JP5438571B2 - 電子内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、電子内視鏡で撮像した画像から血管に関する情報を取得するとともに、取得した情報を画像化する電子内視鏡システムに関する。

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、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。体腔内の照射に白色の広帯域光を用いることで、撮像画像から被写体組織全体を把握することができる。
しかしながら、広帯域光を照射したときに得られる撮像画像からは、被写体組織全体を大まかに把握することはできるものの、微細血管、深層血管、ピットパターン（腺口構造）、陥凹や隆起といった凹凸構造などの被写体組織は明瞭に観察することが難しいことがある。
このような被写体組織に対しては、波長を特定領域に制限した狭帯域光を照射することで、明瞭に観察できるようになることが知られている。また、狭帯域光を照射したときの画像データからは、血管中の酸素飽和度など被写体組織に関する各種情報を得られることが知られている。

例えば、特許文献１では、カラー画像（通常画像）、酸素飽和度画像およびＩＣＧ蛍光による血管走行画像のそれぞれにおいて、専用の波長領域に対応するフィルタを備えることで、各種画像を切り替えて表示でき、例えば血液の情報を含む特殊画像と一般的な可視領域の画像とを比較することを可能としている。

特許２６６０００９号公報

近年では、一般的な可視領域の画像と酸素飽和度等の血液の情報を含む特殊画像との両方を同時に把握しながら診断を行うのはもちろん、更に、観察者が、診断上関心のある特徴的な血管部分の酸素飽和度を選択的に表示し、診断等を行いたいという要望がある。しかしながら、観察者が診断上関心のある部分を選択的に表示することは行われてこなかった。

例えば、特許文献１のように、専用の波長領域に対応するフィルタを備え、それらを切り替えることで、カラー画像、酸素飽和度画像、ＩＣＧ蛍光による血管走行画像、それぞれについては、単独で画像を取得はできるものの、診断上関心のある特徴的な血管部分の酸素飽和度を選択的に表示できる構成とはなっていない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、血管深さに関する情報と酸素飽和度に関する情報の両方を同時に取得するとともに、観察者が診断上関心のある特徴的な血管部分の酸素飽和度を選択的に表示することができる電子内視鏡システム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、本発明は、波長帯域の異なる光を順次照射する光源装置と、前記光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、該受光した光の波長帯域に対応する画像データを順次出力する電子内視鏡と、前記電子内視鏡から出力される波長帯域の異なる光に対応する画像データから、前記血管の太さ、前記血管の密度、および前記血管の分岐点の密度の少なくとも１つを含む、前記血管に関する血管特徴量を算出する血管特徴量設定手段と、前記血管特徴量設定手段により算出された血管特徴量に基づいて、前記電子内視鏡により撮像される画像内における関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記各々の画像の画像データから、前記血管中の酸素飽和度の分布を表す酸素飽和度画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段により生成された酸素飽和度画像を、前記関心領域設定手段により設定された関心領域を強調して疑似カラー表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システムを提供するものである。

前記血管特徴量設定手段は、前記血管特徴量として、前記血管の太さを算出するものであることが好ましく、前記関心領域設定手段は、前記関心領域として、所定の太さの血管の領域を設定するものであること、特に、１０〜５０ｎｍの太さの微細血管の領域を設定するものであることが好ましい。

さらに、前記血管特徴量設定手段は、前記血管特徴量として、前記血管の密度を算出するものであることが好ましく、前記関心領域設定手段は、前記関心領域として、前記血管の密度が所定の閾値よりも高い領域を設定するものであることが好ましい。

また、前記血管特徴量設定手段は、前記血管特徴量として、前記血管の分岐点の密度を算出するものであることが好ましく、前記関心領域設定手段は、前記関心領域として、前記血管の分岐点の密度が所定の閾値よりも高い領域を設定するものであることが好ましい。

