CN112334055A - 医学观察系统、医学观察设备及医学观察设备的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种医学观察系统(2、3)，设置有：光源(223)，照亮身体患部；分离光学系统(213)，将来自身体患部的光分离成多个偏振光束，该偏振光束的偏振方向彼此不同；检测单元(313)，单独地检测多个偏振光束；计算单元(305)，基于多个偏振光束的检测结果来单独地计算散斑对比度；以及处理单元(303)，基于分别与多个偏振光束相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一个，执行观察身体患部的处理。

Description

医学观察系统、医学观察设备及医学观察设备的驱动方法
技术领域
本公开涉及医学观察系统、医学观察设备以及用于驱动医学观察设备的方法。
背景技术
随着以手术显微镜、内窥镜等为代表的与身体患部的观察有关的技术的最新发展，可以观察到更多的目标。具体地，近年来还提出了允许观察血流的各种技术。
作为用于观察具有诸如血流的运动的身体部位的技术，可以设想使用根据至作为观察目标的身体患部的光辐射而产生的散斑的技术，并且具体地，使用散斑对比度的技术正在引起关注。散斑对比度是响应于光强度分布而计算的值，并且具有在没有运动的身体部位中值增加而在有运动的身体部位中值减少的特性。通过使用这样的特性，可以通过评估散斑对比度来执行具有运动的身体部位的识别、运动量的大小的识别等。例如，专利文献1公开了一种技术的示例，该技术允许使用散斑对比度以高精度观察具有运动(例如，血流)的身体部位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本专利公开号2016-151524
发明内容
本发明要解决的问题
同时，当作为观察目标的身体患部具有轻微的运动时，存在难以检测该运动的情况。例如，如果身体患部有轻微的运动，则即使当使用散斑对比度来观察身体患部时，也存在散斑对比度的变化趋于减小的情况，并因此难以检测运动。此外，在观察患者的子宫的情况下，可以由成像单元等会聚以获取身体患部的图像的光量受到限制，并因此需要能够高效使用会聚光的系统。
因此，本公开提出了一种用于实现以更合适的状态观察具有运动的身体患部的技术。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种医学观察系统，包括：光源，被配置为照亮身体患部；分支光学系统，被配置为将来自身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光；检测单元，被配置为单独地检测多个偏振光；算术运算单元，被配置为基于多个偏振光的检测结果来单独地计算散斑对比度；以及处理单元，其被配置为基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
此外，根据本公开，提供了一种医学观察设备，包括：分支光学系统，被配置为将来自身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光；检测单元，被配置为单独地检测多个偏振光；算术运算单元，被配置为基于多个偏振光的检测结果来单独地计算散斑对比度；以及处理单元，被配置为基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
此外，根据本公开，提供了一种医学观察设备，包括：算术运算单元，被配置为基于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的检测结果，单独地计算散斑对比度；以及处理单元，被配置为基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
此外，根据本公开，提供了一种使用计算机驱动医学观察设备的方法，包括：基于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的检测结果，单独地计算散斑对比度；并且基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
发明的有利效果
根据如上所述的本公开，提供了一种用于实现以更合适的状态观察具有运动的身体患部的技术。
上述效果不必受限制性，并且除了上述效果之外或代替上述效果，可以获得本说明书中描述的任何效果或可以从本说明书中确定的其他效果。
附图说明
图1是示出应用根据本公开的技术的内窥镜操作系统的示意性配置的示例的图；
图2是示出图1所示的摄像头和CCU的功能配置的示例的框图；
图3是用于描述散斑对比度的概述的说明图；
图4是用于描述散斑对比度的概述的说明图；
图5是用于描述散斑对比度与对象的运动之间的关系的示例的说明图；
图6是用于描述当使用偏振光时对散斑对比度的计算结果的影响的说明图；
图7是示出具有不同散斑对比度水平的图像的示例的图；
图8是用于描述散斑对比度与对象的运动之间的关系的另一示例的说明图；
图9是用于描述根据本公开实施例的医学观察系统中的与观察身体患部相关的技术的基本概念的说明图；
图10是用于描述根据实施例的医学观察系统的配置示例的说明图；
图11是示出根据实施例的医学观察系统的功能配置的示例的框图；
图12是示出根据实施例的医学观察系统的一系列处理的流程的示例的流程图；
图13是用于描述根据变形例1的医学观察系统的概述的说明图；
图14是用于描述根据变形例2的医学观察系统的概述的说明图；
图15是用于描述根据变形例4的医学观察系统的处理的示例的说明图；
图16是示出构成根据本公开实施例的医学观察系统的信息处理设备的硬件配置的配置示例的功能框图；
图17是用于描述根据本公开实施例的医学观察系统的应用示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的合适的实施例。同时，在本说明书和附图中，具有基本相同功能配置的组件由相同的符号表示，并且在本说明书和附图中省略了对其冗余描述。
此外，假设按照以下顺序执行描述。
1.医学观察系统的配置示例
2.关于使用散斑观察的检查
3.技术特征
3.1.基本概念
3.2.系统的配置示例
3.3.功能配置
3.4.处理
3.5.变形例
3.6.操作效果
3.7.补充
4.硬件配置的示例
5.应用示例
6.结论
<<1.医学观察系统的配置示例>>
首先，将参照图1和图2描述所谓的内窥镜操作系统的示例，以作为可应用本公开的实施例的技术的医学观察系统的示意性配置的示例。
例如，图1是示出可应用本公开的技术的内窥镜观察系统的示意性配置的示例的图。图1示出操作者(医生)167使用内窥镜系统100对病床169上的患者171执行手术的状态。如所示出的，内窥镜手术系统100包括内窥镜101、其他手术器械117、用于支撑内窥镜101的支撑臂装置127、以及其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车137。
