JP2013022341A - 内視鏡システムおよび内視鏡システムの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】診断に資する信頼性の高い酸素飽和度の情報を取得する。
【解決手段】血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を取得する機能情報観察モードが選択されたとき、正常な被観察部位を撮像してその酸素飽和度を血液情報算出部７０で算出するプレ撮影を実施する。設定変更部７４は、プレ撮影で得た酸素飽和度の実測値（複数フレーム分の平均値）ＳＴＯ_ａｖｅと予め設定された酸素飽和度の基準値ＳＴＯ_ｓｔの差が埋まるよう、酸素飽和度を算出する際に参照するデフォルトの参照情報７１を変更する。血液情報算出部７０は、設定変更部７４で変更した参照情報７１を用いて酸素飽和度を算出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、生体組織に存在する血管中のヘモグロビンの酸素飽和度の情報を取得する内視鏡システムおよび内視鏡システムの駆動方法に関する。

医療分野において様々な生体情報の取得が行われている。その代表例として内視鏡を利用した検査が挙げられる。周知の如く、内視鏡は被検体内に挿入する挿入部の先端から被検体の被観察部位に照明光を照射し、被観察部位の像を取り込む。

従来、照明光の光源にはキセノンランプやメタルハライドランプ等の白色光源が用いられていたが、病変の発見を容易にするために狭い波長帯域の光（狭帯域光）を被観察部位に照射し、その反射光を画像化して観察する手法が脚光を浴びている（特許文献１参照）。

狭帯域光を照射して得られた撮像信号に基づき、血管中のヘモグロビンの酸素飽和度の情報を取得する方法も鋭意研究されている（特許文献２参照）。特許文献２では、３００〜４００ｎｍ、４００ｎｍ付近、４００〜５００ｎｍ、５００〜６００ｎｍ、４５０〜８５０ｎｍ等の各波長帯域で複数の波長セットの狭帯域光を照射している。波長セットはヘモグロビンの酸素飽和度により吸光度が変化する波長と変化が少ない波長の組み合わせである。

特許第３５８３７３１号 特開平０６−３１５４７７号公報

特許文献２のように酸素飽和度の情報を得る際には、得られた画像の画素値の比等をパラメータとする関数あるいはデータテーブルを予め用意し、求めたパラメータを関数に代入したりデータテーブルを検索したりしている。

こうした関数やデータテーブル等の参照情報は典型的な生体組織に基づいて作られるが、実際には参照情報は被観察部位の性状、例えば粘膜層の構造、厚さ、血管密度等に依存して変化する。被観察部位の性状には患者の個体差や消化管の部位毎の差異があるため常に典型的な生体組織が観察対象となる保障はなく、典型例から外れた生体組織を観察した場合は酸素飽和度の算出結果が信頼性のないものとなってしまう。

特許文献２には、典型例から外れた生体組織を観察した場合に酸素飽和度の算出結果の信頼性が低下する問題について言及されておらず、当然ながらその解決策も提示されていない。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、診断に資する信頼性の高い酸素飽和度の情報を取得することができる内視鏡システムおよび内視鏡システムの駆動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、本発明の内視鏡システムは、生体組織に存在する血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための第一測定光を被検体の被観察部位に照射する照射手段と、第一測定光の被観察部位からの反射光を撮像して第一画素値を出力する撮像素子と、第一画素値と酸素飽和度の相関関係を規定する参照情報を記憶する記憶手段と、参照情報に基づき第一画素値に応じた酸素飽和度を算出する算出手段と、被観察部位の性状に応じて参照情報を変更する設定変更手段とを備えることを特徴とする。

病変が存在しない正常な被観察部位に照射された第一測定光に対応する第一画素値とデフォルトの参照情報とに基づき、正常な被観察部位の酸素飽和度の実測値を得るプレ撮影を実行するモードを有する。前記設定変更手段は、プレ撮影により得られた酸素飽和度の実測値と予め設定された酸素飽和度の基準値との差に応じて、デフォルトの参照情報を変更する。プレ撮影終了後、前記設定変更手段で変更された参照情報に基づき前記算出手段で酸素飽和度を算出する本撮影に移行する。

プレ撮影では画像を複数フレーム撮影し、複数フレーム分の画像の酸素飽和度の平均値を実測値とする。

酸素飽和度の基準値は、解剖学的部位に関わらず一つの値を設定してもよいし、解剖学的部位に応じて複数の値を設定してもよい。

後者の場合、被観察部位の解剖学的部位を入力する操作入力手段、または前記撮像素子から出力された画素値に基づき、被観察部位の解剖学的部位を検出する部位検出手段を備え、前記設定変更手段は、前記操作入力手段からの操作入力信号、または前記部位検出手段の検出結果に応じて基準値の設定を変更する。前記部位検出手段は、血液量の多寡に基づき、被観察部位の解剖学的部位を特定する。周知の画像認識により部位検出を行ってもよい。なお、解剖学的部位とは、具体的には食道、胃、大腸等である。

前記算出手段は、プレ撮影で得た画像の全領域について酸素飽和度を算出する。あるいは、プレ撮影で得た画像の限定された領域について酸素飽和度を算出してもよい。

後者の場合、前記撮像素子から出力された画素値に基づき、プレ撮影で前記算出手段が酸素飽和度を算出する画像の領域を選定する領域選定手段を備えることが好ましい。前記領域選定手段は、画像内で極端に明るい領域または極端に暗い領域以外を、酸素飽和度を算出する領域として選定する。血液量が閾値よりも多い領域、血管の密集度が閾値よりも低い領域を、酸素飽和度を算出する領域として選定してもよい。前記領域選定手段で選定した領域を前記表示手段に表示することが好ましい。

前記撮像素子の視野全体に正常な被観察部位を位置させてプレ撮影を実施することを促すメッセージを表示手段に表示した後、プレ撮影の開始を指示する操作入力に応じてプレ撮影を開始してもよいし、メッセージを表示せずにプレ撮影を開始してもよい。

後者の場合、プレ撮影で得られた酸素飽和度の実測値が許容範囲内に収まっているか否かを判定する判定手段を備えることが好ましい。酸素飽和度の実測値が許容範囲内に収まっていた場合は以降の参照情報を変更する処理を続行し、収まっていない場合は前記撮像素子の視野全体に正常な被観察部位を位置させてプレ撮影を実施することを促すメッセージを表示手段に表示する。

被観察部位にブロードな波長帯域の白色光を連続的に照射して肉眼で観察したときと略同等の画像を表示手段に表示する通常観察モードと、第一測定光を照射して酸素飽和度の情報を算出してその結果を表示手段に表示する機能情報観察モードとを備え、各モードを切替可能に構成することが好ましい。機能情報観察モードを選択したときにプレ撮影を開始することが好ましい。

第一測定光は、ヘモグロビンの吸光スペクトルにおいて酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差が生じる波長帯域を含む光である。より好ましくは４７０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域の狭帯域光である。