本発明によれば、血管の特徴量設定手段と、酸素飽和度設定手段の両方を有することで、診断上関心のある特徴的な血管部分の酸素飽和度を選択的に表示することができる。

本発明の第１実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。 第１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。 本発明におけるＣＣＤの撮像動作を説明する説明図である。 ヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。 第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３，Ｓ２／Ｓ３と血管深さ及び酸素飽和度との相関関係を示すグラフである。 （Ａ）は第１及び第２輝度比Ｓ１^＊／Ｓ３^＊，Ｓ２^＊／Ｓ３^＊から輝度座標系における座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）を求める方法を、（Ｂ）は座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）に対応する血管情報座標系の座標（Ｕ^＊，Ｖ^＊）を求める方法を説明する説明図である。 強調酸素飽和度画像と第１狭帯域画像又は酸素飽和度画像のいずれか一方とが同時に表示されるモニタの画像図である。 強調酸素飽和度画像、第１狭帯域画像および酸素飽和度画像の全てが同時表示されるモニタの画像図である。 血管深さ−酸素飽和度情報を算出する手順、関心領域を設定する手順、ならびにそれら情報を反映した酸素飽和度画像および強調酸素飽和度画像を生成する手順を示すフローチャートの前半部分である。 血管深さ−酸素飽和度情報を算出する手順、関心領域を設定する手順、ならびにそれら情報を反映した酸素飽和度画像および強調酸素飽和度画像を生成する手順を示すフローチャートの後半部分である。

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（画像表示手段）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、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５と、カプラー３６と、光源切替部３７とを備えている。

第１〜第３狭帯域光源３３〜３５はレーザーダイオードなどであり、第１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の光（以下「第１狭帯域光Ｎ１」とする）を、第２狭帯域光源３４は波長が４７０±１０ｎｍに、好ましくは４７３ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第２狭帯域光Ｎ２」とする）を、第３狭帯域光源３５は波長が４００±１０ｎｍに、好ましくは４０５ｎｍに制限された狭帯域の光（以下「第３狭帯域光Ｎ３」とする）を発生する。第１〜第３狭帯域光源３３〜３５はそれぞれ第１〜第３狭帯域用光ファイバ３３ａ〜３５ａに接続されており、各光源で発せられた第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３は第１〜第３狭帯域用光ファイバ３３ａ〜３５ａに入射する。

カプラー３６は、電子内視鏡内のライトガイド４３と、第１〜第３狭帯域用光ファイバ３３ａ〜３５ａとを連結する。これにより、第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３は、第１〜第３狭帯域用光ファイバ３３ａ〜３５ａを介して、ライトガイド４３に入射することが可能となる。

光源切替部３７はプロセッサ装置内のコントローラ５９に接続されており、コントローラ５９からの指示に基づいて、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５をＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）に切り替える。第１実施形態では、第１〜第３狭帯域光源３３〜３５が順次ＯＮに切り替えられて第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３を用いた撮像が行なわれる。

具体的には、まず、第１狭帯域光源３３が光源切替部３７によりＯＮに切り替えられる。そして、第１狭帯域光Ｎ１が体腔内に照射された状態で、被写体組織の撮像が行なわれる。撮像が完了すると、コントローラ５９から光源切替の指示がなされ、第１狭帯域光源３３がＯＦＦに、第２狭帯域光源３４がＯＮに切り替えられる。そして、第２狭帯域光Ｎ２を体腔内に照射した状態での撮像が完了すると、同様にして、第２狭帯域光源３４がＯＦＦに、第３狭帯域光源３５がＯＮに切り替えられる。さらに、第３狭帯域光Ｎ３を体腔内に照射した状態での撮像が完了すると、第３狭帯域光源３５がＯＦＦに切り替えられる。

電子内視鏡１１は、ライトガイド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４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内のカプラー３６に挿入されており、出射端が先端部１６ａに設けられた照射レンズ４８に向けられている。光源装置１３で発せられた光は、ライトガイド４３により導光された後、照射レンズ４８に向けて出射する。照射レンズ４８に入射した光は、先端部１６ａの端面に取り付けられた照明窓４９を通して、体腔内に照射される。体腔内で反射した第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３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。

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には、第１狭帯域光Ｎ１〜第３狭帯域信号Ｎ３が入射することで、第１狭帯域撮像信号〜第３狭帯域信号が得られる。

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５９に接続されており、コントローラ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３に示すように、まず最初に、１フレームの取得期間内で、第１狭帯域光Ｎ１を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第１狭帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作が行なわれる。第１狭帯域撮像信号の読み出しが完了すると、１フレームの取得期間内で、第２狭帯域光Ｎ２を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第２狭帯域撮像信号として読み出すステップとが行なわれる。第２狭帯域撮像信号の読み出しが完了すると、１フレームの取得期間内で、第３狭帯域光Ｎ３を光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を第３狭帯域撮像信号として読み出すステップとが行なわれる。

