JP7835746B2 - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

内視鏡システム及びその作動方法

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Description

本発明は、観察対象の酸素飽和度を算出するプロセッサ装置及びその作動方法並びに内視鏡システムに関する。
また、近年では、内視鏡を使用する医療分野においては、酸素飽和度イメージングが知られている。酸素飽和度イメージングでは、可視光の少数の分光情報からヘモグロビン酸素飽和度を演算する。酸素飽和度の演算においては、ヘモグロビン以外に、黄色色素などの特定色素が観察組織に存在する場合には、分光信号が特定色素の光吸収の影響を受けるため、演算される酸素飽和度がずれる問題がある。これを解決するために、酸素飽和度観察前に、観察組織の分光特性を取得するための補正用の撮像を行い、補正用の撮像で得られた信号に基づいて、酸素飽和度演算のアルゴリズムを補正し、それ以降の酸素飽和度演算に使用することが行われている(特許文献1、2参照)。
特許第6412252号公報 特許第6039639号公報
上記のように、酸素飽和度の算出前に行う補正方式では、補正用の撮像時と、それ以降の観察時で組織上の同じ場所を撮像することが前提となっている。しかし、実際の臨床使用時においては、一度補正用の撮像を実施した後、他の場所も観察することが想定され、その場合、組織の分光特性が最初の補正時と異なる場所を観察した場合、算出される酸素飽和度値が真値からずれる可能性がある。
本発明は、分光特性が異なる複数の組織を観察する場合であっても、精度良く酸素飽和度を算出することができるようにするプロセッサ装置及びその作動方法並びに内視鏡システムを提供することを目的とする。
本発明のプロセッサ装置は、プロセッサを備え、プロセッサは、観察対象に含まれる色素のうち血中ヘモグロビン以外の特定色素の特定色素濃度に感度を持つ第1波長帯域に対応する第1画像信号と、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に感度を持つ第2波長帯域に対応する第2画像信号と、血液量に感度を持つ第3波長帯域に対応する第3波長帯域に対応する第3画像信号と、第1波長帯域、第2波長帯域、第3波長帯域よりも長波長の第4波長帯域に対応する第4画像信号と、を取得し、第2画像信号、第3画像信号、及び、第4画像信号に基づく演算処理によって、演算値を算出し、酸素飽和度算出用テーブルを参照し、演算値に基づいて酸素飽和度を算出し、第1画像信号、及び第3画像信号に基づいて、色素濃度を算出する特定色素濃度を算出し、酸素飽和度の算出中に特定色素濃度をモニタリングし、特定色素濃度のモニタリング結果に基づいて、酸素飽和度算出用テーブルの補正に関する補正用報知を行う。
プロセッサは、順次算出される特定色素濃度と、特定色素濃度について予め定められた基準濃度との第1差分又は第1比率を算出し、第1差分又は第1比率が特定範囲外となった場合に、補正用報知を行うことが好ましい。プロセッサは、一定時間内に算出した特定色素濃度の平均値である特定色素濃度平均値を算出し、特定色素濃度平均値と、特定色素濃度について予め定められた基準濃度との第2差分又は第2比率を算出し、第2差分又は第2比率が特定範囲外となった場合に、補正用報知を行うことが好ましい。
基準濃度は、酸素飽和度算出用テーブルの補正が行われたタイミングの特定色素濃度であることが好ましい。基準濃度は、患者毎又は部位毎に予め定められていることが好ましい。特定色素は黄色色素であることが好ましい。第1波長帯域は450±10nmであり、第2波長帯域は470±10nmであり、第3波長帯域は緑色帯域であり、第4波長帯域は赤色帯域であることが好ましい。
上記記載の本発明のプロセッサ装置と、第1青色光を発する第1半導体光源、第1青色光よりも長波長の第2青色光を発する第2半導体光源、緑色光を発する第3半導体光源、及び、赤色光を発する第4半導体光源を有する光源部と、第1半導体光源、第2半導体光源、第3半導体光源、及び第4半導体光源の点灯と消灯を制御する光源用プロセッサとを有する光源装置と、青色透過帯域を有するBカラーフィルタ、緑色透過帯域を有するGカラーフィルタ、及び赤色透過帯域を有するRカラーフィルタが設けられた撮像センサを有する内視鏡とを備え、第1波長帯域は、緑色光のうちBカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、第2波長帯域は、第2青色光のうちBカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、第3波長帯域は、緑色光のうちGカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、第4波長帯域は、赤色光のうちRカラーフィルタを透過した光の波長帯域である。
青色透過帯域は380~560nmであり、緑色透過帯域は450~630nmであり、赤色透過帯域は580~760nmであることが好ましい。
本発明のプロセッサ装置の作動方法は、プロセッサが、観察対象に含まれる色素のうち血中ヘモグロビン以外の特定色素の特定色素濃度に感度を持つ第1波長帯域に対応する第1画像信号と、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に感度を持つ第2波長帯域に対応する第2画像信号と、血液量に感度を持つ第3波長帯域に対応する第3波長帯域に対応する第3画像信号と、第1波長帯域、第2波長帯域、第3波長帯域よりも長波長の第4波長帯域に対応する第4画像信号と、を取得するステップと、第2画像信号、第3画像信号、及び、第4画像信号に基づく演算処理によって、演算値を算出し、酸素飽和度算出用テーブルを参照し、演算値に基づいて酸素飽和度を算出し、第1画像信号、及び第3画像信号に基づいて、特定色素濃度を算出する特定色素濃度を算出するステップと、酸素飽和度の算出中に特定色素濃度をモニタリングするステップと、特定色素濃度のモニタリング結果に基づいて、酸素飽和度算出用テーブルの補正に関する補正用報知を行うステップとを有する。