前記照射手段は、第一測定光に加えて血管中の血液量を測定するための第二測定光を被観察部位に照射し、前記撮像素子は、第二測定光の被観察部位からの反射光を撮像して第二画素値を出力する。参照情報は、第一画素値と酸素飽和度の相関関係に加えて第二画素値と血液量の相関関係を規定している。前記算出手段は、参照情報に基づき第一画素値と第二画素値に応じた酸素飽和度と血液量の両方を算出する。この場合、第二測定光は、赤色波長帯域を含む光である。

また、前記照射手段は、第一、第二測定光に加えて参照光を被観察部位に照射し、前記撮像素子は、参照光の被観察部位からの反射光を撮像して第三画素値を出力する。前記算出手段は、第一、第二、および第三画素値に基づき酸素飽和度と血液量を算出する。

より詳しくは、前記算出手段は、酸素飽和度と血液量の両方に依存性を有する第一画素値および第三画素値の比である第一信号比と、血液量に依存性を有する第二画素値および第三画素値の比である第二信号比とを求める。参照情報は、酸素飽和度と第一、第二信号比との相関関係と、血液量と第二信号比との相関関係を規定している。前記算出手段は、該参照情報から第二信号比に対応する血液量を求めるとともに、第一、第二信号比に対応する酸素飽和度を求める。

また、本発明の内視鏡システムの駆動方法は、生体組織に存在する血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための第一測定光を被検体の被観察部位に照射する照射ステップと、第一測定光の被観察部位からの反射光を撮像して第一画素値を出力する撮像ステップと、第一画素値と酸素飽和度の相関関係を規定する参照情報に基づき第一画素値に応じた酸素飽和度を算出する算出ステップと、被観察部位の性状に応じて参照情報を変更する設定変更ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、被観察部位の性状に応じて、生体組織に存在する血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を算出する際の参照情報を変更するので、診断に資する信頼性の高い酸素飽和度の情報を取得することができる。

電子内視鏡システムの構成を示す外観図である。 電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 電子内視鏡の先端の構成を示す平面図である。 ベイヤー配列のカラーフィルタを示す図である。 ＣＣＤのＲＧＢ各画素の分光感度特性を示すグラフである。 励起光、狭帯域光、および蛍光の発光スペクトルを表すグラフである。 ＣＣＤおよび第一、第二半導体光源の動作を示すタイミングチャートである。 画像処理部の構成を示す図である。 参照情報の例を示すグラフである。 酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光特性を示すグラフである。 血液量画像および酸素飽和度画像の生成手順を示すブロック図である。 血液量画像および酸素飽和度画像を生成するためのカラーマップを示す図である。 プレ撮影の実施を促すメッセージウィンドウを示す図である。 設定変更部による参照情報の変更の様子を説明するための図である。 機能情報観察モードの処理手順を示すフローチャートである。 機能情報観察モードへの切替と同時にプレ撮影を実施する例を示すフローチャートである。 酸素飽和度の実測値を算出する領域の表示例を示す図である。 ロータリーフィルタを示す図である。

図１において、電子内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。電子内視鏡１０は、周知の如く、被検体（患者）内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１および光源装置１２に接続されるコネクタ１５と、操作部１４、コネクタ１５間を繋ぐユニバーサルコード１６とを有する。

操作部１４には、挿入部１３の先端１７を上下左右方向に湾曲させるためのアングルノブや、送気・送水ノズルからエアー、水を噴出させるための送気・送水ボタンの他、観察画像を静止画記録するためのレリーズボタンといった操作部材が設けられている。

また、操作部１４の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口が設けられている。鉗子口は、挿入部１３内の鉗子チャンネルを通して、先端１７に設けられた鉗子出口４０（図３参照）に連通している。

プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、電子内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１６や挿入部１３内に挿通された伝送ケーブルを介して電子内視鏡１０に給電を行い、先端１７に搭載されたＣＣＤ３３（図２参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、伝送ケーブルを介してＣＣＤ３３から出力された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像データは、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ１８に観察画像として表示される。

電子内視鏡システム２には、被検体の被観察部位に白色光を照射して観察する通常観察モードと、被観察部位に白色光および狭帯域光を照射して、生体組織の血管中のヘモグロビンの酸素飽和度と血液量を算出する機能情報観察モードとが用意されている。各モードの切替は操作部１４のモード切替スイッチ１９を操作することにより行われる。電子内視鏡システム２の電源投入直後は通常観察モードが自動的に選択される。

図２および図３において、先端１７には、略中央に配置された一つの観察窓３０とその両脇に配置された四つの照明窓３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが設けられている。観察窓３０の奥には、レンズ群およびプリズムからなる対物光学系３２を介して、被検体内撮影用のＣＣＤ３３が配されている。

照明窓３１ａ〜３１ｄは、ユニバーサルコード１６や挿入部１３に配設されたライトガイド３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、および照明レンズ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄで導光される光源装置１２からの照明光を被観察部位に照射する。照明窓３１ａ、３１ｄは白色光照射用、照明窓３１ｂ、３１ｃは狭帯域光照射用である。照明窓３１ａ〜３１ｄは、照明窓３１ａ、３１ｄの中心を結ぶ直線ａ１と照明窓３１ｂ、３１ｃの中心を通る直線ａ２とが観察窓３０の中心で交差するように、白色光照射用と狭帯域光照射用が互い違いに配置されている。このような配置にすることで、照明ムラの発生を防止することができる。なお、図２では白色光照射用と狭帯域光照射用の照明系をまとめて描いているが、実際には白色光照射用、狭帯域光照射用で二系統、計四系統の照明系が配設されている。白色光照射用と狭帯域光照射用でそれぞれ一つの照明系とし、照明窓も二つにした二灯式であってもよい。

ＣＣＤ３３は、観察窓３０、対物光学系３２を経由した被検体内の被観察部位の像が撮像面に入射するように配置されている。撮像面には複数の色セグメントからなるカラーフィルタ、例えば、図４に示すベイヤー配列（Ｒ−赤、Ｇ−緑、Ｂ−青）の原色カラーフィルタ３６が形成されている。原色カラーフィルタ３６の分光透過率、および画素自体の分光感度によって、ＣＣＤ３３のＲＧＢ各画素の分光感度特性は図５に示すようになる。Ｒ画素は６５０ｎｍ近傍、Ｇ画素は５５０ｎｍ近傍、Ｂ画素は４５０ｎｍ近傍の波長の光にそれぞれ感度を有する。ＲＧＢ各画素の感度は幾つかの波長帯域でオーバーラップしており、例えばＢ画素とＧ画素はともに、４５０ｎｍ〜５３０ｎｍの波長帯域に感度を有する。

図２において、アナログ信号処理回路（以下、ＡＦＥと略す）３７は、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳと略す）、自動ゲイン制御回路（以下、ＡＧＣと略す）、およびアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ３３から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ３３で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズ除去が行われた撮像信号を、プロセッサ装置１１から指定されるゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を所定のビット数のデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄでデジタル化された撮像信号は、伝送ケーブルを介してプロセッサ装置１１の画像処理回路４９に入力される。