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、血管画像生成部５７（画像生成手段）と、表示制御回路５８を備えており、コントローラ５９が各部を制御している。ＤＳＰ５５は、電子内視鏡のＡＦＥ４５から出力された第１〜第３狭帯域撮像信号に対し、色分離、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などを行うことによって、第１〜第３狭帯域画像データを作成する。フレームメモリ５６は、ＤＳＰ５５で作成された広第１〜第３狭帯域画像データを記憶する。

血管画像生成部５７は、輝度比算出部６０と、相関関係記憶部６１と、血管深さ−酸素飽和度算出部６２と、酸素飽和度画像生成部６４と、血管特徴量設定手段８３と、関心領域設定手段８４とを備えている。輝度比算出部６０は、フレームメモリ５６に記憶した第１〜第３狭帯域画像データから、血管が含まれる血管領域を特定する。そして、輝度比算出部６０は、血管領域内の同じ位置の画素について、第１及び第３狭帯域画像データ間の第１輝度比Ｓ１／Ｓ３を求めるとともに、第２及び第３狭帯域画像データ間の第２輝度比Ｓ２／Ｓ３を求める。ここで、Ｓ１は第１狭帯域画像データの画素の輝度値を、Ｓ２は第２狭帯域画像データの画素の輝度値を、Ｓ３は第３狭帯域画像データの画素の輝度値を表している。なお、血管領域の特定方法としては、例えば、血管部分の輝度値とそれ以外の輝度値の差から血管領域を求める方法がある。

相関関係記憶部６１は、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３と、血管中の酸素飽和度及び血管深さとの相関関係を記憶している。この相関関係は、血管が図４に示すヘモグロビンの吸光係数を有する場合の相関関係であり、これまでの診断等で蓄積された多数の第１〜第３狭帯域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、血管中のヘモグロビンは、照射する光の波長によって吸光係数μａが変化する吸光特性を持っている。吸光係数μａは、ヘモグロビンの光の吸収の大きさである吸光度を表すもので、ヘモグロビンに照射された光の減衰状況を表すＩ０ｅｘｐ（−μａ×ｘ）の式の係数である。ここで、Ｉ０は光源装置から被写体組織に照射される光の強度であり、ｘ（ｃｍ）は被写体組織内の血管までの深さである。

また、酸素と結合していない還元ヘモグロビン７０と、酸素と結合した酸化ヘモグロビン７１は、異なる吸光特性を持っており、同じ吸光度（吸光係数μａ）を示す等吸収点（図４における各ヘモグロビン７０、７１の交点）を除いて、吸光度に差が生じる。吸光度に差があると、同じ血管に対して、同じ強度かつ同じ波長の光を照射しても、輝度値が変化する。また、同じ強度の光を照射しても、波長が異なれば吸光係数μａが変わるので、輝度値が変化する。

以上のようなヘモグロビンの吸光特性を鑑みると、酸素飽和度によって吸光度に違いが出る波長が４４５ｎｍと４０５ｎｍにあること、及び血管深さ情報抽出のためには深達度の短い短波長領域が必要となることから、第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３には、中心波長が４５０ｎｍ以下の波長領域を持つ狭帯域光を少なくとも１つ含めることが好ましい。このような狭帯域光は、第１実施形態では第１及び第２狭帯域光に相当する。また、酸素飽和度が同じでも、波長が異なれば吸収係数の値も異なり、粘膜中の深達度も異なっている。したがって、波長によって深達度が異なる光の特性を利用することで、輝度比と血管深さの相関関係を得ることができる。

相関関係記憶部６１は、図５に示すように、第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３を表す輝度座標系６６の座標と、酸素飽和度及び血管深さを表す血管情報座標系６７の座標との対応付けによって、相関関係を記憶している。輝度座標系６６はＸＹ座標系であり、Ｘ軸は第１輝度比Ｓ１／Ｓ３を、Ｙ軸は第２輝度比Ｓ２／Ｓ３を表している。血管情報座標系６７は輝度座標系６６上に設けられたＵＶ座標系であり、Ｕ軸は血管深さを、Ｖ軸は酸素飽和度を表している。Ｕ軸は、血管深さが輝度座標系６６に対して正の相関関係があることから、正の傾きを有している。このＵ軸に関して、右斜め上に行くほど血管は浅いことを、左斜め下に行くほど血管が深いことを示している。一方、Ｖ軸は、酸素飽和度が輝度座標系６６に対して負の相関関係を有することから、負の傾きを有している。このＶ軸に関して、左斜め上に行くほど酸素飽和度が低いことを、右斜め下に行くほど酸素飽和度が高いことを示している。