本発明によれば、分光特性が異なる複数の組織を観察する場合であっても、精度良く酸素飽和度を算出することができるようにする。
内視鏡システムの外観図である。 第1実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 撮像センサの分光感度を示すグラフである。 通常モードにおける照明光の発光及び観察対象の撮像を示す説明図である。 酸素飽和度モードにおける照明光の発光及び観察対象の撮像を示す説明図である。 酸素飽和度画像処理部の機能を示すブロック図である。 縦軸がln(B2/G1)、横軸がln(R1/G1)で形成される二次元空間における酸素飽和度の等値線の位置を示すグラフである。 酸素飽和度算出用テーブルの補正方法を示す説明図である。 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。 酸素飽和度の算出方法を示す説明図である。 黄色色素の吸光係数を示すグラフである。 補正用報知に関する説明図である。 補正用報知の一つであるメッセージボックスの表示を示す説明図である。 一定時間TLで算出される特定色素濃度を示す説明図である。 酸素飽和度モードの一連の流れを示すフローチャートである。 第2実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 回転フィルタの平面図である。
[第1実施形態]
図1に示すように、内視鏡システム10は、内視鏡12と、光源装置13と、プロセッサ装置14と、ディスプレイ15と、ユーザーインターフェース16とを有する。内視鏡12は、光源装置13と光学的に接続され、且つ、プロセッサ装置14と電気的に接続される。光源装置13は、照明光を内視鏡12に供給する。
内視鏡12は、観察対象に照明光を照明し、観察対象を撮像して内視鏡画像を取得するために用いられる。内視鏡12は、観察対象の体内に挿入される挿入部12aと、挿入部12aの基端部分に設けられた操作部12bと、挿入部12aの先端側に設けられた湾曲部12c及び先端部12dとを有している。湾曲部12cは、操作部12bを操作することにより湾曲動作する。先端部12dは、照明光を観察対象に向けて照射し、且つ、観察対象からの反射光を受光して観察対象を撮像する。先端部12dは、湾曲部12cの湾曲動作によって所望の方向に向けられる。操作部12bには、モードの切り替え操作に用いるモード切替スイッチ12fと、観察対象の静止画の取得指示に用いられる静止画取得指示スイッチ12gと、ズームレンズ21bの操作に用いられるズーム操作部12hとが設けられている。
プロセッサ装置14は、ディスプレイ15及びユーザーインターフェース16と電気的に接続される。プロセッサ装置14は、内視鏡12からの画像信号を受信し、画像信号に基づいて各種処理を行う。ディスプレイ15は、プロセッサ装置14で処理された観察対象の画像又は情報等を出力表示する。ユーザーインターフェース16は、キーボード、マウス、タッチパッド、マイク等を有し、機能設定等の入力操作を受け付ける機能を有する。
内視鏡システム10は、通常モード、酸素飽和度モードの2つのモードを有しており、これら3つのモードは、ユーザーがモード切替スイッチ12fを操作することによって切り替えられる。通常モードは、照明光に白色光を用いて観察対象を撮像して得た自然な色合いの通常画像をディスプレイ15に表示する。酸素飽和度モードは、酸素飽和度算出用テーブルTBLを参照して、内視鏡12からの画像信号に基づいて、観察対象の酸素飽和度を算出する。そして、算出した酸素飽和度を擬似カラーなどで画像化した酸素飽和度画像をディスプレイ15に表示する。
なお、酸素飽和度モードの実行中に、組織色補正用ボタン12jが操作された場合には、組織色補正モードが実行される。組織色補正モードでは、観察中の組織色に合う酸素飽和度を算出するために、酸素飽和度算出用テーブルTBLを補正する。そし、酸素飽和度モードでは、補正後の酸素飽和度算出用テーブルTBLを用いて、酸素飽和度の算出が行われる。また、酸素飽和度の算出中には、特定色素濃度がモニタリングされ、モニタリングの結果に応じて、酸素飽和度算出用テーブルTBLの補正に関する補正用報知を行う。
図2に示すように、光源装置13は、光源部20と、光源部20を制御する光源用プロセッサ21とを備えている。光源部20は、例えば、複数の半導体光源を有し、これらをそれぞれ点灯または消灯し、点灯する場合には各半導体光源の発光量を制御することにより、観察対象を照明する照明光を発する。本実施形態では、光源部20は、BS-LED(Blue Short -wavelength Light Emitting Diode)20a、BL-LED(Blue Long-wavelength Light Emitting Diode)20b、G-LED(Green Light Emitting Diode)20c、及びR-LED(Red Light Emitting Diode)20dの4色のLEDを有する。
BS-LED20a(第1半導体光源)は、450nm±10nmの第1青色光BSを発する。BL-LED20b(第2半導体光源)は、470nm±10nmの第2青色光BLを発する。G-LED20c(第3半導体光源)は、緑色帯域の緑色光Gを発する。緑色光Gの中心波長は540nmであることが好ましい。R-LED20d(第4半導体光源)は、赤色帯域の赤色光Rを発する。赤色光Rの中心波長は620nmであることが好ましい。なお、各LED20a~20dにおける中心波長とピーク波長は、同じであってもよく、異なっても良い。