在内窥镜手术中，被称为套管针125a至125d的多个管状穿孔工具刺穿腹壁，而不切开腹壁。然后，内窥镜101的镜筒103和其他操作器械117从套管针125a至125d插入患者171的体腔。在所示的示例中，气腹管119、能量治疗工具121和镊子123作为其他手术器械117插入患者171的体腔中。另外，能量治疗工具121是使用高频电流或超声波振动来执行组织的解剖和分离或血管密封等的治疗工具。然而，所示的手术器械117仅仅是示例，并且在通常的内窥镜手术中使用的各种手术器械(例如，钳子和牵开器)可以用作手术器械117。
在显示装置141上显示由内窥镜101捕捉的患者171的体腔内的手术部位的图像。操作者167在实时观看在显示装置141上显示的手术部位的图像的同时，例如使用能量治疗工具121和镊子123来执行治疗(例如，对身体患部进行解剖)。尽管未示出，但是气腹管119、能量治疗工具121和镊子123在手术期间由操作者167、助手等支撑。
(支撑臂装置)
支撑臂装置127包括从基部129延伸的臂部131。在所示的示例中，臂部131包括接头133a、133b和133c以及连杆135a和135b，并且根据臂控制装置145的控制而被驱动。内窥镜101由臂部131支撑，并且该内窥镜101的位置和姿势受到控制。因此，可以实现内窥镜101的稳定位置固定。
(内窥镜)
内窥镜101包括镜筒103和连接到镜筒103的基端的摄像头105，该镜筒103具有从其前端开始的预定长度的插入到患者171的体腔中的区域。尽管在所示的示例中示出了被配置为具有硬性的镜筒103的所谓的硬性镜的内窥镜101，但是内窥镜101可以是被配置为具有柔性的镜筒103的所谓的柔性镜。同时，摄像头105或包括摄像头105的内窥镜101与“医学观察设备”的示例相对应。
开口设置在镜筒103的前端，物镜安装在开口中。光源装置143连接到内窥镜101，并且从光源装置143生成的光通过在镜筒103中延伸的光导而被引导至镜筒的前端，并且通过物镜辐射到患者171的体腔中的观察目标(换言之，成像目标)。同时，内窥镜101可以是直视镜、斜视镜或侧视镜。
光学系统和成像元件设置在摄像头105中，并且来自观察目标的光(观察光)通过光学系统会聚在成像元件上。观察光由成像元件进行光电转换，以生成与观察光相对应的电信号(即，与观察图像相对应的图像信号)。图像信号作为原始数据发送到相机控制单元(CCU)139。同时，摄像头105设置有通过适当驱动光学系统来调节放大率和焦距的功能。
同时，例如，摄像头105可以配备有多个成像元件，以便应对立体视觉(3D显示)等。在这种情况下，多个中继光学系统可以设置在镜筒103中，以便将观察光引导至多个成像元件中的每一个。
(安装在推车上的各种装置)
CCU 139被配置为中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且整体控制内窥镜101和显示装置141的操作。具体地，CCU 139对从摄像头105接收的图像信号执行各种类型的图像处理(例如，显影处理(去马赛克处理))以用于基于该图像信号显示图像。CCU 139向显示装置141提供已经执行了图像处理的图像信号。此外，CCU 139向摄像头105发送控制信号并控制其操作。控制信号可以包括关于成像条件的信息(例如，放大率和焦距)。
显示装置141根据CCU 139的控制，基于CCU 139已经对其执行图像处理的图像信号来显示图像。例如，在内窥镜101处理例如4K(水平像素数，3840×垂直像素数，2160)或8K(水平像素数，7680×垂直像素数，4320)的高分辨率成像的情况下，和/或在该内窥镜101与3D显示相对应的情况下，能够执行高分辨率显示的显示装置和/或能够执行3D显示的显示装置可以用作相应情况下的显示装置141。当内窥镜101能够处理例如4K或8K的高分辨率成像时，通过使用具有55英寸或更大尺寸的显示装置作为显示装置141，获得更多沉浸感。此外，可以根据应用提供具有不同分辨率和尺寸的多个显示装置141。
例如，光源装置143由诸如发光二极管(LED)的光源组成，并且向内窥镜101供应对手术部位进行成像时要辐射的光。
例如，臂控制装置145由诸如CPU的处理器组成，并且根据预定的程序操作，以根据预定的控制方法控制支撑臂装置127的臂部131的操作。
输入装置147是内窥镜操作系统100的输入接口。用户可以通过输入装置147向内窥镜操作系统100输入各种类型的信息和指令。例如，用户可以通过输入装置147输入关于操作的各种类型的信息(例如，患者的身体信息和操作方法)。另外，用户可以通过输入装置147输入例如用于驱动臂部131的指令、用于改变内窥镜101的成像条件(辐射光的类型、放大率、焦距等)的指令、用于驱动能量治疗工具121的指令等。
输入装置147的类型不受限制，并且输入装置147可以是各种已知的输入装置。作为输入装置147，例如，可以应用鼠标、键盘、触摸面板、开关、脚踏开关157、杆等。当触摸面板用作输入装置147时，触摸面板可以设置在显示装置141的显示表面上。
可替代地，输入装置147可以是例如用户穿戴的装置(例如，眼镜型可穿戴装置或头戴式显示器(HMD)，并且可以响应于由这些装置检测到的用户的手势和视线来执行各种输入。此外，输入装置147可以包括能够检测用户的运动的相机，并且可以响应于从相机捕捉的视频中检测到的用户的手势和视线来执行各种输入。此外，输入装置147可以包括能够接收用户语音的麦克风，并且可以响应于经由麦克风的语音来执行各种输入。以这种方式，输入装置147被配置为使得各种类型的信息可以以非接触方式输入到其中，使得特别是属于洁净区域的用户(例如，操作者167)可以以非接触方式操作属于不洁净区域的设备。此外，用户可以在不将他/她的手从他/她所握持的操作设备上移开的情况下操作该设备，因此提高了用户的便利性。
治疗工具控制装置149控制能量治疗工具121的操作，用于组织的烧灼和解剖、或血管密封等。气腹装置151通过气腹管119将气体供应到患者171的体腔内，以使体腔膨胀，从而确保内窥镜101的视野并确保操作者的工作空间。记录器153是能够记录关于操作的各种类型的信息的装置。打印机155是能够以例如文本、图像和图形得各种形式打印关于操作的各种类型的信息的装置。
在下文中，将更详细地描述内窥镜操作系统100的具体特性配置。
(支撑臂装置)
支撑臂装置127包括作为基底的基部129和从基部129延伸的臂部131。尽管在所示的示例中，臂部131包括多个接头133a、133b和133c以及通过接头133b连接的多个连杆135a和135b，但是为了简化，图1以简化的方式示出了臂部131的配置。实际上，可以适当地设定接头133a至133c和连杆135a和135b的形状、数量和布置以及接头133a至133c的旋转轴方向等，使得臂部131具有期望的自由度。例如，臂部131可以被适当地配置为具有等于或大于6个自由度的自由度。因此，内窥镜101可以在臂部131的运动范围内自由移动，从而使内窥镜101的镜筒103可以沿期望的方向插入患者171的体腔中。
接头133a至133c设置有致动器，并且被配置为使得该接头133a至133c可以根据致动器的操作而绕预定的旋转轴线旋转。致动器的操作由臂控制装置145控制，从而控制接头133a至133c的旋转角，并且控制臂部131的操作。因此，可以实现对内窥镜101的位置和姿势的控制。在此处，臂控制装置145可以通过例如力控制和位置控制的各种已知控制方法来控制臂部131的操作。