また、血管情報座標系６７においては、Ｕ軸とＶ軸とは交点Ｐで直交している。これは、第１狭帯域光Ｎ１の照射時と第２狭帯域光Ｎ２の照射時とで吸光の大小関係が逆転しているためである。即ち、図４に示すように、波長が４４０±１０ｎｍである第１狭帯域光Ｎ１を照射した場合には、還元ヘモグロビン７０の吸光係数は、酸素飽和度が高い酸化ヘモグロビン７１の吸光係数よりも大きくなるのに対して、波長が４７０±１０ｎｍである第２狭帯域光Ｎ２を照射した場合には、酸化ヘモグロビン７１の吸光係数のほうが還元ヘモグロビン７０の吸光係数よりも大きくなっているため、吸光の大小関係が逆転している。
なお、第１〜第３狭帯域光Ｎ１〜Ｎ３に代えて、吸光の大小関係が逆転しない狭帯域光を照射したときには、Ｕ軸とＶ軸とは直交しなくなる。また、波長が４００±１０ｎｍである第３狭帯域光Ｎ３を照射したときには、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数はほぼ等しくなっている。

血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づき、輝度比算出部６０で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３に対応する酸素飽和度と血管深さを特定する。ここで、輝度比算出部６０で算出された第１及び第２輝度比Ｓ１／Ｓ３、Ｓ２／Ｓ３のうち、血管領域内の所定画素についての第１輝度比をＳ１^＊／Ｓ３^＊とし、第２輝度比をＳ２^＊／Ｓ３^＊とする。

血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、図６（Ａ）に示すように、輝度座標系６６において、第１及び第２輝度比Ｓ１^＊／Ｓ３^＊、Ｓ２^＊／Ｓ３^＊に対応する座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）を特定する。座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）が特定されたら、図６（Ｂ）に示すように、血管情報座標系６７において、座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）に対応する座標（Ｕ^＊，Ｖ^＊）を特定する。これにより、血管領域内の所定位置の画素について、血管深さ情報Ｕ^＊及び酸素飽和度情報Ｖ^＊が求まる。

酸素飽和度画像生成部６４は、酸素飽和度の程度に応じてカラー情報が割り当てられたカラーマップ６４ａ（ＣＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｍａｐ））を備えている。カラーマップ６４ａには、例えば、低酸素飽和度であるときにはシアン、中酸素飽和度であるときにはマゼンダ、高酸素飽和度であるときにはイエローというように、酸素飽和度の程度に応じて、明瞭に区別することができる色が割り当てられている。酸素飽和度画像生成部６４は、カラーマップ６４ａから血管深さ−酸素飽和度算出部で算出された酸素飽和度情報Ｖ^＊に対応するカラー情報を特定する。そして、このカラー情報を第１狭帯域画像データに反映させることにより、酸素飽和度画像データを生成する。生成された酸素飽和度画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。

血管特徴量設定手段８３は、前記第１〜３狭帯域画像データにおいて、強調したい血管に関する特徴量（血管特徴量）を設定する。本実施形態では、前記第１狭帯域画像データにおいて、前記血管特徴量を血管の太さとし、太さ１０〜２０μｍ程度の微細血管を設定する。
また、後述するが、血管特徴量として、前記血管の太さの他に血管の密度や血管の分岐点の密度等を設定してもよい。

関心領域設定手段８４は、前記血管特徴量設定手段８３によって設定された血管特徴量に基づき、前記第１狭帯域画像において関心領域を設定する。
関心領域は本実施形態の場合、電子内視鏡１１により撮像される画像内において、血管特徴量に関して強調表示される血管の領域である。本実施形態では、前記血管特徴量として設定された太さ１０〜２０μｍ程度の血管を関心領域に設定する。
まず始めに、前記フレームメモリ５６に記憶された前記第１狭帯域画像データを取得し、次に、前記第１狭帯域画像データにおいて、太さ１０〜２０μｍ程度の微細血管を抽出する。太さ１０〜２０μｍ程度の血管の抽出は、この太さに対応する周波数成分の信号を取出して、強調することで行う。