光源用プロセッサ21は、各LED20a~20dに対して独立に制御信号を入力することによって、各LED20a~20dの点灯又は消灯、点灯時の発光量などを独立に制御する。光源用プロセッサ21における点灯又は消灯制御は、各モードによって異なっている。通常モードでは、BS-LED20a、G-LED20c、及び、R-LED20dを同時に点灯することによって、第1青色光BS、緑色光G、赤色光Rを同時に発光する(図参照)。
酸素飽和度モード又は組織色補正モードでは、発光パターンがそれぞれ異なる3フレーム分の発光が繰り返し行われる(図参照)。1フレーム目においては、BS-LED20a、G-LED20c、及び、R-LED20dを同時に点灯することによって、第1青色光BS、緑色光G、及び赤色光Rを同時に発光する。2フレーム目においては、BL-LED20b、G-LED20c、及び、R-LED20dを同時に点灯することによって、第2青色光BL、緑色光G、及び赤色光Rを同時に発光する。3フレーム目においては、G-LED20cを点灯することによって、緑色光Gを発光する。
各LED20a~20dが発する光は、ミラーやレンズなどで構成される光路結合部23を介して、ライトガイド25に入射される。ライトガイド25は、内視鏡12及びユニバーサルコード(内視鏡12と、光源装置13及びプロセッサ装置14を接続するコード)に内蔵されている。ライトガイド25は、光路結合部23からの光を、内視鏡12の先端部12dまで伝搬する。
内視鏡12の先端部12dには、照明光学系30と撮像光学系31が設けられている。照明光学系30は照明レンズ32を有しており、ライトガイド25によって伝搬した照明光は照明レンズ32を介して観察対象に照射される。撮像光学系31は、対物レンズ42及び撮像センサ44を有している。照明光が照射された観察対象からの光は、対物レンズ42を介して撮像センサ44に入射する。これにより、撮像センサ44に観察対象の像が結像される。
撮像センサ44は、照明光で照明中の観察対象を撮像するカラー撮像センサである。撮像センサ44の各画素には、B(青色)カラーフィルタを有するB画素(青色画素)、G(緑色)カラーフィルタを有するG画素(緑色画素)、R(赤色)カラーフィルタを有するR画素(赤色画素)のいずれかが設けられている。例えば、撮像センサ44は、B画素とG画素とR画素の画素数の比率が、1:2:1であるベイヤー配列のカラー撮像センサであることが好ましい。
図3に示すように、BカラーフィルタBFは、主として青色帯域の光、具体的には、波長帯域が380~560nm(青色透過帯域)の光を透過させる。透過率が最大となるピーク波長は460~470nm付近に存在する。GカラーフィルタGFは、主として緑色帯域の光、具体的には、波長帯域が450~630nm(緑色透過帯域)の光を透過させる。RカラーフィルタRFは、主として赤色帯域の光、具体的には580~760nm(赤色透過帯域)の光を透過させる。
撮像センサ44としては、CCD(Charge Coupled Device)撮像センサやCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)撮像センサを利用可能である。また、原色の撮像センサ44の代わりに、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補色撮像センサを用いても良い。補色撮像センサを用いる場合には、CMYGの4色の画像信号が出力されるので、補色-原色色変換によって、CMYGの4色の画像信号をRGBの3色の画像信号に変換することにより、撮像センサ44と同様のRGB各色の画像信号を得ることができる。
撮像センサ44は、撮像制御部45によって駆動制御される。撮像制御部45における各モードの制御は後述する。CDS/AGC(Correlated Double Sampling/Automatic Gain Control)回路46は、撮像センサ44から得ら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46を経た画像信号は、A/D(Analog/Digital)コンバータ48により、デジタルの画像信号に変換される。A/D変換後のデジタル画像信号がプロセッサ装置14に入力される。
プロセッサ装置14は、画像信号取得部50と、DSP(Digital Signal Processor)52と、ノイズ低減部54と、画像処理切替部56と、通常画像処理部58と、酸素飽和度画像処理部60と、映像信号生成部64とを備えている。プロセッサ装置14には、各処理に関するプログラムがプログラム用メモリ(図示しない)に組み込まれている。プロセッサによって構成される中央制御部(図示しない)がプログラム用メモリ内のプログラムを実行することによって、画像信号取得部50と、DSP52と、ノイズ低減部54と、画像処理切替部56と、通常画像処理部58と、酸素飽和度画像処理部60と、映像信号生成部64との機能が実現する。これに伴い、酸素飽和度画像処理部60に含まれる後述の演算値算出部70と、酸素飽和度算出部71と、画像生成部72と、特定色素濃度算出部73と、濃度モニタリング部74と、報知部75との機能が実現する。
画像信号取得部50は、内視鏡12から入力される画像信号を受信し、受信した画像信号をDSP52に送信する。DSP52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、及びYC変換処理等の各種信号処理を行う。欠陥補正処理では、撮像センサ44の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理を施し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各色の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。DSP52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及び色差信号Crをノイズ低減部54に出力する。