ＣＣＤ駆動回路３８は、ＣＣＤ３３の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）とＡＦＥ３７用の同期パルスとを発生する。ＣＣＤ３３は、ＣＣＤ駆動回路３８からの駆動パルスに応じて撮像動作を行い、撮像信号を出力する。ＡＦＥ３７の各部は、ＣＣＤ駆動回路３８からの同期パルスに基づいて動作する。

ＣＰＵ３９は、電子内視鏡１０とプロセッサ装置１１とが接続された後、プロセッサ装置１１のＣＰＵ４５からの動作開始指示に基づいて、ＣＣＤ駆動回路３８を駆動させるとともに、ＣＣＤ駆動回路３８を介してＡＦＥ３７のＡＧＣのゲインを調整する。

ＣＰＵ４５は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ４５は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ４６には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ４５は、ＲＯＭ４６から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ４７に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ４５は、検査日時、患者や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、プロセッサ装置１１の操作パネルやＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ４７に記憶する。

操作部４８は、プロセッサ装置１１の筐体に設けられる操作パネル、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ４５は、操作部４８、および電子内視鏡１０の操作部１４にあるレリーズボタンやモード切替スイッチ１９等からの操作入力信号に応じて、各部を動作させる。

画像処理回路４９は、電子内視鏡１０から入力された撮像信号に対して、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、画像強調、画像用ノイズリダクション、色変換等の各種画像処理を施す他、後述する血液量および酸素飽和度の算出を行う。

表示制御回路５０は、ＣＰＵ４５からＲＯＭ４６およびＲＡＭ４７のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、観察画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは患者や術者、現在選択されている観察モード等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）等がある。表示制御回路５０は、画像処理回路４９からの画像に対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ１８の表示画面への描画処理等の各種表示制御処理を施す。

表示制御回路５０は、画像処理回路４９からの画像を一時的に格納するフレームメモリを有する。表示制御回路５０は、フレームメモリから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ１８の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ１８に観察画像が表示される。

プロセッサ装置１１には、上記の他にも、画像に所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、圧縮された画像をＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ４５と接続されている。

光源装置１２は、第一半導体レーザ光源５５および第二半導体レーザ光源５６を有する。各光源５５、５６は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系、ＩｎＧａＮＡｓ系、あるいはＧａＮＡｓ系の半導体レーザダイオードである。図６に示すように、第一半導体レーザ光源５５は、ライトガイド３４ａ、３４ｄの出射端に配された波長変換部材４１を励起発光させるための励起光、例えば中心波長４４５ｎｍの青色の励起光Ｌ１を発する。一方第二半導体レーザ光源５６は、血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を算出するための狭帯域光、例えば波長帯域が４７０±１０ｎｍに、好ましくは４７３ｎｍに制限された狭帯域光Ｌ２（第一測定光）を発する。

各光源５５、５６は、光源ドライバ５７、５８によってそれぞれ駆動される。集光レンズ５９、６０は、各光源５５、５６から発せられた各光を集光して、各光源５５、５６の出射端側に配された二本のライトガイド６１、６２に導光する。ライトガイド６１、６２は合波器であるコンバイナ６３に接続し、コンバイナ６３は分波器であるカプラー６４に接続している。ライトガイド６１、６２からの光は、コンバイナ６３およびカプラー６４を介して四本のライトガイド３４ａ〜３４ｄに分波される。集光レンズ５９、６０とライトガイド６１、６２の間には、ライトガイド６１、６２の入射端に入射させる光の光量を調節するための可動絞り６５、６６が設けられている。なお、コンバイナ６３やカプラー６４を設けるのではなく、各光源５５、５６からの光を直接ライトガイド３４ａ〜３４ｄに入射させる構成としてもよい。

ライトガイド３４ａ、３４ｄと照明レンズ３５ａ、３５ｄの間に配された波長変換部材４１は、第一半導体レーザ光源５５からの青色の励起光Ｌ１の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体が分散配置、または表面に塗布されたガラスである。この波長変換部材４１で励起発光する緑色〜黄色の蛍光（図６にＬ３で示す）と蛍光体の励起発光に寄与しない青色の励起光Ｌ１とが合波されて白色光が生成され、照明窓３１ａ、３１ｄを通して被観察部位に照射される。この白色光の赤色波長帯域の光が血液量を求めるための第二測定光として用いられ、緑色波長帯域の光が参照光として用いられる。なお、蛍光体としては、例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光物質が用いられ、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。

図５の分光感度特性より、中心波長４４５ｎｍの励起光Ｌ１の反射光にはＢ画素のみが感応する。中心波長４７３ｎｍの狭帯域光Ｌ２の反射光には、Ｂ画素およびＧ画素が感応する。蛍光Ｌ３は概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍのブロードな光であるため、ＲＧＢ全ての画素が感応する。

光源装置１２のＣＰＵ６７は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ４５と通信し、光源ドライバ５７、５８を介して各光源５５、５６の各レーザ光の点消灯制御および可動絞り６５、６６による光量制御を各光源５５、５６および各可動絞り６５、６６別に行う。

通常観察モードが選択された場合、ＣＰＵ４５は、ＣＰＵ６７を介して光源ドライバ５７の駆動を制御して、第一半導体レーザ光源５５のみを点灯させる。被観察部位に照射される照明光は第一半導体レーザ光源５５からの中心波長４４５ｎｍの励起光Ｌ１と波長変換部材４１からの蛍光Ｌ３が混合された白色光のみとなる。

機能情報観察モードが選択された場合は、ＣＰＵ４５は、ＣＰＵ６７を介して光源ドライバ５７、５８の駆動を制御して、図７に示すように各光源５５、５６を点灯させる。すなわち、各光源５５、５６のうちの一方を点灯させているときは他方を消灯させる。そしてこの点消灯動作をＣＣＤ３３の蓄積・読出期間単位で繰り返す。被観察部位に照射される照明光は、白色光Ｌ１＋Ｌ３、または狭帯域光Ｌ２となる。なお、ＣＣＤ３３の蓄積期間だけ各光源５５、５６のいずれかを点灯し、続く読出期間から次の蓄積期間まで該光源を消灯させてもよい。

図８において、画像処理回路４９には、血液情報算出部７０が設けられている。血液情報算出部７０は、機能情報観察モードで被観察部位に白色光および狭帯域光を交互に照射してその反射光を撮像した連続する二組の画像Ｐ１、Ｐ２（図７参照、Ｐ１＝第一画像、Ｐ２＝第二画像）に基づき、血管中のヘモグロビンの酸素飽和度と血液量を算出する。

