＦで特殊光画像を周波数フィルタリング処理することによって、粘膜表層の微細血管が抽出（すなわち粘膜中深層の血管等が除去）された特殊光画像が得られる。この周波数フィルタリング後の特殊光画像を「合成用画像」とする。なお、ＬＰＢや、低周波数の所定周波数帯を透過させるＢＰＦで特殊光画像を処理することにより、特殊光画像から粘膜中深層の太い血管を抽出（すなわち表層微細血管等を除去）した合成用画像が得られる。

なお、周波数フィルタリングの周波数帯域は、観察部位や目的とする画像等に合わせて、適宜、設定することが好ましい。すなわち、ＬＦＰ、ＢＰＦ、ＨＰＦの組み合わせによって、観察対象の血管を強調する一方、それ以外の血管を抑制することができる。

また、特殊光画像から目的部位を抽出あるいは除去する処理は、周波数処理に限定されない。例えば、表層付近の粘膜はＢ光によって青味を帯びる一方、中深層の粘膜はＧ光によって緑色を帯びる性質を生かし、特殊光画像から青色成分を除去することにより表層血管を抽出することができ、また、特殊光画像から緑色成分を除去することにより中深層血管を抽出することができる。

また、表層の微細血管や中深層血管が存在する部分は、その周辺と比べてコントラストが高くなる性質を生かし、所定値以上のコントラストを有する部分（画素）の抽出を行うことで、表層の微細血管や中深層血管が抽出された合成用画像が得られる。なお、抽出時におけるコントラストの閾値は、観察部位、内視鏡の特性、過去の診断結果、シミュレーション等に応じて、適宜設定することができる。

また、ガンなどの病変部は表層の微細血管などが特殊な血管パターンを有する特性を生かし、パターンマッチングによってその特殊な血管パターンを抽出することで、ガンなどが抽出された合成用画像が得られる。なお、パターンマッチングは公知の方法を用いることができる。また、血管の特殊パターンの種類は、公知文献に記載されたものを用いてもよく、また典型的な病巣を撮影した画像からサンプリングされたものを用いてもよい。

なお、上記で示した周波数処理、色成分の抽出、コントラストの抽出、及び血管パターンによる抽出は、いずれか１つのみを行ってもよく、それらを組み合わせて行ってもよい。

さらに、上記で示した周波数処理、色成分の抽出、コントラストの抽出、及び血管パターンによる抽出を行った後に、それら処理によって得られた画像において、表層の微細血管等の密集部分が所定の条件を満たす領域（例えば血管の密集具合が高い領域や血管密度が一定値以上の領域など）を更に抽出したものを、合成用画像としてもよい。なお、血管等の密集具合は、空間周波数の測定やＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の測定等の公知の方法で検出することが好ましい。また、密集具合の閾値は、観察部位、内視鏡の特性、過去の診断結果、シミュレーション等に応じて、適宜設定することができる。

画像合成部８２ｂは、図９に示すように、通常光画像生成部８０で生成された通常光画像９０と、合成用画像生成部８２ａで生成された合成用画像９１とを合成することにより、合成画像９２を生成する。したがって、合成画像９２は、遠景状態のような光量が不足する状況下においても十分な明るさが確保されているとともに、表層血管や表層微細構造などの観察対象の部位が明瞭化されている。生成された合成画像は、表示装置１４に表示される。

次に、本発明の作用を図１０のフローチャートに沿って説明する。まず、内視鏡装置の切り替えスイッチ１７により、特殊光観察モードに設定する。これにより、Ｂ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤから、光量値がＬｂ＝Ｌｇ＝Ｌｒに設定されたＢ光，Ｇ光、Ｒ光と、光量値がＬｂ＞Ｌｇ＞Ｌｒに設定されたＢ光，Ｇ光、Ｒ光とが交互に被検体に照射される。そして、光量値がＬｂ＝Ｌｇ＝ＬｒのＢ光，Ｇ光、Ｒ光が照射されたとき（通常光画像取得フレーム）には、その戻り光を撮像素子６０で撮像してＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、Ｒ１画像信号を出力する。一方、光量値がＬｂ＞Ｌｇ＞ＬｒのＢ光，Ｇ光、Ｒ光が照射されたとき（特殊光画像取得フレーム）には、その戻り光を撮像素子６０で撮像してＢ２画像信号、Ｇ２画像信号、Ｒ２画像信号を出力する。