ノイズ低減部54は、DSP56でデモザイク処理等を施し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低減処理を施す。ノイズを低減した画像信号は、画像処理切替部56に入力される。
画像処理切替部56は、設定されているモードによって、ノイズ低減部54からの画像信号の送信先を、通常画像処理部58、酸素飽和度画像処理部60のいずれかに切り替える。具体的には、通常モードにセットされている場合には、ノイズ低減部54からの画像信号を通常画像処理部58に入力する。また、酸素飽和度モードに設定されている場合、ノイズ低減部54からの画像信号を酸素飽和度画像処理部60に入力する。
通常画像処理部58は、入力した1フレーム分のRc画像信号、Gc画像信号、Bc画像信号に対して、さらに3×3のマトリックス処理、階調変換処理、3次元LUT(Look Up Table)処理等の色変換処理を施す。そして、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。この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。構造強調処理を施したRGB画像データは、通常画像として映像信号生成部64に入力される。
酸素飽和度画像処理部60は、酸素飽和度モード時に得られる画像信を用いて、酸素飽和度を算出する。酸素飽和度の算出方法については後述する。算出した酸素飽和度を疑似カラーなどで画像化した酸素飽和度画像を生成する。この酸素飽和度画像は、映像信号生成部64に入力される。
映像信号生成部64は、通常画像処理部58からの通常画像、又は酸素飽和度画像処理部60からの酸素飽和度画像を、ディスプレイ15上においてフルカラーの表示を可能にする映像信号に変換する。変換済みの映像信号はディスプレイ15に入力される。これにより、ディスプレイ15には通常画像または酸素飽和度画像が表示される。
以下、撮像制御部45における各モードの撮像制御について説明する。図4に示すように、通常モードでは、撮像制御部45は、第1青色光BS、緑色光G、赤色光Rで照明中の観察対象を1フレーム毎に撮像するように、撮像センサ44を制御する。これにより、撮像センサ44のB画素からBc画像信号が出力され、G画素からGc画像信号が出力され、R画素からRc画像信号が出力される。
図5に示すように、酸素飽和度モードでは、1フレーム目で、第1青色光BS、緑色光G、及び赤色光Rが観察対象に照明された場合には、撮像制御部45によって、撮像センサ44のB画素からB1画像信号が出力され、G画素からG1画像信号が出力され、R画素からR1画像信号が出力される。2フレーム目で、第2青色光BL、緑色光G、及び赤色光Rが観察対象に照明された場合には、撮像制御部45によって、撮像センサ44のB画素からB2画像信号が出力され、G画素からG2画像信号が出力され、R画素からR2画像信号が出力される。3フレーム目で、緑色光Gが観察対象に照明された場合には、撮像制御部45によって、撮像センサ44のB画素からB3画像信号が出力され、G画素からG3画像信号が出力され、R画素からR3画像信号が出力される。
酸素飽和度モードでは、酸素飽和度の算出及び特定色素濃度の算出のために、上記の3フレーム分の画像信号のうち、B3画像信号、B2画像信号、G1画像信号、R1画像信号が用いられる。B3画像信号(第1画像信号)は、3フレーム目に発光した緑色光のうちBカラーフィルタBFを透過した光の波長帯域(第1波長帯域)に関する画像情報が含まれている。B2画像信号(第2画像信号)は、2フレーム目に発光した光のうち、少なくとも第2青色光BLの中でBカラーフィルタBFを透過した光の波長帯域に関する画像情報が含まれている。G1画像信号(第3画像信号)は、1フレーム目に発光した光のうち、少なくとも緑色光Gの中でGカラーフィルタGFを透過した光の波長帯域に関する画像情報が含まれている。R1画像信号(第4画像信号)は、1フレーム目に発光した光のうち、少なくとも赤色光Rの中でRカラーフィルタRFを透過した光の波長帯域に関する画像情報が含まれている。
以下、酸素飽和度の算出方法について説明する。図6に示すように、酸素飽和度画像処理部60は、演算値算出部70と、酸素飽和度算出部71と、画像生成部72と、特定色素濃度算出部73と、濃度モニタリング部74と、報知部75とを備えている。信号比算出部70は、B2画像信号、G1画像信号、R1画像信号に基づく演算処理によって演算値を算出する。具体的には、演算値算出部70は、酸素飽和度の算出に用いる演算値として、B2画像信号とG1画像信号の信号比B2/G1と、R1画像信号とG1画像信号の信号比R1/G1とを算出する。なお、信号比B2/G1と信号比R1/G1については、それぞれ対数化(ln)することが好ましい。また、演算値としては、B2画像信号、G1画像信号、及びR1画像信号から算出される色差信号Cr、Cb、又は、彩度S、色相Hなどを用いてもよい。
酸素飽和度算出部71は、酸素飽和度算出用テーブルTBLを参照し、演算値に基づいて、酸素飽和度を算出する。酸素飽和度算出用テーブルTBLには、信号比B2/G1、R1/G1と、酸素飽和度との相関関係が記憶されている。相関関係を、縦軸Ln(B2/G1)、横軸Ln(R1/G1)で形成される二次元空間で表現した場合には、図7に示すように、酸素飽和度が同じ部分を繋ぎあわせた等値線が、ほぼ横軸方向に沿って、形成されている。また、等値線は、酸素飽和度が大きくなるほど、縦軸方向に対して、より下方側に位置している。例えば、酸素飽和度が100%の等値線77は、酸素飽和度が0%の等値線78よりも下方に位置している。