特定の周波数成分の信号は、例えば、２次元フィルタを用いることで取り出すことができる。
前記２次元フィルタを作成するためには、まず、内視鏡先端１６ａと被写体間の距離・拡大倍率を想定して、前記微細血管の太さ（１０〜２０μｍ）に対応する前記画像上の周波数を求める。次に、その周波数帯域のみ強調するようなフィルタを周波数空間で設計して、それを実空間に対応するようフーリエ変換する。ここでは、フィルタのサイズが、例えば、５×５程度の現実的なサイズに収まるように、周波数空間においてフィルタ特性を調整する必要がある。
こうして作成された前記２次元フィルタを前記第１狭帯域画像データに適用することで、太さ１０〜２０μｍ程度の微細血管を抽出できる。
そして、微細血管が抽出された画像データを関心領域設定画像データとして前記フレームメモリ５６に記憶する。

前記酸素飽和度画像生成部６４は、前記カラーマップ６４ａおよび前記酸素飽和度情報Ｖ^＊に対応するカラー情報を前記関心領域設定画像データに反映させることにより、関心領域を強調表示した強調酸素飽和度画像データを生成する。生成された強調酸素飽和度画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。

また、前記カラー情報は、前記関心領域近傍で彩度が高くなるように設定されていることが好ましく、観察者が、モニタ１４において表示された前記強調酸素飽和度画像を確認しつつ、設定することができるように、画像切替スイッチ６８において、カラー表示変更手段を備えていてもよい。

表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から１又は複数の画像を読み出し、読み出した画像をモニタ１４に表示する。画像の表示形態としては様々なパターンが考えられる。例えば、図７に示すように、モニタ１４の一方の側に強調酸素飽和度画像７４を表示させ、他方の側に、画像切替スイッチ６８（図２参照）により選択された第１狭帯域画像７２または酸素飽和度画像７３のいずれかを表示させるようにしてもよい。図７、図８の酸素飽和度画像７３および強調酸素飽和度画像７４では、酸素飽和度が高いほど彩度が高く設定され、例えば、血管画像７５は低酸素飽和度を示すシアンで、血管画像７６は中酸素飽和度を示すマゼンダで、血管画像７７は高酸素飽和度を示すイエローで表されている。

図７に対して、図８に示すように、強調酸素飽和度画像７４及び酸素飽和度画像７３の両方を同時に表示するようにしてもよい。

次に、血管深さ−酸素飽和度情報を算出する手順と、当該酸素飽和度情報を反映した酸素飽和度画像および強調酸素飽和度画像を生成する手順とを、図９に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、コンソール２３の操作により、光源切替部３７は、第１狭帯域光源３３をＯＮにし、第１狭帯域光Ｎ１を体腔内に照射する。第１狭帯域光Ｎ１が体腔内に照射されると、コントローラ５９から撮像駆動部４６に対して撮像指示が送られる。これにより、第１狭帯域光Ｎ１が照射された状態で撮像が行なわれ、撮像により得られた第１狭帯域撮像信号は、ＡＦＥ４５を介して、ＤＳＰ５５に送られる。ＤＳＰ５５では第１狭帯域撮像信号に基づいて第１狭帯域画像データが生成される。生成された第１狭帯域画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。この第１狭帯域画像データをベースとして、酸素飽和度画像および強調酸素飽和度画像が生成される。

第１狭帯域画像データがフレームメモリ５６に記憶されたら、光源切替部３７は、コントローラ５９からの光源切替指示により、体腔内に照射する光を第１狭帯域光Ｎ１から第２狭帯域光Ｎ２へと切り替える。そして、第１狭帯域光Ｎ１の場合と同様に撮像が行なわれ、撮像により得られた第２狭帯域撮像信号に基づいて第２狭帯域画像データが生成される。生成された第２狭帯域画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。