通常光画像取得フレーム時に撮像素子６０から出力されたＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、Ｒ１画像信号に基づいて、通常光画像が生成される。一方、特殊光画像取得フレーム時に撮像素子６０から出力されたＢ２画像信号、Ｇ２画像信号に基づいて、特殊光画像が生成される。特殊光画像を生成する際には、Ｂ２画像信号をＲ２画像信号で補正処理した補正Ｂ２画像信号と、Ｇ２画像信号をＲ２画像信号で補正処理した補正Ｇ２画像信号から特殊光画像を生成する。

次に、特殊光画像に対して周波数フィルタリングやバンドパスフィルタなどの周波数処理が施される。その際、ＨＰＦや、高周波数の所定周波数帯を透過させるＢＰＦで特殊光画像を周波数処理することによって、粘膜表層の微細血管や微細構造を抽出するとともに、粘膜中深層の血管等を除去する。これにより、表層の微細血管や微細構造が明瞭化された特殊光画像が得られる。この特殊光画像を、通常光画像に合成する合成用画像とする。

そして、合成用画像と通常光画像を合成することによって、合成画像を生成する。生成された合成画像は、表示装置１４に表示される。合成画像は、光量が不足する状況下でも十分な明るさが確保されており、且つ病変部の診断に寄与する表層微細血管等が明瞭化されているため、術者は診断を確実に行うことができる。なお、特殊光観察モードの設定が解除されたら、合成画像の表示は停止する。

なお、上記実施形態では、Ｂ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤを光源装置内に設置したが、図１１に示すように、内視鏡装置１２のスコープ先端部４０に設けてもよい。スコープ先端部４０に設けられたＢ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤは、内視鏡装置１２内のＬＥＤ用通信ケーブル１００ｂ，１００ｇ，１００ｒを介して、光源装置内のＢ光量制御部２０ｂ、Ｇ光量制御部２０ｇ、Ｒ光量制御部２０ｒによって制御される。このようにスコープ先端部４０にＢ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤを設けることで、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光を減衰させることなく直接的に被検体に照射することができるため、光の利用効率を高めることができる。

また、上記実施形態では、特殊光画像取得フレーム時に照射する光の光量値の関係を、Ｂ光の光量Ｌｂ＞Ｇ光の光量Ｌｇ＞Ｒ光の光量Ｌｒとすることによって、表層血管の明瞭化を行ったが、これに代えて又は加えて、Ｇ光の光量Ｌｇ又はＲ光の光量ＬｒをＢ光の光量よりも大きくすることによって、中深層血管や中深層の構造の明瞭化を行ってもよい。この場合、特殊光画像は、Ｇ２画像信号とＲ２画像信号に基づいて生成する。生成する彩には、例えば、Ｇ２画像信号は特殊光画像のＢ画像及びＧ画像に割り付けられ、Ｒ２画像信号は特殊光画像のＲ２画像に割り付けることが好ましい。

１０ 内視鏡システム
１１ 光源装置
２０ｂ Ｂ光量制御部
２０ｇ Ｇ光量制御部
２０ｒ Ｒ光量制御部
８０ 通常光画像生成部
８１ 特殊光画像生成部
８１ａ 信号補正部
８２ 合成画像生成部
８２ｂ 画像合成部

Claims (11)