酸素飽和度算出用テーブルTBLは、酸素飽和度の算出に影響を与える特定色素濃度(黄色色素など)に合わせて、信号比B2/G1、R1/G1と、酸素飽和度との相関関係を変更することができるように、テーブルの内容を補正できるようになっている。酸素飽和度算出用テーブルTBLの補正は、組織色補正用ボタン12jが操作に従って行われる。相関関係の変更は、図7に示す等値線の間隔、位置などの調整に対応している。例えば、特定色素濃度が濃度CPの場合には、図8(A)に示すように、酸素飽和度算出用テーブルTBLの相関関係が第1相関関係に変更される。また、特定色素濃度が濃度CPと異なる濃度CQの場合には、図8(B)に示すように、酸素飽和度算出用テーブルTBLの相関関係が第1相関関係と異なる第2相関関係に変更される。
上記相関関係は、図9に示す酸化ヘモグロビン(グラフ80)や還元ヘモグロビン(グラフ81)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2青色光BLの波長帯域470±10nm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帯域では、ヘモグロビンの酸素飽和度によって吸光量が変化するため、酸素飽和度の情報を取り扱いやすい。したがって、中心波長470nmの第2青色光BLの光に対応するB2画像信号を含む信号比B2/G1を用いることで、酸素飽和度の算出が可能となる。しかしながら、信号比B2/G1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、信号比B2/G1に加えて、主として血液量に依存して変化する信号比R1/G1を用いることで、血液量に影響されることなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。なお、G1画像信号に含まれる緑色光の波長帯域540±20nmは、ヘモグロビンの吸光係数が比較的高いため、血液量によって吸光量が変化しやすい波長帯域である。
酸素飽和度算出部74は、酸素飽和度算出用テーブルTBLを参照し、信号比B2/G1,R1/G1に対応する酸素飽和度を画素毎に算出する。例えば、図10に示すように、特定画素の信号比B2/G1,R1/G1に対応する酸素飽和度は「40%」である。したがって、酸素飽和度算出部74は、特定画素の酸素飽和度を「40%」と算出する。
なお、信号比B2/G1,R1/G1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B2/G1,R1/G1の各値の組み合わせが、酸素飽和度100%の上限の等値線77(図7参照)よりも下方に分布したり、反対に、酸素飽和度0%の下限の等値線78(図7参照)よりも上方に分布したりすることはほとんどない。但し、上限の等値線77より下方に分布する場合には酸素飽和度を100%とし、下限の等値線78より上方に分布する場合には酸素飽和度算出部71は酸素飽和度を0%とする。また、信号比B2/G1,R1/G1に対応する点が上限の等値線77と下限の等値線78との間に分布しない場合には、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、酸素飽和度を算出しないようにしても良い。
画像生成部72は、酸素飽和度算出部71で算出し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76は、B1画像信号,G1画像信号,及びR1画像信号(通常画像に相当)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B1画像信号,G1画像信号,及びR1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76は、酸素飽和度が60%以上の画素ではB1画像信号,G1画像信号,及びR1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、酸素飽和度が60%未満の画素では、B1画像信号に対して「1」未満のゲインを乗じ、G1画像信号及びR1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B1画像信号,G1画像信号,及びR1画像信号を用いて生成したRGB画像データが酸素飽和度画像である。
画像生成部72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72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。
特定色素濃度算出部73は、B3画像信号とG1画像信号に基づいて、特定色素の特定色素濃度を算出する。特定色素濃度算出部73は、酸素飽和度モードの間、常時、特定色素濃度を算出する。特定色素は、観察対象に含まれる色素のうち血中ヘモグロビン以外の色素であって、酸素飽和度の算出に影響を与える色素である。
特定色素としては、例えば、黄色色素が含まれる。黄色色素の吸光係数は、図11に示すように、波長450±10nm付近で最も高くなるピークを有している。したがって、波長450±10nm付近の第1波長帯域が、黄色色素の濃度に応じて吸光量が変化しやすい波長帯域である。第1波長帯域に関する画像情報は、B3画像信号に含まれている。そこで、特定色素濃度算出部73では、特定色素を黄色色素とする場合に、黄色色素の色素濃度として、信号比B3/G1を算出する。信号比B3/G1は、酸素飽和度によって信号値は変化しないものの、黄色色素の濃度や血液量によって信号値が変化する。
濃度モニタリング部74は、酸素飽和度の算出中に、特定色素濃度をモニタリングする。報知部75は、特定色素濃度のモニタリング結果に基づいて、酸素飽和度算出用テーブルTBLの補正に関する補正用報知を行う。具体的には、濃度モニタリング部74は、特定色素濃度算出部73で順次算出される特定色素濃度CXと、特定色素濃度について予め定められた基準濃度CSとの第1差分D1(=|CX-CS|)又は第1比率P1(CX/CS)を算出することが好ましい。そして、図12に示すように、報知部75は、第1差分D1又は第1比率P1が特定範囲内に入っている限りは、補正用報知は実行しない。一方、報知部75は、第1差分D1又は第1比率P1が特定範囲外となった場合に、補正用報知を実行する。