第２狭帯域画像データがフレームメモリ５６に記憶されたら、光源切替部３７は、コントローラ５９からの光源切替指示により、体腔内に照射する光を第２狭帯域光Ｎ２から第３狭帯域光Ｎ３へと切り替える。そして、第１及び第２狭帯域光Ｎ１，Ｎ２の場合と同様に撮像が行なわれ、撮像により得られた第３狭帯域撮像信号に基づいて第３狭帯域画像データが生成される。生成された第３狭帯域画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。

フレームメモリ５６に第１〜第３狭帯域画像データが記憶されたら、輝度比算出部６０は、第１狭帯域画像データ、第２狭帯域画像データ、第３狭帯域画像データの３つの画像データから、血管を含む血管領域を特定する。そして、血管領域内の同じ位置の画素について、第１及び第３狭帯域画像データ間の第１輝度比Ｓ１^＊／Ｓ３^＊と、第２及び第３狭帯域画像データ間の第２輝度比Ｓ２^＊／Ｓ３^＊が算出される。

次に、血管深さ−酸素飽和度算出部６２は、相関関係記憶部６１の相関関係に基づいて、第１及び第２輝度比Ｓ１^＊／Ｓ３^＊，Ｓ２^＊／Ｓ３^＊に対応する輝度座標系の座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）を特定する。さらに、座標（Ｘ^＊，Ｙ^＊）に対応する血管情報座標系の座標（Ｕ^＊，Ｖ^＊）を特定することにより、血管領域内の所定画素についての血管深さ情報Ｕ^＊及び酸素飽和度情報Ｖ^＊が求められる。

血管深さ情報Ｕ^＊及び酸素飽和度情報Ｖ^＊が求められると、酸素飽和度情報Ｖ^＊に対応するカラー情報が酸素飽和度画像生成部のＣＭ６４ａから特定される。特定されたカラー情報は、プロセッサ装置１２内のＲＡＭ（図示省略）に記憶される。

そして、カラー情報がＲＡＭに記憶されると、血管領域内の全ての画素について、上述した手順で、酸素飽和度情報Ｖ^＊を求めるとともに、その酸素飽和度情報Ｖ^＊に対応するカラー情報を特定し、前記ＲＡＭに記憶する。

次に、コンソールからの指示により、血管特徴量設定手段８３において血管特徴量が設定される。
前記血管特徴量が設定されると、関心領域設定手段８４は、前記フレームメモリ５６から第１狭帯画像データを読み出し、この第１狭帯域画像データに対して前記血管特徴量に基づいて関心領域を設定する。
前記関心領域設定手段８４は、関心領域を設定することで前記第１狭帯域画像において前記関心領域を強調して表示する、関心領域設定画像データを生成する。生成された関心領域設定画像データは、再度フレームメモリに記憶される。

そして、血管領域内の全ての画素について酸素飽和度情報とその情報に対応するカラー情報が得られ、関心領域設定画像データが記憶されると、酸素飽和度画像生成部６４は、フレームメモリ５６から第１狭帯域画像データおよび関心領域設定画像データを読み出し、この第１狭帯域画像データおよび関心領域設定画像データに対して、ＲＡＭに記憶されたカラー情報を反映させることにより、酸素飽和度画像データおよび強調酸素飽和度画像データを生成する。生成された酸素飽和度画像データおよび強調酸素飽和度画像データは、再度フレームメモリ５６に記憶される。

そして、表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から第１狭帯域画像データ、酸素飽和度画像データ、及び強調酸素飽和度画像データを読み出し、これら読み出した画像データに基づいて、図７または図８に示すような第１狭帯域画像７２、酸素飽和度画像７３および強調酸素飽和度画像７４をモニタ１４に表示する。図８に示すモニタ１４では、強調酸素飽和度画像７４と、第１狭帯域画像７２、または酸素飽和度画像７３の一方が同時に並列表示され、図８に示すモニタ１４では、第１狭帯域画像７２、酸素飽和度画像７３および強調酸素飽和度画像７４の３つの画像が同時に並列表示される。

以上のとおり、本発明は、血管の特徴量設定手段と、酸素飽和度設定手段の両方を有することで、診断上関心のある特徴的な血管部分の酸素飽和度を選択的に表示することができる。
以上が本発明における第１実施形態である。

本発明の第２実施形態における電子内視鏡システムは、血管特徴量設定手段８３および関心領域設定手段８４以外については、第１実施形態の電子内視鏡システム１０と同様であるため、図示及び説明を省略する。