血液情報算出部７０は、機能情報観察モードで被観察部位に白色光および狭帯域光を照射して得た連続する二組の画像Ｐ１、Ｐ２をそれぞれ一時的に記憶するフレームメモリ（図示せず）を有する。血液情報算出部７０は、フレームメモリから各画像Ｐ１、Ｐ２を読み出し、各画像Ｐ１、Ｐ２の画素値を用いた種々の演算、例えば各画像Ｐ１、Ｐ２間の画素値の比をとる。なお、各画像Ｐ１、Ｐ２の全体ではなく、各画像Ｐ１、Ｐ２中の血管領域に対してのみ比を算出してもよい。この場合は血液情報算出部７０の前段でＡＦＥ３７から入力される画像を解析し、例えば血管部分とそれ以外の部分の輝度値の差を参照することで血管が映し出された領域を特定し、特定した血管領域の情報を画像とともに血液情報算出部７０に出力する。

白色光を照射して得られた第一画像Ｐ１と、続いて狭帯域光を照射して得られた第二画像Ｐ２の画素値の比を用いて酸素飽和度と血液量を算出する場合、血液情報算出部７０は、同じ位置にある第二画像Ｐ２のＢ画素値ｂ２（第一画素値）と第一画像Ｐ１のＧ画素値ｇ１（第三画素値）の比ｂ２／ｇ１（第一信号比）、および同じ位置にある第一画像Ｐ１のＲ画素値ｒ１（第二画素値）とＧ画素値ｇ１（第三画素値）の比ｒ１／ｇ１（第二信号比）を算出し、参照情報７１に基づいて酸素飽和度および血液量を算出する。

参照情報７１は、例えばＲＯＭ４６や画像処理回路４９のメモリ内に予め記憶されており、図９に示すような各信号比と酸素飽和度および血液量の相関関係を関数あるいはデータテーブルの形式でもつ。各信号比と酸素飽和度および血液量の関係は実験等で予め求められる。血液量は第二信号比であるｒ１／ｇ１（ｌｏｇスケール）と相関関係があり、比ｒ１／ｇ１が大きい程血液量も多くなる。一方、酸素飽和度は、第一信号比ｂ２／ｇ１と第二信号比ｒ１／ｇ１を縦横軸とする二次元空間上に張り巡らされた複数本の等高線で表される。等高線は、比ｒ１／ｇ１すなわち血液量が多くなるに連れてその幅が広くなっている。

各信号比と酸素飽和度および血液量の相関関係は、図１０に示す酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２と還元ヘモグロビンＨｂの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。狭帯域光Ｌ２の波長帯域である４７３ｎｍのように、酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２と還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数の差が大きい波長の光を照射して得た信号からは酸素飽和度の情報を取り易い。しかしながら該信号は酸素飽和度だけでなく血液量にも依存度が高い。

図１０から以下の二つのことが言える。
・波長４７０ｎｍ近辺（例えば、中心波長４７０ｎｍ±１０ｎｍの青色の波長帯域）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。
・５９０〜７００ｎｍの赤色の波長帯域では、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。

こうした知見を踏まえて、機能情報観察モードにおいては、第一測定光として青色波長帯域の狭帯域光Ｌ２を用い、狭帯域光Ｌ２に対応する第二画像Ｐ２のＢ画素値ｂ２を取得し、白色光のうち主として血液量に依存して変化する赤色波長帯域の光を第二測定光として用い、赤色波長帯域の光に対応する第一画像Ｐ１のＲ画素値ｒ１を取得する。そして、酸素飽和度と血液量の両方に依存性を示す第一信号比ｂ２／ｇ１と、血液量のみ依存性を示す第二信号比ｒ１／ｇ１の二つの信号比を用いて、血液量の影響を除去した酸素飽和度を正確に求めている。

血液情報算出部７０は、算出した各信号比を関数に代入して演算したりデータテーブルを検索したりして、当該信号比に対応する酸素飽和度および血液量を参照情報７１から求める。血液量については、算出した比ｒ１＊／ｇ１＊がそのまま血液量となる。酸素飽和度は、算出した比ｂ２＊／ｇ１＊および比ｒ１＊／ｇ１＊に対応する点Ｐと交わる等高線の値（本例では６０％）が採用される。比ｂ２＊／ｇ１＊および比ｒ１＊／ｇ１＊に対応する点が酸素飽和度＝０％限界の下限ラインｌｍｉｎよりも上方に位置するとき（点Ｐ’）には酸素飽和度を０％とし、酸素飽和度＝１００％限界の上限ラインｌｍａｘよりも下方に位置するとき（点Ｐ’’）には酸素飽和度を１００％とする。あるいは、いずれの場合もその画素の酸素飽和度の算出を行わない。血液情報算出部７０は、これら血液量および酸素飽和度の算出結果を画像生成部７２に出力する。

画像生成部７２は、血液情報算出部７０の算出結果を擬似カラー表示するためのカラーマップ７３に基づき、算出結果を反映させた血液量画像および酸素飽和度画像を生成する。

図１１に示すように、モニタ１８に出力されるビデオ信号は、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒから構成される。血液量画像は、第一画像Ｐ１のＧ画素値ｇ１を輝度信号Ｙに、算出した血液量を色差信号Ｃｂ、Ｃｒにそれぞれ割り当てることによって生成される。第一画像Ｐ１のＧ画素値ｇ１は、ヘモグロビンによる吸収がやや強い波長帯域の反射光に対応しているので、該画素値に基づく画像からは粘膜の凹凸や血管等を視認することができる。従って、Ｇ画素値ｇ１を輝度信号Ｙに割り当てることで、血液量画像の全体的な明るさを定義することができる。

色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、図１２の（Ａ）に示すカラーマップ７３ａに従って、血液量に応じた信号値が割り当てられる。カラーマップ７３ａは、色差信号Ｃｂについては血液量が大きくなるほど信号値が低下するように定義され、色差信号Ｃｒについては血液量が大きくなるほど信号値が増加するように定義されている。従って、血液量画像は、血液量が多いところでは赤味が増加し、血液量が低くなるにつれて赤味の彩度が下がりモノクロに近づいていく。

図１１において、酸素飽和度画像は、血液量画像と同様に、Ｇ画素値ｇ１を輝度信号Ｙに、算出した酸素飽和度を色差信号Ｃｂ、Ｃｒにそれぞれ割り当てることによって生成される。

色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、図１２の（Ｂ）に示すカラーマップ７３ｂに従い、酸素飽和度に応じた信号値が割り当てられる。カラーマップ７３ｂは、高酸素飽和度下では色差信号Ｃｒの信号値が正、色差信号Ｃｂの信号値が負となるように定義され、低酸素飽和度下では、反対に色差信号Ｃｒの信号値が負、色差信号Ｃｂの信号値が正となるように定義されている。そして、中酸素飽和度下において、色差信号Ｃｒの信号値と色差信号Ｃｂの信号値の大小関係が逆転するように定義されている。従って、酸素飽和度が低い方から高くなるに連れて色味が青→水色→緑→黄→橙→赤と変化する。これに加えて、血液量や酸素飽和度の具体的な数値を文字情報として画像に重畳表示してもよい。

表示制御回路５０は、画像生成部７２で生成された血液量画像および酸素飽和度画像をモニタ１８に単独、または並べて表示させる。これら単独表示、並列表示を、術者の操作または一定時間毎に自動的に切り替えてもよい。各画像の比較が容易になり、酸素飽和度と血液量の両方に特徴を有する未分化型早期胃癌等の病変部に対する診断能を向上させることができ、診断をスムーズに進めることができる。