補正用報知は、音声又はディスプレイ15での表示で行うことが好ましい。例えば、補正用報知をディスプレイ15での表示で行う場合には、図13に示すように、酸素飽和度画像の観察を妨げないように、ディスプレイ15において、酸素飽和度画像などを表示する画像表示領域RINの周辺部、又は、画像表示領域以外ROUTに、補正用報知としてメッセージボックスMBを小さく表示することが好ましい(図13では、メッセージボックスMBを画像表示領域RINに表示)。メッセージボックスMBの内容は、ユーザーに組織色補正を促す内容(例えば、「組織色補正用ボタン12jを操作して下さい」など)であることが好ましい。
また、濃度モニタリング部74は、一定時間内に特定色素濃度算出部73で算出した特定色素濃度の平均値Caveと、特定色素濃度について予め定められた基準濃度CSとの第2差分D2(=|Cave-CS|)又は第2比率P2(Cave/CS)を算出してもよい。報知部75は、一定時間毎に得られる第2差分D2又は第2比率P2が特定範囲内に入っているか否かの判定を行う。これにより、モニタリングする特定色素濃度が、特定範囲外が継続して維持される場合にのみ補正用報知が行われるため、ノイズによる変動や一時的な観察場所の変更で特定範囲外となって頻繁に補正用報知が実行されることがなくなる。
なお、報知部75は、上記の第1差分又は第1比率P1の場合と同様に、第2差分D2又は第2比率P2が特定範囲内に入っている限りは、補正用報知は実行しない。一方、報知部75は、第2差分D2又は第2比率P2が特定範囲外となった場合に、補正用報知を実行する。なお、特定色素濃度の平均値Caveは、図14に示すように、一定時間TL内に、特定色素濃度算出部73で算出したN個の特定色素濃度C1、C2、・・・、CN(Nは自然数)の合計値(C1+C2+・・・+CN)をNで除した値とすることが好ましい。
なお、基準濃度は、酸素飽和度算出用テーブルTBLの補正が行われたタイミングの特定色素濃度であることが好ましい。具体的には、組織色補正用ボタン12jが操作されたタイミングで、特定濃度算出部73で算出される特定色素濃度を、基準濃度とすることが好ましい。また、基準濃度は、患者毎又は部位毎に予め定めることが好ましい。例えば、患者によっては、内視鏡診断前の前処理(黄色色素の残存状況)の状況などが異なることがあるため、この場合には、患者毎に基準濃度を変更することが好ましい。また、食道又は胃などの上部消化管を観察する場合と、大腸などの下部消化管を観察する場合とでは、観察対象に黄色色素が含まれる状況がことなることがあるため、この場合には、部位毎に基準濃度を変更することが好ましい。基準濃度の変更は、ユーザーがユーザーインターフェース16を操作して行われる。
次に、酸素飽和度モードの一連の流れについて、図15のフローチャートに沿って説明する。モード切替スイッチ12fを操作して、酸素飽和度モードに設定する。これにより、発光パターンがそれぞれ異なる3フレーム分の照明が観察対象に行われる。これら3フレーム分の照明で得られる画像信号から、特定色素濃度を算出する。そして、実際の酸素飽和度の観察に入る前に、ユーザーは、酸素飽和度を観察したい場所を視野に入れて、組織色補正ボタン12jを操作する。組織色補正ボタン12jを操作したタイミングで算出される特定色素濃度を基準濃度とし、基準濃度に合わせて、酸素飽和度算出用テーブルTBLが補正される。そして、補正後の酸素飽和度算出用テーブルTBLを参照し、3フレーム分の照明で得られる画像信号に基づいて、酸素飽和度が算出される。算出された酸素飽和度は、酸素飽和度画像として画像化されてディスプレイ15に表示される。
そして、酸素飽和度の算出中には、特定色素濃度と基準濃度との第1差分D1等が特定範囲内に入っているか否かのモニタリングが行われる。第1差分D1等が特定範囲内に入っている場合には、補正用報知は実行せず、酸素飽和度の算出を継続する。一方、第1差分D1等が特定範囲に貼っていない場合には、補正用報知を実行する。ユーザーは、酸素飽和度算出用テーブルTBLの補正が必要と考える場合には、組織色補正ボタン12jを操作して、酸素飽和度算出用テーブルTBLの再補正を行う。以上の一連の流れは、酸素飽和度モードを継続している限り、繰り返し行われる。
[第2実施形態]
第2実施形態では、上記第1実施形態で示した4色のLED20a~20dの代わりに、キセノンランプなどの広帯域光源と回転フィルタを用いて観察対象の照明を行う。また、カラーの撮像センサ44に代えて、モノクロの撮像センサで観察対象の撮像を行う。それ以外については、第1実施形態と同様である。
図16に示すように、第2実施形態の内視鏡システム100では、光源装置13において、4色のLED20a~20dに代えて、広帯域光源102、回転フィルタ104、フィルタ切替部105が設けられている。また、撮像光学系31には、カラーの撮像センサ44の代わりに、カラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像センサ106が設けられている。
広帯域光源102はキセノンランプ、白色LEDなどであり、波長域が青色から赤色に及ぶ白色光を発する。回転フィルタ104は、内側に設けられた内側フィルタ108と、外側に設けられた外側フィルタ109とを備えている(図17参照)。フィルタ切替部105は、回転フィルタ104を径方向に移動させるものであり、モード切替SW12fにより通常モードにセットしたときに、回転フィルタ104の内側フィルタ108を白色光の光路に挿入し、酸素飽和度モードにセットしたときに、回転フィルタ104の外側フィルタ109を白色光の光路に挿入する。
図17に示すように、内側フィルタ108には、周方向に沿って、白色光のうち第1青色光BSを透過させるB1フィルタ108a、白色光のうち緑色光Gを透過させるGフィルタ108b、白色光のうち赤色光Rを透過させるRフィルタ108cが設けられている。したがって、通常モード時には、回転フィルタ104の回転により、第1青色光BS、緑色光G、赤色光Rが交互に観察対象に照射される。