1. 青色帯域のＢ光を発する青色半導体光源と、
   緑色帯域のＧ光を発する緑色半導体光源と、
   赤色帯域のＲ光を発する赤色半導体光源と、
   Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光が照射された被検体内を撮像することによって、明るさが互いに異なる通常光画像と特殊光画像とを取得する画像取得手段と、
   前記通常光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第１光量値と、この第１光量値と異なる光量値であって前記特殊光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第２光量値との切り替え制御を、各半導体光源に対して行う光量制御手段とを備え、
   前記光量制御手段は、
   表層血管や表層微細構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、前記B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にし、
   中層血管や中深層の構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、前記B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にすることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記画像取得手段は、
   前記B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にしたときには、カラー撮像素子を用いた撮像により得られた青色画像信号、緑色画像信号、赤色画像信号のうち、前記青色画像信号を前記特殊光画像のB画像及びG画像に、前記緑色画像信号を前記特殊光画像のR画像に割り付ける請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にしたときには、カラー撮像素子を用いた撮像により得られた青色画像信号、緑色画像信号、赤色画像信号のうち、前記緑色画像信号を前記特殊光画像のB画像及びG画像に、前記赤色画像信号を前記特殊光画像のR画像に割り付ける請求項１または２記載の内視鏡システム。
4. 前記画像取得手段は、
   ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタの組み合わせたものを特殊光画像に施すことによって、観察対象の血管を強調する一方、それ以外の血管を抑制する請求項１記載の内視鏡システム。
5. 前記特殊光画像に所定の処理を施す画像処理部と、
   前記所定の処理が施された特殊光画像と前記通常光画像を合成して合成画像を生成する画像合成部と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. 前記所定の処理は所定の色成分を抽出する処理であることを特徴とする請求項５記載の内視鏡システム。
7. 前記所定の処理は所定のコントラストを有する部分を抽出する処理であることを特徴とする請求項５記載の内視鏡システム。
8. 前記所定の処理は所定の構造を有する部分を抽出する処理であることを特徴とする請求項５記載の内視鏡システム。
9. 前記画像処理部は、前記所定の処理が施された特殊光画像に対して、更に、血管の密集部分を抽出する処理を施すことを特徴とする請求項５ないし８いずれか１項記載の内視鏡システム。
10. 明るさが互いに異なる通常光画像と特殊光画像とを取得するために、青色帯域のＢ光、緑色帯域のＧ光、赤色帯域のＲ光を照射して被検体内を撮像する内視鏡装置に対して、被検体内を照明する照明光を供給する内視鏡システムの光源装置において、
    前記Ｂ光を発する青色半導体光源と、
    前記Ｇ光を発する緑色半導体光源と、
    前記Ｒ光を発する赤色半導体光源と、
    前記通常光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第１光量値と、この第１光量値と異なる光量値であって前記特殊光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第２光量値との切り替え制御を、各半導体光源に対して行う光量制御手段とを備え、
    前記光量制御手段は、
    表層血管や表層微細構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、前記B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にし、
    中層血管や中深層の構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、前記B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にすることを特徴とする内視鏡システムの光源装置。
11. 青色半導体光源が青色帯域のＢ光を発し、緑色半導体光源が緑色帯域のＧ光を発し、赤色半導体光源が赤色帯域のＲ光を発するステップと、画像取得手段が、前記B光、前記G光、前記R光が照射された被検体内を撮像することによって、明るさが互いに異なる通常光画像と特殊光画像とを取得するステップとを有する内視鏡システムの作動方法において、
    光量制御手段が、前記通常光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第１光量値と、この第１光量値と異なる光量値であって前記特殊光画像を取得する際に照射するＢ光、Ｇ光、Ｒ光の第２光量値との切り替え制御を、各半導体光源に対して行うステップであり、光量制御手段が、表層血管や表層微細構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、前記B光、G光、R光の第２光量値を、B光の光量＞G光の光量＞R光の光量の関係にし、中層血管や中深層の構造を明瞭化した特殊光画像を取得するときには、前記B光、G光、R光の第２光量値を、G光の光量またはR光の光量をB光の光量よりも大きい関係にするステップを有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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