本発明の第２実施形態は、前記血管特徴量設定手段８３が、前記撮像された画像において、前記血管特徴量を、血管密度としたものである。

本実施形態では、血管密度が前記血管特徴量に設定されているため、関心領域設定手段８４は、血管密度に基づき、関心領域が設定される。

まず始めに、前記フレームメモリ５６に記憶された前記第１狭帯域画像データを取得し、次に、前記第１狭帯域画像データから血管密度が高い部分を抽出する。この血管密度の高い部分の抽出は、前記第１狭帯域画像を２値化することで行う。当該第１狭帯域画像の２値化は、当該画像の画素値を血管部分は１に、それ以外は０にすることで行う。また、１と０を分ける閾値としては、例えば、第１狭帯域データの画素の平均値が用いられる。

関心領域設定手段８４において、上記方法によって２値化された２値化画像は、画素ごとに、血管高密度領域であるか否かを判定される。血管高密度領域は、その画素を中心とする所定正方形領域内の白画素の割合が一定の閾値を超える場合に、その画素を血管高密度領域として判定する。前記一定の閾値は、例えば、３割程度が好ましく、また、正方形の大きさは、例えば、画像全体を約千分割する程度の大きさに設定されるのが好ましい。

こうして作成された血管高密度領域のデータを前記第１狭帯域画像データに適用することで、血管高密度領域を抽出できる。

そして、血管高密度領域が抽出された画像データを関心領域設定画像データとして前記フレームメモリ５６に記憶する。
これ以降は、第１実施形態の電子内視鏡システム１０と同様である。

本発明の第３実施形態における電子内視鏡システムは、血管特徴量設定手段８３および関心領域設定手段８４以外については、第１実施形態の電子内視鏡システム１０と同様であるため、図示及び説明を省略する。

本発明の第３実施形態は、前記血管特徴量設定手段８３が、前記撮像された画像において、前記血管特徴量を、血管分岐点密度としたものである。

本実施形態では、血管分岐密度が前記血管特徴量に設定されているため、関心領域設定手段８４は、血管分岐密度に基づき、関心領域が設定される。

まず始めに、前記フレームメモリ５６に記憶された前記第１狭帯域画像データを取得し、次に、前記第１狭帯域画像データから血管分岐密度が高い部分を抽出する。この血管分岐点密度の高い部分の抽出は、第２の実施形態と同様に第１狭帯域画像を２値化し、２値化された第１狭帯域画像に対して、テンプレートマッチングの手法で分岐点を探索すればよい。すなわち、血管分岐の形状を表すＶ字型の小さな２値参照画像を用意し、その参照画像との差分が一定の閾値以下の点を探索する。

血管分岐は様々な方向・分岐角を有するので、複数パターンの参照画像を用意する。こうして抽出した分岐点対して、第２の実施形態と同様の方法で、さらに分岐点が高密度で集積している領域を抽出する。

こうして作成された血管分岐高密度領域のデータを前記第１狭帯域画像データに適用することで、血管分岐高密度領域を抽出できる。

そして、血管分岐高密度領域が抽出された画像データを関心領域設定画像データとして前記フレームメモリ５６に記憶する。
これ以降は、第１実施形態の電子内視鏡システム１０と同様である。

本発明は、基本的に以上のようなものである。本発明は、前記いずれかの実施形態に限定されるものではなく、また、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更が可能である。

１０ 電子内視鏡システム
１１ 内視鏡スコープ
１２ プロセッサ
１３ 光源装置
１４ モニタ（画像表示手段）
１６ 挿入部
１６ａ 先端部
１７ 操作部
１８ ユニバーサルコード
１９ 湾曲部
２１ アングルノブ
２３ コンソール
２４ コネクタ
３３ 第１狭帯域光源
３３ａ 第１狭帯域用光ファイバ
３４ 第２狭帯域光源
３４ａ 第２狭帯域用光ファイバ
３５ 第３狭帯域光源
３５ａ 第３狭帯域用光ファイバ
３７ 光源切替部
４３ 光ガイド
４４ 撮像素子（ＣＣＤ）
４４ａ 撮像面
４５ ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）
４６ 撮像制御部
４８ 照射レンズ
４９ 照射窓
５０ 観察窓
５１ 集光レンズ
５５ ＤＳＰ
５６ フレームメモリ
５７ 血管画像生成部（画像生成手段）
５８ 表示制御回路
５９ コントローラ
６０ 輝度比算出部
６１ 相関関係記憶部
６２ 血管深さ−酸素飽和度算出部
６４ 酸素飽和度画像生成部
６４ａ Ｃｏｌｏｒ Ｍａｐ
６８ 画像切替スイッチ
７２ 第１狭帯域画像
７３ 酸素飽和度画像
７４ 強調酸素飽和度画像
７５、７６、７７、８０、８１、８２ 血管画像
８３ 血管特徴量設定手段
８４ 関心領域設定手段