外側フィルタ109には、周方向に沿って、白色光のうち第1青色光BSを透過させるB1フィルタ109aと、白色光のうち第2青色光BLを透過させるB2フィルタ109bと、白色光のうち緑色光Gを透過させるGフィルタ109cと、白色光のうち赤色光Rを透過させるRフィルタ109dとが設けられている。したがって、酸素飽和度モード時には、回転フィルタ104が回転することで、第1青色光BS、第2青色光BL、緑色光G、赤色光Rが交互に観察対象に照射される。
内視鏡システム100では、通常モード時には、第1青色光BS、緑色光G、赤色光Rで観察対象が照明される毎にモノクロの撮像センサ106で観察対象を撮像する。これにより、Bc画像信号、Gc画像信号、Rc画像信号が得られる。そして、それら3色の画像信号に基づいて、上記第1実施形態と同様の方法で、通常画像が生成される。
一方、酸素飽和度モード時には、第1青色光BS、第2青色光BL、緑色光G、赤色光Rで観察対象が照明される毎にモノクロの撮像センサ106で観察対象を撮像する。これにより、B3画像信号と、B2画像信号、G1画像信号、R1画像信号が得られる。これら4色の画像信号に基づいて、第1実施形態と同様の方法で、酸素飽和度画像の生成が行われる。
上記実施形態において、画像信号取得部50、ノイズ低減部54、画像信号切替部56、通常画像処理部58、酸素飽和度画像処理部60、映像信号生成部64、演算値算出部70、酸素飽和度算出部71、画像生成部72、特定色素濃度算出部73、濃度モニタリング部74、報知部75といった各種の処理を実行する処理部(processing unit)のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサ(processor)である。各種のプロセッサには、ソフトウエア(プログラム)を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphical Processing Unit)、FPGA (Field Programmable Gate Array) などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス(Programmable Logic Device:PLD)、各種の処理を実行するために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。
1つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの1つで構成されてもよいし、同種または異種の2つ以上のプロセッサの組み合せ(例えば、複数のFPGA、CPUとFPGAの組み合わせ、またはCPUとGPUの組み合わせ等)で構成されてもよい。また、複数の処理部を1つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を1つのプロセッサで構成する例としては、第1に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、1つ以上のCPUとソフトウエアの組み合わせで1つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第2に、システムオンチップ(System On Chip:SoC)などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を1つのIC(Integrated Circuit)チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを1つ以上用いて構成される。
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた形態の電気回路(circuitry)である。また、記憶部のハードウェア的な構造はHDD(hard disc drive)やSSD(solid state drive)等の記憶装置である。
10 内視鏡システム
12 内視鏡
12a 挿入部
12b 操作部
12c 湾曲部
12d 先端部
12f モード切替スイッチ
12g 静止画取得指示スイッチ
12h ズーム操作部
12j 組織色補正ボタン
13 光源装置
14 プロセッサ装置
15 ディスプレイ
16 ユーザーインターフェース
20 光源部
20a BS-LED
20b BL―ELD
20c G-LED
20d R-LED
21 光源用プロセッサ
23 光路統合部
25 ライトガイド
30 照明光学系
31 撮像光学系
32 照明レンズ
42 対物レンズ
44 撮像センサ
45 撮像制御部
46 CDS/AGC回路
48 A/Dコンバータ
50 画像信号取得部
52 DSP
54 ノイズ低減部
56 画像信号切替部
58 通常画像処理部
60 酸素飽和度画像処理部
64 映像信号生成部
70 演算値算出部
71 酸素飽和度算出部
72 画像生成部
73 特定色素濃度算出部
74 濃度モニタリング部
75 報知部
77、78 等値線
80、81 グラフ
100 内視鏡システム
102 広帯域光源
104 回転フィルタ
105 フィルタ切替部
106 撮像センサ
108 内側フィルタ
108a B1フィルタ
108b Gフィルタ
108c Rフィルタ
109 外側フィルタ
109a B1フィルタ
109b B2フィルタ
109c Gフィルタ
109d Rフィルタ
BF Bカラーフィルタ
GF Gカラーフィルタ
MB メッセージボックス
RF Rカラーフィルタ
RIN 画像表示領域
ROUT 画像表示領域以外
TBL 酸素飽和度算出用テーブル

Claims (9)

  1. プロセッサを備え、
    前記プロセッサは、