例如，操作者167可以通过输入装置147(包括脚踏开关157)执行适当的操作输入，使得臂控制装置145响应于该操作输入适当地控制臂部131的操作，以控制内窥镜101的位置和姿势。根据该控制，位于臂部131前端的内窥镜101可以从任意位置移动到任意位置，然后被固定并支撑在移动后的位置处。同时，臂部131可以通过主从方法来操作。在这种情况下，用户可以通过设置在与手术室分开的地方的输入装置147来远程操作臂部131。
此外，在施加力控制的情况下，臂控制装置145可以执行从用户接收外力并驱动接头133a至133c的致动器的所谓的动力辅助控制，使得臂部131响应于该外力而平滑地移动。因此，用户在直接接触的臂部131并移动臂部131时，能够以相对较弱的力移动臂部131。因此，可以通过更容易的操作更直观地移动内窥镜101，以提高用户便利性。
在此处，内窥镜101通常由在内窥镜手术中的被称为内窥镜医生的医生支撑。相反，通过使用支撑臂装置127，内窥镜101的位置可以在不需要人力的情况下更牢固地固定，因此可以稳定地获得手术部位的图像，并且可以平稳地执行操作。
同时，臂控制装置145不必设置在推车137中。此外，臂控制装置145不必是单个装置。例如，臂控制装置145可以设置在支撑臂装置127的臂部131的每个接头133a至133c处，或者臂部131的操作控制可以通过多个臂控制装置145协作来实现。
(光源装置)
光源装置143将待辐射以对手术部位成像的光供应至内窥镜101。光源装置143被配置为例如由LED、激光源或其组合组成的白光源。在此处，在白光源被配置为RGB激光源的组合的情况下，由于可以在这种情况下高精度地控制每种颜色(每种波长)的输出强度和输出时间，所以可以在光源装置143中调节捕捉的图像的白平衡。另外，通过以时分方式将来自RGB激光源的激光辐射到观察目标，并与辐射定时同步地控制摄像头105的成像元件的操作，可以以时分方式捕捉与RGB相对应的图像。根据该方法，可以在成像元件中不提供滤色器的情况下获取彩色图像。
此外，可以控制光源装置143的操作，使得其输出光的强度每隔预定时间改变。通过与光强度改变的时间同步地控制摄像头105的成像元件的操作，以时分方式获取图像并组合图像，可以生成没有黑色缺陷和耀斑高光(flared highlight)的高动态范围图像。
此外，光源装置143可以被配置为能够提供与特殊光观察相对应的预定波长带的光。在特殊光观察中，使用人体组织对光吸收的波长依赖性，通过在以比正常观察中的辐射光(即，白光)更窄的频带辐射光，以高对比度对预定组织(例如，粘膜表层的血管)进行成像(即，所谓的窄带成像)。可替代地，在特殊光观察中，可以执行荧光观察，以使用通过辐射激发光生成的荧光来获得图像。在荧光观察中，可以执行将激发光辐射到身体组织并观察来自身体组织的荧光的操作(自荧光观察)或者将例如吲哚菁绿(ICG)的试剂局部注射到身体组织并将与该试剂的荧光波长相对应的激发光辐射到身体组织以获得荧光图像的操作。光源装置143可以被配置为能够提供与特殊光观察相对应的窄带光和/或激发光。
(摄像头和CCU)
将参照图2更详细地描述内窥镜101的摄像头105和CCU 139的功能。图2是示出图1所示的摄像头105和CCU 139的功能配置的示例的框图。
参考图2，作为其功能，摄像头105包括透镜单元107、成像单元109、驱动单元111、通信单元113和摄像头控制器115。另外，作为其功能，CCU 139包括通信单元159、图像处理单元161和控制器163。摄像头105和CCU 139通过传输电缆165连接，使得它们可以彼此双向通信。
首先，将描述摄像头105的功能配置。透镜单元107是设置在与镜筒103的连接部分处的光学系统。来自镜筒103前端的观察光被引导至摄像头105并入射到透镜单元107。透镜单元107被配置为包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。调节透镜单元107的光学特性，使得观察光会聚在成像单元109的成像元件的光接收表面上。此外，变焦透镜和聚焦透镜被配置为使得其在光轴上的位置可移动，以调节捕捉的图像的放大率和焦点。
成像单元109由成像元件组成，并布置在透镜单元107之后。已经穿过透镜单元107的观察光会聚在成像元件的光接收表面上，并且通过光电转换生成与观察图像相对应的图像信号。由成像单元109生成的图像信号提供至通信单元113。
作为构成成像单元109的成像元件，例如，使用具有拜耳排列并且能够进行彩色成像的互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器。同时，例如，能够捕捉具有4K或更高的高分辨率的图像的成像元件可以用作成像元件。通过获得高分辨率的手术部位的图像，操作者167可以更详细地确定手术部位的状态，从而可以更平稳地执行操作。
另外，构成成像单元109的成像元件可以被配置为具有用于获取与3D显示相对应的右眼和左眼的图像信号的一对成像元件。当执行3D显示时，操作者167可以更准确地确定手术部位中的身体组织的深度。同时，当成像单元109被配置为多板(multi-plate)类型时，也提供多种类型的透镜单元107以与每个成像元件相对应。
此外，成像单元109不必设置在摄像头105中。例如，成像单元109可以设置在镜筒103内、紧接物镜之后。
驱动单元111由致动器组成，并且根据摄像头控制器115的控制，使透镜单元107的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适当地调整由成像单元109捕捉的图像的放大率和焦点。
通信单元113被配置为用于向CCU 139发送/从CCU 139接收各种类型的信息的通信装置。通信单元113将从成像单元109获得的图像信号作为原始数据通过传输电缆165发送到CCU 139。在此处，希望通过光通信发送图像信号，以便以低延迟显示手术部位的捕捉图像。这是因为，由于操作者167在通过捕捉的图像观察身体患部的状态的同时执行操作，因此需要尽可能长时间地实时显示手术部位的运动图像，以进行更稳定和可靠的操作身体患部。在执行光通信的情况下，通信单元113设置有用于将电信号转换成光信号的光电转换模块。图像信号通过光电转换模块转换成光信号，然后通过传输电缆165发送到CCU 139。
此外，通信单元113从CCU 139接收用于控制摄像头105的操作的控制信号。控制信号可以包括例如关于成像条件的信息(例如，用于指定捕捉图像的帧速率的信息、用于指定成像期间的曝光值的信息、和/或用于指定捕捉图像的放大率和焦点的信息)。通信单元113将接收到的控制信号提供到摄像头控制器115。同时，来自CCU 139的控制信号可以通过光通信发送。在这种情况下，通信单元113设置有用于将光信号转换成电信号的光电转换模块，并且控制信号通过光电转换模块转换成电信号，并然后提供至摄像头控制器115。