通常観察モードから機能情報観察モードに切り替えられたとき、ＣＰＵ４５は、図１３に示すメッセージウィンドウ８０をモニタ１８に表示させる。メッセージウィンドウ８０には、例えば「正常な被観察部位でプレ撮影を実行して下さい。」といった、電子内視鏡１０の視野全体に病変部のない正常な被観察部位を位置させた状態で酸素飽和度を算出するプレ撮影の実行を促すメッセージが表示される。

メッセージウィンドウ８０が表示されたことを受けて、術者はモニタ１８に映る画像を観察して正常な被観察部位と思われる箇所に電子内視鏡１０の視野を移動させる。その後操作部４８を操作してプレ撮影の開始を指示する。プレ撮影の開始を指示するまでは照明光は白色光のままである。なお、正常な被観察部位は、これから血液量や酸素飽和度を算出しようとする病変部がある臓器内で探索する。

プレ撮影の開始が指示されてはじめて照明光が白色光から狭帯域光に切り替わり、図７で示したようにＣＣＤ３３で白色光と狭帯域光の反射光を連続的に撮像する。血液情報算出部７０は、図９に示すデフォルトの参照情報７１を用いてプレ撮影開始後の複数フレーム分の画像の酸素飽和度を算出し、その情報を設定変更部７４に出力する。

設定変更部７４は、血液情報算出部７０から送られた情報を元に、各フレームの酸素飽和度の平均値を求め、さらに求めた平均値を足してフレーム数で割って複数フレーム全体の酸素飽和度の平均値ＳＴＯ_ａｖｅを求める。そして、平均値ＳＴＯ_ａｖｅと予め設定された基準値ＳＴＯ_ｓｔとの差分Δを求める。基準値ＳＴＯ_ｓｔは、口から肛門までの消化管の正常な粘膜が示す酸素飽和度の典型的な値（７０％）である。

平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δが０（ＳＴＯ_ａｖｅ＝ＳＴＯ_ｓｔ）の場合、設定変更部７４は何もしない。

平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δが負（ＳＴＯ_ａｖｅ−ＳＴＯ_ｓｔ＜０、すなわちＳＴＯ_ａｖｅ＜ＳＴＯ_ｓｔ）の場合は、図１４に一点鎖線で示すように、平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔのずれが解消してＳＴＯ_ａｖｅ＝ＳＴＯ_ｓｔとなるよう、細線で示すデフォルトの参照情報７１を縦軸に沿って上方に平行移動させる。また、平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δが正（ＳＴＯ_ａｖｅ−ＳＴＯ_ｓｔ＞０、すなわちＳＴＯ_ａｖｅ＞ＳＴＯ_ｓｔ）の場合は、二点鎖線で示すように、同様に平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔのずれが解消するよう、デフォルトの参照情報７１を縦軸に沿って下方に平行移動させる。平行移動の量は、血液量をある値（例えば中間値）に固定した場合の参照情報７１上における平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δの大きさに応じて調整する（図９参照）。当然ながら差が大きい程平行移動の量も多くなる。設定変更部７４は、変更した参照情報７１をデフォルトの参照情報７１とは別に記憶させる。

なお、酸素飽和度とともに血液量とその平均値も算出し、血液量を平均値とした場合の参照情報７１上における平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分を求めてもよい。参照情報７１の酸素飽和度の等高線は血液量によって幅が広くなったり狭くなったりするため、血液量も加味して差分を求めればより正確となり好ましい。

機能情報観察モードでは、プレ撮影で設定変更部７４にて上述の処理を実行した後、本撮影に移行する。平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δが０（ＳＴＯ_ａｖｅ＝ＳＴＯ_ｓｔ）の場合、血液情報算出部７０は、本撮影でも引き続き図９に示すデフォルトの参照情報７１を用いて酸素飽和度と血液量を算出する。それ以外の場合は、デフォルトの参照情報７１に代えて、設定変更部７４で変更した参照情報７１を用いて酸素飽和度と血液量を算出する。

次に、上記のように構成された電子内視鏡システム２の作用について説明する。電子内視鏡１０で被検体内を観察する際、術者は、操作部４８を操作して、被検体に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。検査開始を指示した後、術者は、電子内視鏡１０の挿入部１３を被検体内に挿入し、光源装置１２からの照明光で被検体内を照明しながら、ＣＣＤ３３による被検体内の観察画像をモニタ１８で観察する。

ＣＣＤ３３から出力された撮像信号は、ＡＦＥ３７の各部で各種処理を施された後、画像処理回路４９に入力される。画像処理回路４９では、入力された撮像信号に対して各種画像処理が施され、画像が生成される。画像処理回路４９で処理された画像は、表示制御回路５０に入力される。表示制御回路５０では、グラフィックデータに応じて各種表示制御処理が実行される。これにより、観察画像がモニタ１８に表示される。

電子内視鏡システム２で検査を行うときには、観察対象に応じて観察モードが切り替えられる。電子内視鏡１０の挿入部１３を被検体内に挿入する際には通常観察モードを選択して、白色光を照射して得られた画像を観察して広い視野を確保しつつ挿入作業を行う。詳細な観察が必要な病変が発見され、その病変の酸素飽和度や血液量を取得する際には、機能情報観察モードを実行に移し、病変に白色光および狭帯域光を交互に照明して得られた血液量画像および酸素飽和度画像を観察する。そして、必要に応じて電子内視鏡１０に装備されたレリーズボタンを操作して静止画像を取得したり、病変に処置が必要な場合は電子内視鏡１０の鉗子チャンネルに各種処置具を挿通させて、病変の切除や投薬等の処置を施す。

通常観察モードの場合は、ＣＰＵ４５の指令の下にＣＰＵ６７により第一半導体レーザ光源５５が点灯されて、照明窓３１ａ、３１ｄから被観察部位に白色光が照射される。

一方、図１５のステップ１０（Ｓ１０）に示すように、モード切替スイッチ１９が操作されて機能情報観察モードが選択されると、表示制御回路５０によってプレ撮影の実行を促すメッセージウィンドウ８０がモニタ１８に表示される（Ｓ１１）。術者は正常な被観察部位に電子内視鏡１０の視野を移動させてプレ撮影の開始を指示する（Ｓ１２でＹＥＳ）。プレ撮影の開始指示がなされると、各光源５５、５６のうちの一方が点灯されているときは他方が点灯され、これがＣＣＤ３３の蓄積・読出期間単位で繰り返されるようＣＰＵ６７により各光源５５、５６が駆動制御される。ＣＣＤ３３では白色光Ｌ１＋Ｌ３、または狭帯域光Ｌ２による反射光が撮像されて、第一画像Ｐ１、または第二画像Ｐ２が交互に出力される（Ｓ１３）。