Claims (12)

1. 波長帯域の異なる光を順次照射する光源装置と、
   前記光源装置から体腔内の血管を含む被写体組織に順次照射される光の反射光を受光して、該受光した光の波長帯域に対応する画像データを順次出力する電子内視鏡と、
   前記電子内視鏡から順次出力される波長帯域の異なる光に対応する画像データから、前記血管の太さ、前記血管の密度、および前記血管の分岐点の密度の少なくとも１つを含む、前記血管に関する血管特徴量を算出し、前記血管特徴量を設定する血管特徴量設定手段と、
   前記血管特徴量設定手段により設定された前記血管特徴量に基づいて、前記波長帯域の異なる光に対応する画像データに基づく画像内における関心領域を設定する関心領域設定手段と、
   前記関心領域を設定された画像において前記血管中の酸素飽和度の分布に基づいて前記関心領域が疑似カラーで表現され強調された強調酸素飽和度画像データを生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段により生成された前記強調酸素飽和度画像データに基づく前記強調酸素飽和度画像を表示する画像表示手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 順次照射される前記波長帯域の異なる光は、それぞれ波長を特定領域に制限した狭帯域光であり、
   前記波長帯域の異なる光に対応する画像データは、前記電子内視鏡から順次出力される前記狭帯域光に対応する狭帯域光画像データであることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. フレームメモリを更に備え、
   前記フレームメモリは、前記波長帯域の異なる光に対応する画像データ、前記画像生成手段において前記波長帯域の異なる光に対応する画像データに前記血管中の酸素飽和度の分布を反映させることで生成される酸素飽和度画像データ、および前記強調酸素飽和度画像データをそれぞれ少なくとも１つ記憶し、
   前記画像表示手段は、画像切替スイッチを更に有し、前記画像切替スイッチにより、前記フレームメモリに記憶された前記強調酸素飽和度画像データの少なくとも１つを選択し、少なくとも１つの前記酸素飽和度画像データおよび少なくとも１つの前記波長帯域の異なる光に対応する画像データのいずれか一方を選択して、前記強調酸素飽和度画像と前記酸素飽和度画像または前記波長帯域の異なる光に対応する画像とを同時に表示することを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡システム。
4. 前記画像切替スイッチは、カラー表示変更手段を更に有し、前記カラー表示変更手段により、前記表示手段において表示された前記強調酸素飽和度画像を確認しつつ、前記疑似カラー表示の変更を行うことを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。
5. 前記疑似カラー表示の変更は、前記血管中の酸素飽和度の分布に基づいて前記関心領域近傍で彩度が高くなるように行われることを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡システム。
6. 前記血管特徴量設定手段は、前記血管特徴量として、前記血管の太さを算出するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子内視鏡システム。
7. 前記関心領域設定手段は、前記関心領域として、所定の太さの血管の領域を設定するものであることを特徴とする請求項６に記載の電子内視鏡システム。
8. 前記関心領域設定手段は、前記関心領域として、１０〜５０ｎｍの太さの微細血管の領域を設定するものであることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
9. 前記血管特徴量設定手段は、前記血管特徴量として、前記血管の密度を算出するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子内視鏡システム。
10. 前記関心領域設定手段は、前記関心領域として、前記血管の密度が所定の閾値よりも高い領域を設定するものであることを特徴とする請求項９に記載の電子内視鏡システム。
11. 前記血管特徴量設定手段は、前記血管特徴量として、前記血管の分岐点の密度を算出するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子内視鏡システム。
12. 前記関心領域設定手段は、前記関心領域として、前記血管の分岐点の密度が所定の閾値よりも高い領域を設定するものであることを特徴とする請求項１１に記載の電子内視鏡システム。

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