    観察対象に含まれる色素のうち血中ヘモグロビン以外の特定色素の特定色素濃度に感度を持つ第1波長帯域に対応する第1画像信号と、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に感度を持つ第2波長帯域に対応する第2画像信号と、血液量に感度を持つ第3波長帯域に対応する第3波長帯域に対応する第3画像信号と、前記第1波長帯域、前記第2波長帯域、前記第3波長帯域よりも長波長の第4波長帯域に対応する第4画像信号と、を取得し、
    前記第2画像信号、前記第3画像信号、及び、前記第4画像信号に基づく演算処理によって、演算値を算出し、
    酸素飽和度算出用テーブルを参照し、前記演算値に基づいて前記酸素飽和度を算出し、
    前記第1画像信号、及び前記第3画像信号に基づいて、前記特定色素濃度を算出する特定色素濃度を算出し、
    前記酸素飽和度の算出中に前記特定色素濃度をモニタリングし、
    前記特定色素濃度のモニタリング結果に基づいて、前記酸素飽和度算出用テーブルの補正に関する補正用報知を行い、
    第1青色光を発する第1半導体光源、前記第1青色光よりも長波長第2青色光を発する第2半導体光源、緑色光を発する第3半導体光源、及び、赤色光を発する第4半導体光源を有する光源部と、前記第1半導体光源、第2半導体光源、第3半導体光源、及び第4半導体光源の点灯と消灯を制御する光源用プロセッサとを有する光源装置と、
    青色透過帯域を有するBカラーフィルタ、緑色透過帯域を有するGカラーフィルタ、及び赤色透過帯域を有するRカラーフィルタが設けられた撮像センサを有する内視鏡とを備え、
    前記第1波長帯域は、前記緑色光のうち前記Bカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、
    前記第2波長帯域は、前記第2青色光のうち前記Bカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、
    前記第3波長帯域は、前記緑色光のうち前記Gカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、
    前記第4波長帯域は、前記赤色光のうち前記Rカラーフィルタを透過した光の波長帯域である内視鏡システム。
  2. 前記プロセッサは、
    順次算出される特定色素濃度と、前記特定色素濃度について予め定められた基準濃度との第1差分又は第1比率を算出し、
    前記第1差分又は第1比率が特定範囲外となった場合に、前記補正用報知を行う請求項1記載の内視鏡システム
  3. 前記プロセッサは、
    一定時間内に算出した特定色素濃度の平均値である特定色素濃度平均値を算出し、
    前記特定色素濃度平均値と、前記特定色素濃度について予め定められた基準濃度との第2差分又は第2比率を算出し、
    前記第2差分又は第2比率が特定範囲外となった場合に、前記補正用報知を行う請求項1記載の内視鏡システム
  4. 前記基準濃度は、前記酸素飽和度算出用テーブルの補正が行われたタイミングの前記特定色素濃度である請求項1または2記載の内視鏡システム
  5. 前記基準濃度は、患者毎又は部位毎に予め定められている請求項1または2記載の内視鏡システム
  6. 前記特定色素は黄色色素である請求項1載の内視鏡システム
  7. 前記第1波長帯域は450±10nmであり、前記第2波長帯域は470±10nmであり、前記第3波長帯域は緑色帯域であり、前記第4波長帯域は赤色帯域である請求項記載の内視鏡システム
  8. 前記青色透過帯域は380~560nmであり、前記緑色透過帯域は450~630nmであり、前記赤色透過帯域は580~760nmである請求項1載の内視鏡システム。
  9. プロセッサが、
    観察対象に含まれる色素のうち血中ヘモグロビン以外の特定色素の特定色素濃度に感度を持つ第1波長帯域に対応する第1画像信号と、血中ヘモグロビンの酸素飽和度に感度を持つ第2波長帯域に対応する第2画像信号と、血液量に感度を持つ第3波長帯域に対応する第3波長帯域に対応する第3画像信号と、前記第1波長帯域、前記第2波長帯域、前記第3波長帯域よりも長波長の第4波長帯域に対応する第4画像信号と、を取得するステップと、
    前記第2画像信号、前記第3画像信号、及び、前記第4画像信号に基づく演算処理によって、演算値を算出するステップと、
    酸素飽和度算出用テーブルを参照し、前記演算値に基づいて前記酸素飽和度を算出するステップと、
    前記第1画像信号、及び前記第3画像信号に基づいて、前記特定色素濃度を算出する特定色素濃度を算出するステップと、
    前記酸素飽和度の算出中に前記特定色素濃度をモニタリングするステップと、
    前記特定色素濃度のモニタリング結果に基づいて、前記酸素飽和度算出用テーブルの補正に関する補正用報知を行うステップとを有し、
    光源用プロセッサが、第1青色光を発する第1半導体光源、前記第1青色光よりも長波長第2青色光を発する第2半導体光源、緑色光を発する第3半導体光源、及び、赤色光を発する第4半導体光源を有する光源部の点灯と消灯を制御し、
    青色透過帯域を有するBカラーフィルタ、緑色透過帯域を有するGカラーフィルタ、及び赤色透過帯域を有するRカラーフィルタが設けられた撮像センサを有する内視鏡が撮像を行い、
    前記第1波長帯域は、前記緑色光のうち前記Bカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、
    前記第2波長帯域は、前記第2青色光のうち前記Bカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、
    前記第3波長帯域は、前記緑色光のうち前記Gカラーフィルタを透過した光の波長帯域であり、
    前記第4波長帯域は、前記赤色光のうち前記Rカラーフィルタを透過した光の波長帯域である内視鏡システムの作動方法。
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