画像処理回路４９では、血液情報算出部７０で第一、第二画像Ｐ１、Ｐ２の画素値の比が算出され、デフォルトの参照情報７１を元に酸素飽和度が算出される（Ｓ１４）。これらＳ１３の撮像とＳ１４の酸素飽和度の算出が複数フレーム分繰り返される（Ｓ１５でＮＯ）。

酸素飽和度の算出結果は、血液情報算出部７０から設定変更部７４に出力される。そして、設定変更部７４で複数フレーム全体の酸素飽和度の平均値ＳＴＯ_ａｖｅが算出され（Ｓ１６）、さらに平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔとの差分Δが求められる（Ｓ１７）。平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δが０の場合（ＳＴＯ_ａｖｅ＝ＳＴＯ_ｓｔ、Ｓ１８でＹＥＳ）は、続く本撮影で血液情報算出部７０にてデフォルトの参照情報７１で酸素飽和度と血液量が算出される（Ｓ１９）。一方、平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δが０でない場合（ＳＴＯ_ａｖｅ＜ＳＴＯ_ｓｔまたはＳＴＯ_ａｖｅ＞ＳＴＯ_ｓｔ、Ｓ１８でＮＯ）、設定変更部７４により平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔとのずれが解消されるよう設定変更部７４により参照情報７１が変更される（Ｓ２０）。本撮影では、変更された参照情報７１で酸素飽和度と血液量が算出される（Ｓ２１）。

酸素飽和度と血液量の算出結果は、画像生成部７２で酸素飽和度画像と血液量画像に画像化されてモニタ１８に表示される（Ｓ２２）。上記一連のＳ１９またはＳ２１、Ｓ２２の処理は、モード切替スイッチ１９が操作されて通常観察モードが選択される等して機能情報観察モードが終了される（Ｓ２３でＹＥＳ）まで続行される。

以上説明したように、本発明は、正常な被観察部位の酸素飽和度平均値ＳＴＯ_ａｖｅを得て、この値と基準値ＳＴＯ_ｓｔが一致しない場合はそのずれが解消するよう参照情報７１を変更し、変更した参照情報７１で酸素飽和度を算出するので、患者の個体差等の影響を受けることなく常に正確で再現性ある酸素飽和度の情報を得ることができる。このため酸素飽和度画像による診断の信頼性が増し、癌組織の早期発見といった医療の進歩に貢献することができる。

上記実施形態では、基準値ＳＴＯ_ｓｔを一つの値としているが、食道、胃等の消化管の部位毎に基準値ＳＴＯ_ｓｔを設定、記憶しておいてもよい。基準値ＳＴＯ_ｓｔを一つの値とするよりも、部位毎に細かく基準値ＳＴＯ_ｓｔを設定することで、酸素飽和度の算出結果の信頼性をより高めることができる。なお、この場合はプレ撮影の開始を指示する際に操作部４８等を介して術者に現在観察している部位を入力させ、その操作入力信号に応じて基準値ＳＴＯ_ｓｔを切り替える。あるいは以下に説明するように、部位を入力する手間を省くため、被観察部位の解剖学的部位を自動的に検出して、その結果に応じて基準値ＳＴＯ_ｓｔを切り替えてもよい。

被観察部位の解剖学的部位を自動的に検出する方法としては、血液量の指標である第一画像Ｐ１のＲ画素値ｒ１とＧ画素値ｇ１の比ｒ１／ｇ１と閾値の比較による方法がある。消化管の各部位の血液量は、例えば食道は比較的少なく、胃は比較的多く、大腸はそれらの中間の値を示す。設定変更部７４は、血液情報算出部７０から送られた比ｒ１／ｇ１と各部位を区別するために予め設定された閾値の大小の比較結果に基づき、現在観察している部位を特定する。そして、特定した部位に応じた基準値ＳＴＯ_ｓｔに切り替えたうえで平均値ＳＴＯ_ａｖｅとの差分を算出する。つまりこの場合設定変更部７４は部位検出手段の機能を担う。

他の方法としては、周知の画像認識技術を利用することも考えられる。画像認識には、例えば食道と胃のつなぎ目で、特異な形状を有する噴門をパターン認識する、あるいは画像に映し出される暗部の面積が食道から噴門は小、胃に入ったときに大となることを利用して、暗部の面積と閾値とを比較するといった方法が挙げられる。検査中の被検体をＣＴ撮影して電子内視鏡１０の先端１７の体内位置を検出したり、先端１７にｐＨセンサを設けてｐＨの違いによって部位を認識する等、被観察部位が分かる方法であれば上記に挙げた方法以外のものを採用してよい。

上記実施形態では、機能情報観察モードを選択したときに術者にプレ撮影を実施させているが、通常観察モード、機能情報観察モードに関わらず操作部４８等を介した術者の指示により任意のタイミングでプレ撮影を開始してもよい。

また、プレ撮影の開始を術者に指示させるのではなく、自動化してもよい。この場合、例えば図１６に示すように、上記実施形態と同様に機能情報観察モードを選択したとき（Ｓ３０）に術者の指示を待たずに自動的にプレ撮影を開始し、複数フレーム分の酸素飽和度の平均値ＳＴＯ_ａｖｅを得る（Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３でＹＥＳ、Ｓ３４）。

そして、平均値ＳＴＯ_ａｖｅが予め設定された閾値の範囲内に収まっているか否かを設定変更部７４にて判定する（Ｓ３５）。つまりこの場合設定変更部７４は判定手段として機能する。閾値の範囲は例えば酸素飽和度５０％以上９０％以下とする。平均値ＳＴＯ_ａｖｅが閾値の範囲内であった場合（Ｓ３５でＹＥＳ）は、電子内視鏡１０の視野全体に病変部のない正常な被観察部位が位置していたと判断し、上記実施形態のＳ１７以降の処理を続行する。

一方、平均値ＳＴＯ_ａｖｅが閾値の範囲外であった場合（Ｓ３５でＮＯ）は病変部が映っていたと判断する。この場合は上記実施形態と同様にメッセージウィンドウ８０をモニタ１８に表示させ（Ｓ３６）、電子内視鏡１０の視野全体に正常な被観察部位を位置させるよう術者に促し、術者からプレ撮影の開始指示があったら（Ｓ３７でＹＥＳ）、Ｓ３１に戻って再びプレ撮影を実施する。平均値ＳＴＯ_ａｖｅが閾値の範囲内であった場合は術者がプレ撮影の開始を指示する手間を省くことができる。

なお、正常な被観察部位か否かを判断する方法としては、上記の酸素飽和度の他にも種々考えられる。例えば青色波長帯域の狭帯域光（上記実施形態の中心波長４７３ｎｍの狭帯域光Ｌ２等）を照射して得られた粘膜表層の血管強調画像（血管走行の可視像）を解析することで判断してもよい。具体的には粘膜表層の血管の枝分かれ本数から血管の密集度を求め、密集度が比較的高い場合は癌組織周辺の新生血管を映していると判断し、密集度が比較的低い場合は正常な被観察部位を映していると判断する。