同时，CCU 139的控制器163基于获取的图像信号自动设置前述成像条件(例如，帧速率、曝光值、放大率和焦点)。即，内窥镜101配备有所谓的自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像头控制器115基于通过通信单元113从CCU 139接收的控制信号来控制摄像头105的操作。例如，摄像头控制器115基于用于指定捕捉图像的帧速率的信息和/或用于指定成像期间的曝光的信息，来控制成像单元109的成像元件的操作。另外，摄像头控制器115例如基于用于指定捕捉图像的放大率和焦点的信息，通过驱动单元111适当地移动透镜单元107的变焦透镜和聚焦透镜。此外，摄像头控制器115可以具有存储用于识别镜筒103和摄像头105的信息的功能。
同时，诸如透镜单元107和成像单元109的部件可以布置在具有高气密性和防水性的封闭结构中，使得摄像头105对高压灭菌处理具有耐受性。
接下来，将描述CCU 139的功能配置。通信单元159被配置为用于向摄像头105发送/从摄像头105接收各种类型的信息的通信装置。通信单元159从摄像头105接收通过传输电缆165发送的图像信号。在此处，如上所述，图像信号可以通过合适的光通信来传输。在这种情况下，用于将光信号转换成电信号的光电转换模块设置在用于光通信的通信单元159中。通信单元159将转换成电信号的图像信号提供至图像处理单元161。
此外，通信单元159向摄像头105发送用于控制摄像头105的操作的控制信号。控制信号也可以通过光通信发送。
图像处理单元161对作为从摄像头105发送的原始数据的图像信号执行各种类型的图像处理。图像处理可以包括例如各种类型的已知信号处理(例如，显影处理、质量增强处理(频带强调处理、超分辨率处理、降噪(NR)处理和/或图像稳定处理等)和/或放大处理(电子变焦处理))。另外，图像处理单元161对图像信号执行检测处理，以执行AE、AF和AWB。
图像处理单元161被配置为例如CPU或GPU的处理器，并且前述图像处理和检测处理可以根据预定程序通过处理器的操作来执行。同时，在图像处理单元161被配置为多个GPU的情况下，图像处理单元161适当地划分关于图像信号的信息，并通过多个GPU并行地执行图像处理。
控制器163执行关于通过内窥镜101对手术部位成像和显示由成像捕捉的图像的各种类型的控制。例如，控制器163可以生成用于控制摄像头105的操作的控制信号。在此处，在由用户输入成像条件的情况下，控制器163基于用户输入生成控制信号。可替代地，在内窥镜101具有AE功能、AF功能和AWB功能的情况下，控制器163响应于由图像处理单元161执行的检测处理的结果，适当地计算最佳曝光值、焦距和白平衡，并生成控制信号。
此外，控制器163使显示装置141基于图像处理单元161已经执行了图像处理的图像信号来显示手术部位的图像。在此处，控制器163使用各种图像识别技术来识别手术部位的图像中的各种对象。例如，控制器163可以通过检测包括在手术部位的图像中的对象的边缘的形状、颜色等来识别诸如镊子的手术工具、特定生物部位、出血、使用能量治疗工具121时的雾等。在显示装置141显示手术部位的图像时，控制器163使用识别结果使各种类型的操作辅助信息叠加在手术部位的图像上。通过以叠加的方式显示操作辅助信息并将其呈现给操作者167，可以更安全可靠地执行操作。
用于连接摄像头105和CCU 139的传输电缆165是用于电信号通信的电信号电缆、用于光通信的光纤或其复合电缆。
在此处，尽管在所示示例中使用传输电缆165以有线方式执行通信，但是摄像头105与CCU 139之间的通信可以以无线方式执行。在以无线方式执行该摄像头105与CCU 139间的通信的情况下，由于不需要在手术室中安装传输电缆165，所以可以解决传输电缆165阻碍手术室中的医务人员的移动的情况。
上面已经描述了可应用本公开的技术的内窥镜操作系统100的示例。虽然在此处将内窥镜操作系统100描述为示例，但是本公开的技术可应用的系统不限于这样的示例。例如，本公开的技术可以应用于用于检查的柔性内窥镜系统和显微外科手术系统。
<<2.关于使用散斑观察的检查>>
关于使用散斑观察患部的方法的示例，将描述概述，具体地，关注于使用散斑对比度的情况，并然后将描述观察中的技术问题。
首先，将描述散斑。在使用光学方法的成像技术中，存在关于由各种类型的噪声的产生而导致的检测准确度降低的问题，并且散斑干涉被称为噪声。散斑干涉是一种现象，在该现象中，响应于辐射表面的不均匀形状而在辐射表面上出现点状图案。由于根据观察方法，散斑干扰充当噪声，所以存在执行用于减少散斑干扰影响的对策的情况。另一方面，也已经提出了使用散斑干涉来观察身体患部的方法，并且可以想到使用散斑对比度的方法作为其中之一。
散斑对比度是响应于光强度分布而计算的值。例如，图3是用于描述散斑对比度的概述的说明图。通过将在中心具有关注像素的多个像素(例如，3个像素×3个像素、5个像素×5个像素等)的像素值的标准偏差除以像素值的平均值，来计算散斑对比度。具体地，当位于第m行和第n列(m和n是等于或大于1的整数)的像素的像素值被设置为Im,n时，通过如下(公式1)表示的计算公式针对每个关注像素计算散斑对比度。
[数学式1]
Figure BDA0002861216310000131
在上述(公式1)中，σm,n表示包括位于中心的第m行和第n列的像素的多个像素的像素值的标准偏差。此外，<Im,n>表示包括位于中心的第m行和第n列的像素的多个像素的像素值的平均值。
在此处，描述用于允许通过计算散斑对比度来观察具有运动的身体部位的技术的基本原理。在没有运动的身体部位中，由于散斑图案的变化不显著(理想地没有变化)，并且光强度分布的标准偏差增加，所以散斑对比度变得更高。相反，在具有运动的身体部位中，由于散斑图案响应于运动而改变并且设定相对较长的曝光时间(例如，曝光时间等于或长于可以检查视角内目标的运动变化的时间段)以用于捕捉目标的图像，所以在曝光时间内成像的散斑图案被平均，因此散斑对比度降低。
例如，图4是用于描述散斑对比度的概述的说明图，并且示意性地示出其中关于具有运动的目标和没有运动的目标生成了散斑的图像(即，具有明显散斑的图像)以及基于关于该图像的每个像素计算的散斑对比度的图像。同时，为了方便起见，在下面的描述中，产生散斑的图像将被称为“散斑图像”。此外，通过相对于散斑图像的每个像素计算散斑对比度获得的图像将被称为“散斑对比度图像”。
具体地，图4示出在模拟血液的流体流过模拟血管的流动通道M111的情况下和流体没有流动的情况下的散斑图像和散斑对比度图像。在图4中，附图标记V111表示作为散斑图像的成像目标的区域。此外，附图标记V113表示在流体没有流过流动通道M111的情况下(即，没有流动的情况)捕捉的散斑图像的示例。相反，附图标记V117表示在流体流过流动通道M111的情况下(即，存在流动的情况)捕捉的散斑图像的示例。如图4所示，与散斑图像V113相比，确定散斑图像V117中的在与具有流动的流动通道M111相对应的部分和其他部分(即，除了流动通道M111之外的没有流动的身体部位)之间的散斑分布不同。