上記実施形態では、プレ撮影で得た画像フレームの全領域の酸素飽和度の平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出しているが、平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域を限定してもよい。例えば、血液情報算出部７０にて、画像内で極端に明るい領域または極端に暗い領域を、平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域としては不適と判断して排除し、排除した領域以外の酸素飽和度の情報を設定変更部７４に出力する。画素値の階調が１０ｂｉｔで表現されている場合は、画素値が３０〜７００の範囲以外を排除する。

または、血液量の指標である第一画像Ｐ１のＲ画素値ｒ１とＧ画素値ｇ１の比ｒ１／ｇ１がある閾値よりも大きく、血液量が比較的多い領域のみを平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域としてもよい。よく知られているように癌組織は血流が不足するため、血液量が比較的多い領域を選べば正常な被観察部位である可能性が高くなる。このため比ｒ１／ｇ１が閾値以下の領域は正常な被観察部位ではない確率が高いと判断して、平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域から排除する。

あるいは、第二画像Ｐ２のＢ画素値ｂ２と第一画像Ｐ１のＧ画素値ｇ１の比ｂ２／ｇ１がある閾値よりも大きい領域のみを平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域としても可である。癌組織周辺の新生血管を映していた場合は血管の密集度が比較的高くなり、比ｂ２／ｇ１は比較的小さくなる。このため比ｂ２／ｇ１が閾値以下の領域は癌組織周辺の新生血管が映っている確率が高いと判断して、平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域から排除する。いずれの方法にしても、全領域の酸素飽和度の平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する場合と比べて処理を高速化することができ、プレ撮影から本撮影に移行するまでの時間を短縮することができる。

図１７に示すように、上記の如く選別した平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域を酸素飽和度画像上で色付きの網掛けで囲む等して識別可能に表示してもよい。選別した領域が妥当なものかどうかを目視により確認することができる。また、平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域を術者が指定してもよく、例えば画像中央部分等に平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域を固定してもよい。

検査後の検証のためにプレ撮影で得た画像および算出した酸素飽和度や選別した平均値ＳＴＯ_ａｖｅを算出する領域の情報を記憶しておいてもよい。

上記実施形態ではデフォルトの参照情報をその都度設定変更しているが、デフォルトの参照情報に加えて、これを変更した参照情報を複数予め用意しておき、平均値ＳＴＯ_ａｖｅと基準値ＳＴＯ_ｓｔの差分Δの算出結果に応じて複数用意した中から選択するよう構成してもよい。

平均値ＳＴＯ_ａｖｅを患者毎または患者の臓器毎に記憶・管理してもよい。こうすればプレ撮影を実施しなくとも過去の直近の検査で得た平均値ＳＴＯ_ａｖｅを記憶先から読み出して用いれば上記実施形態と同様の処理を行うことができ、プレ撮影を実施する手間とプレ撮影に掛かる時間を省くことができる。

なお、本発明に係る内視鏡システムは、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、撮像素子としてＣＣＤ３３の代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。

上記実施形態では酸素飽和度に加えて血液量も算出しているが、本発明はこれに限定されない。特許文献２（特開平０６−３１５４７７号公報）のように酸素飽和度のみを算出するシステムに適用することももちろん可能である。また、特開２０１１−０９２６９０号公報のように、酸素飽和度の情報とともに血管深さの情報も同時に得るシステムについても本発明は適用可能である。要するに、何らかの参照情報に基づいて酸素飽和度を算出するシステムであれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

酸素飽和度の算出に加えて、中心波長４０５ｎｍ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、７８０ｎｍ等の狭帯域光を照射して、粘膜表層、中層、深層の各血管強調画像を得たり、あるいは生体組織に蛍光物質を注入して励起光を照射し、被観察部位からの蛍光を観察したり、さらには生体組織の自家蛍光を観察する特殊光観察機能を実行可能な構成としてもよい。

血液量×酸素飽和度（％）から求まる酸化ヘモグロビンインデックス、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等を算出してもよい。

上記実施形態では、白色光用と狭帯域光用の第一、第二半導体レーザ光源５５、５６を用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長帯の青色〜赤色までのブロードな波長の白色光を発生するキセノンランプやハロゲンランプ、白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等の白色光源と、入射光のうちの特定の波長帯域の光を選択的に透過させ、且つ透過させる光の波長帯域を変更可能な波長可変素子を組み合わせてもよい。

波長可変素子には、圧電素子等のアクチュエータを駆動することにより、二枚の高反射光フィルタからなる基板の面間隔を変更し、以て透過光の波長帯域を制御するエタロン、あるいは偏光フィルタ間に複屈折フィルタとネマティック液晶セルを挟んで構成され、液晶セルへの印加電圧を変更することで透過光の波長帯域を制御する液晶チューナブルフィルタを用いる。この場合、白色光源と白色光を電子内視鏡の先端に導光するライトガイドの入射端の間、またはライトガイドの出射端側に波長可変素子を設ける。あるいは照明光学系ではなく、被観察部位の像を取り込む対物光学系、例えば観察窓の背後やＣＣＤの撮像面上に波長可変素子を配置する。

また、モノクロ撮像素子と、白色光源と、白色光の光路に配置され、複数の干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）を組み合わせたロータリーフィルタとを用いてもよい。例えば図１８に示すロータリーフィルタ９０を用いる。ロータリーフィルタ９０は、外周部９０ａと内周部９０ｂとに分れた二重円構造であり、外周部９０ａは白色光のうちの赤色、緑色、青色波長帯域が透過するＲ、Ｇ、Ｂフィルタ部からなり、内周部９０ｂは、Ｒ、Ｇフィルタ部は外周部９０ａと共通で、外周部９０ａのＢフィルタ部と同じ扇形領域が白色光のうちの４７０ｎｍ±１０ｎｍの光（上記実施形態の狭帯域光Ｌ２）を透過するフィルタ部となっている。

ロータリーフィルタ９０は、図示しないシフト機構によって外周部９０ａと内周部９０ｂを選択的に白色光の光路上に配置することが可能である。通常観察モードでは外周部９０ａが白色光の光路上に配置され、ＲＧＢの各フィルタ部によりＲＧＢの各光が被観察部位に順次照射される。そして、モノクロ撮像素子でそれらの反射光が撮像され、ＲＧＢ各光を照射して得た三つの画像から一つの通常観察用の画像が生成される。機能情報観察モードでは内周部９０ｂが白色光の光路上に配置され、ＲＧの各フィルタ部と狭帯域光Ｌ２のフィルタ部によりＲＧ光と狭帯域光Ｌ２が順次照射される。この場合はＲ光が第二測定光、Ｇ光が参照光となり、モノクロ撮像素子から出力された狭帯域光Ｌ２、Ｒ光、Ｇ光を照射して得たそれぞれの画像の画素値が第一〜第三画素値となる。なお、ロータリーフィルタは二重円構造でなく、複数の扇形状のフィルタ部を並べた構造であってもよいし、ロータリーフィルタを二枚以上用意してシフト機構で切り替えてもよい。