另外，附图标记V115表示通过相对于散斑图像V113中的每个像素计算散斑对比度而生成的散斑对比度图像。同样，附图标记V119表示通过相对于散斑图像V117的每个像素计算散斑对比度而生成的散斑对比度图像。从散斑对比度图像V115和V119之间的比较可以确定，在流体流过流动通道M111的情况下，在散斑对比度图像V119中，散斑对比度计算结果的分布在与流动通道M111相对应的身体部位(即，具有运动的身体部分)和其他身体部分(即，没有运动的身体部位)中不同。根据这些特性，例如，在血管用作观察目标的情况下，可以通过基于散斑图像的成像结果而生成散斑对比度图像，来获得呈现血流的图像。
此外，图5是用于描述散斑对比度与对象运动之间的关系的示例的说明图。在图5中，水平轴表示作为目标的对象(即，表示运动的对象)的速度(mm/s)。此外，垂直轴表示散斑对比度。如图4所示，散斑对比度计算结果随着对象速度的降低而增加，并且散斑对比度倾向于随着对象速度的增加而降低。同时，为了方便起见，在下面的描述中，如图4所示的可以获取的散斑对比度值的范围将被称为“动态范围”。
例如，通过使用如图5所示的特性，也可以基于散斑对比度计算结果来计算作为目标的对象的运动(例如，血流)的速度。
另一方面，当对象(例如，作为观察目标的身体患部)的运动不显著时，存在由于与运动相关联的散斑对比度的变化减小而难以检测对象或对象的运动的情况。作为这种问题的解决方案，可以设想一种方法，在该方法中，将来自作为观察目标的对象的光(例如，从对象反射的光)分离成多个具有不同偏振方向的偏振光并且仅使用任一个偏振光作为观察目标(成像目标)。
在作为观察目标的对象被成像的情况下，从该对象反射的光通常可以具有两个正交的偏振光分量。尽管散斑本身是由于光的干涉而发生的现象，但是两个正交的偏振光不会相互干涉，使得该偏振光的光强度简单地叠加，并且结果，散斑图案被平均化。根据该特性，存在通过仅观察两个正交偏振光中的一个可以获得更高散斑对比度的情况。
在此处，参考图6至图8描述当基于散斑对比度计算结果执行观察时，仅两个正交偏振光中的一个是观察目标的情况下的示例的概述。
例如，图6是用于描述在使用偏振光的情况下对散斑对比度计算结果的影响的说明图，并且示意性地示出与捕捉散斑图像相关的配置。具体地，在图6所示的示例中，通过使用成像单元803对具有由漫射板805反射从光源801投射的光而产生的散斑图案的反射光成像，来获取散斑图像。基于该配置，例如，通过在漫射板805与成像单元803之间插入偏振滤光器807，可以使成像单元803仅对包括在来自漫射板805的反射光中的两个正交偏振光中的一个进行成像。
此外，图7示出具有不同散斑对比度水平的图像的示例。具体地，在图7所示的示例中，图像V101具有最高的散斑对比度，并且图像V101、V103和V105具有依次减小的散斑对比度。
在此处，假设图7所示的图像V105，被获取为使用在图6所示的示例中没有偏振滤光器807的情况下获得的成像结果的散斑对比度图像。在这种情况下，例如，通过在图6所示的示例中插入偏振滤光器807，可以获取具有更高散斑对比度的散斑图像(例如，图7所示的图像V103和V101)作为散斑对比度图像。
此外，图8是用于描述散斑对比度与对象的运动之间的关系的另一示例的说明图，并且示出当偏振光用于观察对象(即，散斑图像的获取)时的示例。具体地，除了图5所示的示例之外，图8还示出仅使用两个正交偏振光中的一个的观察结果。在图8中，表示为正常观察的示例被示出为图5中所示的示例，即，在没有分离成偏振光的情况下观察来自作为目标的对象的光(例如，从对象反射的反射光)的情况下的特性的示例。另外，表示为用单偏振光观察的示例被示为在仅观察构成来自作为目标的对象的光的两个正交偏振光中的一个的情况下的特性的示例。同时，在以下描述中，为了方便起见，除非另有说明，否则假设“正常观察”表示这样一种情况，即在不将该光分离成偏振光的情况下观察来自作为目标的对象的光。此外，除非另有说明，否则假设“用单个偏振光观察”表示这样一种情况，即仅观察包括在来自作为目标的对象的光中的具有不同的偏振方向的多个偏振光(例如，两个正交偏振光)中的一个偏振光。
如图8所示，在利用单偏振光的观察中，在对象的运动较小的状态下(此外，对象停止的状态)，散斑对比度值倾向于变得比正常观察中更高。另一方面，在对象的运动相对较快并且散斑对比度值变得较低的条件下，正常观察和用单一偏振光观察之间的散斑对比度值差异趋于减小(此外，该差异趋于消失)。根据该特性，与正常观察相比，在用单个偏振光观察时，散斑对比度值相对于对象速度变化的变化增加(即，动态范围变宽)。因此，即使当与应用正常观察的情况相比对象速度的变化不显著时，通过应用单偏振光的观察，也可以以比正常观察中更高的灵敏度来执行对象的观察(例如，对象速度的测量)。
然而，在应用单个偏振光进行观察的情况下，与正常观察相比，可用于观察的光量减少，这是由于来自作为目标的对象的光(例如，来自对象的反射光)中仅包括具有不同偏振方向的多个偏振光中的一个用于观察的特性。即，在作为观察目标的光量不显著的情况下，光量进一步减少，并且也可以设想难以观察观察目标的情况。
鉴于上述情况，本公开提出了一种技术，即用于允许以更合适的状态观察具有运动的患部。作为具体示例，本公开提出了一种技术，即允许以更高的灵敏度(例如，实现更宽的动态范围)观察对象并有效地利用来自对象的光(例如，抑制可用于观察的光量的减少)从而兼容于更合适的状态中。
<<3.技术特征>>
在下文中，将描述根据本公开实施例的医学观察系统的技术特征。
<3.1.基本概念>
首先，将参照图9描述与根据本公开的实施例的医学观察系统中使用散斑观察身体患部相关的技术的基本概念。图9是用于描述与根据本公开实施例的医学观察系统中的身体患部的观察相关的技术的基本概念的说明图。
在图9中，附图标记213表示分支光学系统，该分支光学系统将入射光分成具有不同偏振方向的多个偏振光。分支光学系统213可以包括例如偏振分束器(PBS)。分支光学系统213可以例如通过反射一些偏振光并透射其他偏振光，来分离包括在入射光中的多个偏振光(例如，p波和s波)。此外，附图标记215和217示意性地表示成像元件。
即，在根据本实施例的医学观察系统中，来自作为目标的对象的光(例如，从对象等反射的反射光)被分支光学系统213分成具有不同偏振方向的多个偏振光(例如，不同正交偏振方向的两个偏振光)并且分离的偏振光被成像元件215和217单独地检测。例如，在图9的示例中，成像元件215检测由分支光学系统213分离的多个偏振光中的已经穿过分支光学系统213的偏振光，并且成像元件217检测由分支光学系统213反射的偏振光。
基于上述配置，根据本实施例的医学观察系统使用由成像元件215和217单独捕捉的至少任一图像(即，从各个偏振光的成像结果获得的图像)，来执行相对于作为目标的对象(例如，身体患部)的观察的处理。在此处，医学观察系统可以单独地对由成像元件215和217捕捉的图像应用预定的算术运算处理，并且使用将算术运算处理应用于图像的结果中的至少任一个来执行对于作为目标的对象的观察的处理。
作为具体示例，医学观察系统通过根据图9所示的示例中的成像元件215和217的成像结果相对于图像(散斑图像)的每个像素计算散斑对比度来生成散斑对比度图像。然后，医学观察系统基于相对于从来自对象的光分离的多个偏振光而生成的散斑对比度图像中的至少任一个，执行关于对象(例如，身体患部)的观察的处理。
例如，医学观察系统可以组合相对于多个偏振光产生的散斑对比度图像。在这种情况下，医学观察系统可以例如通过对相对于多个偏振光生成的散斑对比度图像之间的每个像素的像素值进行平均，来组合针对每个各个偏振光生成的散斑对比度图像。另外，作为另一示例，医学观察系统可以基于响应于多个偏振光的光强度的权重来组合相对于针对多个偏振光生成的散斑对比度图像。在这种情况下，当医学观察系统对相对于针对多个偏振光生成的散斑对比度图像之间的每个像素的像素值进行平均时，医学观察系统可以执行加权平均，在该加权平均中反映了响应于多个偏振光的光强度的权重。同时，上述散斑对比度图像组合方法仅仅是示例，并且该方法不受特别限制，只要该方法能够组合相对于多个偏振光产生的散斑对比度图像即可。根据这种配置，可以高效率地使用会聚光(换言之，来自对象的光)并获得更亮的图像。
此外，如上所述，与正常观察相比，用单偏振光观察时动态范围往往更宽。即，针对每个偏振光生成的每个散斑对比度图像具有比正常观察中生成的散斑对比度图像更宽的动态范围。即，通过组合针对各个偏振光生成的散斑对比度图像，可以获得动态范围比正常观察情况下更宽的散斑对比度图像，同时保持与正常观察的情况相同的亮度,。
此外，与正常观察的情况相比，通过组合针对各个偏振光生成的散斑对比度图像，可以更好地抑制噪声。具体地，使用微区域(例如，5×5像素或7×7像素)中的像素值的平均值、标准偏差等来执行一般散斑图像处理。然而，由于微区域中的评估值的特性，微区域中的评估值倾向于容易根据散斑图案如何包括在该区域中而变化。即，微区域中的评估结果总体上倾向于显著变化，并且看起来具有明显的噪声。另一方面，可以设想扩大微区域和增加样本像素数量的方法，但是通过这种方法获得了宽区域中的平均值，因此存在难以获得处理后的图像分辨率的情况。
另一方面，根据本公开的实施例的技术可以通过针对每个微区域相对于多个偏振光中的每个执行散斑对比度的评估(计算)并将评估结果求平均，来降低分析之后的评估图像中的噪声。即，通过将会聚的光(例如，来自身体患部的光)分离成两种偏振光，如图9所示，并且评估(计算)相对于每个偏振光的散斑对比度，可以用比正常观察情况下多一倍的样本像素数量来大致执行评估。
此外，在根据本公开的实施例的医学观察系统中，如图9所示，可以单独获得关于从会聚光(例如，来自身体患部的光)分离的多个偏振光中的每一个的信息(例如，散斑对比度)。因此，根据本公开的实施例，可以在医学观察系统中执行使用这些特性的各种分析。
作为具体的示例，可以通过使用激光作为光源，用特定的偏振光照射作为目标的对象(身体患部)。在这种情况下，从对象表面反射的光也具有特定的偏振光分量。在这种情况下，存在直接观察到从对象表面反射的光，并因此与观察到散射光的情况相比，观察到更强的光(例如，较亮的光)的情况。即，存在这样的情况，在该情况中，在观察到的图像中，根据成像结果的图像信号(换言之，像素值)在具有表面反射的强影响的部分中饱和。
另一方面，在根据本公开实施例的技术中，如上所述，获取关于具有不同偏振方向的多个偏振光中的每个的散斑图像。根据该特性，例如，即使在与一些偏振光相对应的一些散斑图像饱和的情况下，通过使用与其他偏振光相对应的散斑图像，在关于观察身体患部的处理中(例如，在后续级的信号处理中)，可以进一步减小表面反射的影响。这不限于散斑图像，并且也以相同的方式适用于散斑对比度图像。
上述方法仅仅是一个示例，并且使用相对于具有不同偏振方向的多个偏振光中的每个获取的散斑图像和基于针对每个偏振光的散斑图像生成的散斑对比度图像的方法没有特别限制。例如，可以根据预定条件选择并使用针对每个偏振光获取的散斑图像和针对每个偏振光生成的散斑对比度图像中的任一个。此外，可以在多个偏振光之间组合前述散斑图像和前述散斑对比度图像，并且可以使用组合结果。以这种方式，在根据本公开的医学观察系统中，可以使用针对每个偏振光获取的散斑图像和针对每个偏振光生成的散斑对比度图像中的至少任一个，来实现关于身体患部的观察的各种类型的处理。
上面已经参照图9描述了关于根据本公开的实施例的在医学观察系统中使用散斑观察身体患部的技术的基本概念。
<3.2.系统的配置示例>
随后，将描述根据本公开实施例的医学观察系统的配置的示例。例如，图10是用于描述根据本公开的实施例的医学观察系统的配置的示例的说明图。具体地，图10示出在基于通过将具有预定波长的光(例如，窄带光)辐射到身体患部并对来自身体患部的光(例如，从身体患部反射的反射光)进行成像而获得的散斑图像来执行关于对身体患部的观察的情况下的医学观察系统的示意性系统配置的示例。同时，为了方便起见，图10所示的医学观察系统在下面的描述中将被称为“医学观察系统2”。
在图5所示的示例中，医学观察系统2包括控制单元201、成像单元203、输入单元207和输出单元209。输入单元207和输出单元209与图1所示的示例中的输入装置147和显示装置141相对应。
成像单元203可以包括例如成像光学系统211、分支光学系统213、成像元件215和217、以及光源223。
光源223与图1所示的示例中的光源装置143的示例相对应。从光源223投射的光通过被配置为能够使用光纤等引导光的传输电缆225发送，并辐射到身体患部M101。同时，响应于观察目标或观察方法，可以控制从光源223投射的光的波长，或者可以选择性地切换光源223本身。作为具体示例，在观察身体患部的明亮场图像的情况下，被配置为能够辐射可见光(例如，RGB光)的光源可以用作光源223。作为另一示例，在荧光观察的情况下，可以应用被配置为能够投射用于激发要用到的荧光材料的波长的光源作为光源223。作为更具体的示例，在使用由近红外线激发的荧光材料(例如，吲哚菁绿(ICG))进行荧光观察的情况下，可以应用被配置为能够辐射近红外线的光源作为光源223。
分支光学系统213以及成像元件215和217与参考图9描述的分支光学系统213以及成像元件215和217相对应。即，分支光学系统213将入射到成像单元203的光(例如，其与来自身体患部的光相对应，并且在下文中简称为“入射光”)分离成具有不同偏振方向的多个偏振光，将一些分离的偏振光引导至成像元件215，并将其他偏振光引导至成像元件217。
成像元件215和217设置在分支光学系统213之后，并且单独地检测由分支光学系统213从入射光分离的偏振光。例如，成像元件(例如CCD或CMOS)可以用作成像元件215和217。
控制单元201与图1所示的CCU 139相对应，并且控制医学观察系统2的每个部件的操作。例如，控制单元201可以响应于观察目标或观察方法来控制光源223的操作。此外，控制单元201可以控制关于由成像元件215和217中的捕捉图像中的至少任一个的操作。在此处，控制单元201可以控制图像捕捉条件(例如，快门速度、光圈、增益等)。此外，控制单元201可以获取根据成像元件215和217中的至少任一个的成像结果的图像，并使输出单元209呈现该图像。此外，此时，控制单元201可以对获取的图像执行预定的图像处理。此外，控制单元201可以响应于各种状态的检测结果来控制每个部分的操作。作为具体示例，控制单元201可以响应于由各种传感器(省略其图示)获得的对成像单元203的运动的检测结果，来校正成像元件215和217的成像结果中出现的模糊(例如，手抖动)。此外，控制单元201可以响应于通过输入单元207输入的来自用户的指令来执行上述各种类型的处理。