上記実施形態では、ＣＣＤのカラーフィルタやロータリーフィルタのフィルタ部をＲＧＢの原色系としているが、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）の補色系のフィルタを使用してもよい。

上記実施形態では電子内視鏡を例示したが、本発明はこれに限らず、イメージガイドを用いたファイバスコープや、撮像素子と超音波トランスデューサが先端に内蔵された超音波内視鏡等、他の形態の内視鏡にも適用することができる。

２ 電子内視鏡システム
１０ 電子内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２ 光源装置
１８ モニタ
１９ モード切替スイッチ
３３ ＣＣＤ
３４ａ〜３４ｄ ライトガイド
３９、４５、６７ ＣＰＵ
４１ 波長変換部材
４９ 画像処理回路
５０ 表示制御回路
５５、５６ 第一、第二半導体レーザ光源
７０ 血液情報算出部
７１ 参照情報
７４ 設定変更部
８０ メッセージウィンドウ

Claims (26)

1. 生体組織に存在する血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための第一測定光を被検体の被観察部位に照射する照射手段と、
   第一測定光の被観察部位からの反射光を撮像して第一画素値を出力する撮像素子と、
   第一画素値と酸素飽和度の相関関係を規定する参照情報を記憶する記憶手段と、
   参照情報に基づき第一画素値に応じた酸素飽和度を算出する算出手段と、
   被観察部位の性状に応じて参照情報を変更する設定変更手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 病変が存在しない正常な被観察部位に照射された第一測定光に対応する第一画素値とデフォルトの参照情報とに基づき、正常な被観察部位の酸素飽和度の実測値を得るプレ撮影を実行するモードを有し、
   前記設定変更手段は、プレ撮影により得られた酸素飽和度の実測値と予め設定された酸素飽和度の基準値との差に応じて、デフォルトの参照情報を変更することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. プレ撮影では画像を複数フレーム撮影し、複数フレーム分の画像の酸素飽和度の平均値を実測値とすることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 酸素飽和度の基準値は、一つの値が設定されることを特徴とする請求項２または３に記載の内視鏡システム。
5. 酸素飽和度の基準値は、解剖学的部位に応じた複数の値が設定されることを特徴とする請求項２または３に記載の内視鏡システム。
6. 被観察部位の解剖学的部位を入力する操作入力手段を備え、
   前記設定変更手段は、前記操作入力手段からの操作入力信号に応じて基準値の設定を変更することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。
7. 前記撮像素子から出力された画素値に基づき、被観察部位の解剖学的部位を検出する部位検出手段を備え、
   前記設定変更手段は、前記部位検出手段の検出結果に応じて基準値の設定を変更することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。
8. 前記部位検出手段は、血液量の多寡に基づき、被観察部位の解剖学的部位を特定することを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
9. 前記算出手段は、プレ撮影で得た画像の全領域について酸素飽和度を算出することを特徴とする請求項２ないし８のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
10. 前記算出手段は、プレ撮影で得た画像の限定された領域について酸素飽和度を算出することを特徴とする請求項２ないし８のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
11. 前記撮像素子から出力された画素値に基づき、プレ撮影で前記算出手段が酸素飽和度を算出する画像の領域を選定する領域選定手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡システム。
12. 前記領域選定手段は、画像内で極端に明るい領域または極端に暗い領域以外を、酸素飽和度を算出する領域として選定することを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡システム。
13. 前記領域選定手段は、血液量が閾値よりも多い領域を、酸素飽和度を算出する領域として選定することを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡システム。
14. 前記領域選定手段は、血管の密集度が閾値よりも低い領域を、酸素飽和度を算出する領域として選定することを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡システム。
15. 前記領域選定手段で選定した領域を表示手段に表示することを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
16. 前記撮像素子の視野全体に正常な被観察部位を位置させてプレ撮影を実施することを促すメッセージを表示手段に表示した後、プレ撮影の開始を指示する操作入力に応じてプレ撮影を開始することを特徴とする請求項２ないし１５のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
17. プレ撮影で得られた酸素飽和度の実測値が許容範囲内に収まっているか否かを判定する判定手段を備え、
    酸素飽和度の実測値が許容範囲内に収まっていた場合は以降の参照情報を変更する処理を続行し、
    収まっていない場合は前記撮像素子の視野全体に正常な被観察部位を位置させてプレ撮影を実施することを促すメッセージを表示手段に表示することを特徴とする請求項２ないし１５のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
18. 被観察部位にブロードな波長帯域の白色光を連続的に照射して肉眼で観察したときと略同等の画像を表示手段に表示する通常観察モードと、
    第一測定光を照射して酸素飽和度の情報を算出してその結果を表示手段に表示する機能情報観察モードとを備え、
    各モードを切替可能に構成することを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
19. 機能情報観察モードを選択したときにプレ撮影を開始することを特徴とする請求項１８に記載の内視鏡システム。
20. 第一測定光は、ヘモグロビンの吸光スペクトルにおいて酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差が生じる波長帯域を含む光であることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
21. 第一測定光は、４７０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域の狭帯域光であることを特徴とする請求項２０に記載の内視鏡システム。
22. 前記照射手段は、第一測定光に加えて血管中の血液量を測定するための第二測定光を被観察部位に照射し、
    前記撮像素子は、第二測定光の被観察部位からの反射光を撮像して第二画素値を出力し、
    参照情報は、第一画素値と酸素飽和度の相関関係に加えて第二画素値と血液量の相関関係を規定し、
    前記算出手段は、参照情報に基づき第一画素値と第二画素値に応じた酸素飽和度と血液量の両方を算出することを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
23. 第二測定光は、赤色波長帯域を含む光であることを特徴とする請求項２２に記載の内視鏡システム。
24. 前記照射手段は、第一、第二測定光に加えて参照光を被観察部位に照射し、
    前記撮像素子は、参照光の被観察部位からの反射光を撮像して第三画素値を出力し、
    前記算出手段は、第一、第二、および第三画素値に基づき酸素飽和度と血液量を算出することを特徴とする請求項２２または２３に記載の内視鏡システム。
25. 前記算出手段は、酸素飽和度と血液量の両方に依存性を有する第一画素値および第三画素値の比である第一信号比と、血液量に依存性を有する第二画素値および第三画素値の比である第二信号比とを求め、
    参照情報は、酸素飽和度と第一、第二信号比との相関関係と、血液量と第二信号比との相関関係を規定し、
    前記算出手段は、該参照情報から第二信号比に対応する血液量を求めるとともに、第一、第二信号比に対応する酸素飽和度を求めることを特徴とする請求項２４に記載の内視鏡システム。
26. 生体組織に存在する血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を測定するための第一測定光を被検体の被観察部位に照射する照射ステップと、
    第一測定光の被観察部位からの反射光を撮像して第一画素値を出力する撮像ステップと、
    第一画素値と酸素飽和度の相関関係を規定する参照情報に基づき第一画素値に応じた酸素飽和度を算出する算出ステップと、
    被観察部位の性状に応じて参照情報を変更する設定変更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駆動方法。

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