同时，参考图10描述的示例仅仅是示例，并不一定限制根据本公开实施例的医学观察系统的配置。即，在不脱离根据本实施例的医学观察系统的上述基本概念的情况下，可以响应于观察目标或观察方法来适当地改变一些部件。
上面已经参考图10描述了根据本公开的实施例的医学观察系统的配置的示例。
<3.3功能配置>
随后，将特别关注控制医学观察系统的每个部件的操作的控制单元的功能配置的示例来描述根据本公开的实施例的医学观察系统的功能配置的示例。例如，图11是示出根据本公开实施例的医学观察系统的功能配置的示例的框图。具体地，图11示出了根据本实施例的医学观察系统的配置，特别关注于根据来自身体患部的光分离的多个偏振光的检测结果，基于散斑图像执行关于身体患部的观察的各种类型的处理的部分。同时，为了方便起见，图11所示的医学观察系统在下面的描述中将被称为“医学观察系统3”。
如图11所示，医学观察系统3包括控制单元301、检测单元313和输出单元317。输出单元317可以与图10所示的输出单元209相对应。因此，省略了输出单元317的详细描述。
检测单元313包括第一成像单元313a和第二成像单元313b。例如，检测单元313可以与图10所示的成像单元203相对应。第一成像单元313a和第二成像单元313b中的一个可以与图5所示的成像元件215相对应，另一个可以与图5所示的成像元件217相对应。即，来自身体患部的光被图10所示的分支光学系统213等分离后的具有不同偏振方向的多个偏振光中的一些被第一成像单元313a成像(检测)，并且其他偏振光被第二成像单元313b成像(检测)。同时，由于与如上所述的图5所示的成像元件215和217基本相同的配置可以应用于第一成像单元313a和第二成像单元313b，因此省略其详细描述。第一成像单元313a和第二成像单元313b中的每一个将根据对应偏振光的成像结果的图像(例如，散斑图像)输出到控制单元301。
控制单元301可以与图10所示的控制单元201相对应。如图11所示，控制单元301包括算术运算单元305和处理单元303。
算术运算单元305基于第一成像单元313a和第二成像单元313b的偏振光成像结果(检测结果)执行各种类型的算术运算处理。例如，在图11所示的示例中，算术运算单元305包括第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b。第一算术运算单元305a基于第一成像单元313a的偏振光成像结果执行各种类型的算术运算处理。另外，第二算术运算单元305b基于第二成像单元313b的偏振光成像结果执行各种类型的算术运算处理。第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b可以作为独立的硬件组件提供。此外，第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b可以实现为软件，例如单独地执行处理的进程。
例如，关于散斑对比度图像的生成的处理可以被设想为由第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b执行的算术运算处理。例如，第一算术运算单元305a可以使用根据第一成像单元313a的偏振光成像结果获取的图像(散斑图像)的每个像素作为关注像素来计算散斑对比度，并且基于计算结果生成散斑对比度图像。同样，第二算术运算单元305b可以基于根据第二成像单元313b的偏振光成像结果获取的图像来生成散斑对比度图像。
当然，上述处理仅仅是示例，并不一定限制由第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b执行的算术运算处理的细节。即，第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b可以响应于在后续级中执行的关于身体患部的观察的处理，适当地改变要应用于偏振光成像结果的算术运算处理。例如，作为血流观察的示例，可以设想使用光多普勒的方法，即，通过捕捉当光被血流散射时发生的光学频移来计算血流速度的方法。在这种情况下，第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b可以基于与该光学频移相对应的偏振光的成像结果，来执行关于光学频移的检测(提取)的处理。
然后，算术运算单元305将由第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b获得的针对每个偏振光的前述算术运算结果输出到处理单元303。同时，为了更容易确定医学观察系统3的特征，以下描述集中于算术运算单元305向处理单元303输出由第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b针对每个偏振光单独生成的散斑对比度图像的情况。在这种情况下，算术运算单元305可以将作为散斑对比度图像生成源的散斑图像(即，根据偏振光的成像结果的图像)输出到处理单元303。
处理单元303从算术运算单元305获取单独应用于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的算术运算结果，并且响应于针对每个偏振光的算术运算结果中的至少任一个，执行关于身体患部的观察的处理。例如，处理单元303可以从算术运算单元305获取相对于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光单独地生成的散斑对比度图像。处理单元303基于针对多个偏振光单独地生成的散斑对比度图像中的至少任一个，执行关于身体患部的观察的处理。作为假设这种情况的具体配置示例(即，执行关于观察身体患部的处理的配置的示例)，在图3所示的示例中，处理单元303包括分析单元307、图像处理单元309和输出控制单元311。
分析单元307基于获取的散斑对比度图像执行各种类型的分析处理。作为具体示例，分析单元307可以基于所获取的散斑对比度图像中的至少某个区域中包括的像素的像素值(即，散斑对比度计算值)，来计算该区域中包括的对象(换言之，作为观察目标的身体患部)的移动速度。
此外，分析单元307可以通过对散斑对比度图像执行图像分析来从散斑对比度图像中提取特征部分(例如，与身体患部相对应的部分)。
此外，分析单元307可以通过对散斑对比度图像执行图像分析，基于图像分析的结果来执行预定的确定。作为具体示例，分析单元307可以通过评估散斑对比度图像的每个像素的像素值来确定散斑对比度图像中的至少一些是否饱和。通过使用该确定结果，例如，当在与多个偏振光相对应的散斑对比度图像当中的与一些偏振光相对应的散斑对比度图像中出现饱和时，可以选择与其他偏振光相对应的散斑对比度图像作为后续处理的目标。
同时，分析单元307可以仅使用与多个偏振光中的任一个相对应的散斑对比度图像作为分析目标。作为另一示例，分析单元307可以使用与多个偏振光相对应的散斑对比度图像作为分析目标。此外，作为另一示例，分析单元307可以使用通过组合与多个偏振光相对应的散斑对比度图像而获得的图像作为分析目标。同时，可以例如由稍后将描述的图像处理单元309来执行组合。
图像处理单元309对获取的散斑对比度图像执行各种类型的图像处理。例如，图像处理单元309可以对获取的散斑对比度图像执行关于亮度、对比度、色调等的调整的处理。
此外，图像处理单元309可以组合与多个偏振光相对应的散斑对比度图像。作为具体示例，图像处理单元309可以通过平均与多个偏振光相对应的散斑对比度图像之间的每个像素的像素值来组合与多个偏振光相对应的散斑对比度图像。
同时，上述分析单元307和图像处理单元309不限于仅散斑对比度图像，并且可以使用作为散斑对比度图像的生成源的散斑图像作为前述各种类型的处理目标。
输出控制单元311使输出单元317输出各种类型的信息作为显示信息，以呈现该信息。例如，输出控制单元311可以使输出单元317输出针对每个偏振光生成的散斑对比度图像或者作为散斑对比度图像的生成源的散斑图像作为显示信息。另外，输出控制单元311可以使输出单元317输出由图像处理单元309组合与多个偏振光相对应的散斑对比度图像而获得的图像或者通过组合作为散斑对比度图像的生成源的散斑图像而获得的图像，作为显示信息。此外，输出控制单元311可以使输出单元317输出根据分析单元307的分析结果的信息(例如，作为观察目标的对象的速度)。另外，输出控制单元311可以响应于分析单元307的确定结果，控制从输出单元317输出的信息。
此外，输出控制单元311可以关联两种或更多种上述各种类型的信息，并使输出单元317输出相关联的信息。作为具体示例，输出控制单元311可以使输出单元317输出显示信息，在该显示信息中，根据基于散斑对比度图像计算的对象的速度的计算结果的信息叠加在散斑对比度图像上。此外，输出控制单元311可以使输出单元317输出显示信息，在该显示信息中，相应偏振光的散斑对比度图像和相应偏振光的散斑图像中的两个或更多个图像被关联地呈现。作为具体示例，输出控制单元311可以使输出单元317输出排列和呈现两个或更多图像的显示信息。此外，作为另一示例，输出控制单元311可以使输出单元317输出所谓的画中画(PIP)图像作为显示信息，在该显示信息中，在图像的区域上叠加有另一图像。另外，输出控制单元311可以根据预定条件选择性地切换作为显示信息的要从输出单元317输出的信息。
同时，上述功能配置仅仅是示例，并且如果能实现每个部件的前述操作，则医学观察系统的功能配置不必限于图11所示的示例。作为具体示例，检测单元313和输出单元317中的至少任一个以及控制单元301可以集成。此外，作为另一示例，控制单元301的一些功能可以设置在控制单元301的外部。此外，控制单元301的至少一些功能可以通过多个协同操作的装置来实现。此外，在不脱离根据本实施例的医学观察系统的上述技术特征的情况下，可以改变医学观察系统的一些部件或者可以进一步添加其他部件。
同时，包括与图11所示的控制单元301相对应的部件的设备与“医学观察设备”的示例相对应。
上面已经参考图11描述了根据本公开的实施例的医学观察系统的功能配置的示例，特别关注于控制医学观察系统的每个部件的操作的控制单元的功能配置的示例。
<3.4.处理>
随后，将描述根据本公开的实施例的医学观察系统的一系列处理的流程的示例，特别关注于图11中所示的控制单元301的操作。例如，图12是示出根据本公开实施例的医学观察系统的一系列处理的流程的示例的流程图。
首先，检测单元313单独检测由图10所示的分支光学系统213等(成像)从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光。检测单元313根据多个偏振光的检测结果单独地向控制单元301输出图像(散斑图像)(S101)。
控制单元301(算术运算单元305)单独地获取根据来自检测单元313的多个偏振光的检测结果的图像。控制单元301(算术运算单元305)对多个偏振光的检测结果单独地应用预定的算术运算处理。作为具体示例，控制单元301(算术运算单元305)使用根据多个偏振光的检测结果的图像(散斑图像)的每个像素作为关注像素来计算散斑对比度，并且基于关于多个偏振光的计算结果来生成散斑对比度图像(S103)。
随后，控制单元301(处理单元303)根据针对多个偏振光的检测结果的算术运算结果中的至少一些偏振光的算术运算结果，执行关于观察身体患部的处理。作为具体示例，控制单元301(处理单元303)基于相对于多个偏振光生成的散斑对比度图像中的至少一些，执行关于身体患部的观察的处理(S105)。
作为更具体的示例，控制单元301(分析单元307)可以基于包括在散斑对比度图像的一区域中的像素的像素值，来计算包括在至少该区域中的对象的移动速度。另外，控制单元301(输出控制单元311)可以使输出单元317输出针对各个偏振光生成的散斑对比度图像中的至少一些，作为显示信息。此外，控制单元301(图像处理单元309)可以通过将与多个偏振光相对应的散斑对比度图像之间的每个像素的像素值求平均来组合与多个偏振光相对应的散斑对比度图像。在这种情况下，组合的图像可以用作相对于分析的前述处理或相对于输出的前述处理的目标。
上面已经参考图12描述了根据本公开的实施例的医学观察系统的一系列处理的流程的示例，特别关注于图11所示的控制单元301的操作。
<3.5.变形例>
随后，将描述根据本公开实施例的医学观察系统的变形例。
(变形例1：用于单独检测每个偏振光的配置的示例)
首先，作为变形例1，将描述用于将来自身体患部的光分离成多个偏振光并单独地检测(成像)每个偏振光的配置的示例，特别关注与图9所示的示例中的分支光学系统213和成像元件215和217相对应的配置。例如，图13是用于描述根据变形例1的医学观察系统的概述的说明图，并且示出了用于将来自身体患部的光分离成多个偏振光并且单独检测每个偏振光的配置的示例。
根据变形例1的医学观察系统与根据前述实施例的医学观察系统(例如，参考图9和图10)的不同之处在于，来自身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光，并且每个偏振光由单个成像元件单独地检测。具体地，在图13中，附图标记231表示分支光学系统，该分支光学系统将入射光分成具有不同偏振方向的多个偏振光，并且与图9所示的示例中的分支光学系统213相对应。另外，附图标记233示意性地示出了与图9中所示的示例中的成像元件215和217的成像元件和图11中所示的示例中的检测单元313(即，第一成像单元313a和第二成像单元313b)相对应的成像元件。
即，在图13所示的示例中，通过分支光学系统231从入射光(即，来自身体患部的光)分离的多个偏振光中的一些被引导到(成像到)由成像元件233的光接收表面中的由附图标记235a表示的区域。此外，多个偏振光中的其他偏振光被引导至(成像到)由成像元件233的光接收表面中的由附图标记235b表示的区域。即，在图13所示的示例中，基于成像元件233的光接收表面的区域235a和235b的偏振光检测结果(成像结果)，单独地生成图像(散斑图像)，并且对这些图像单独执行散斑对比度处理。因此，单独地生成关于从入射光分离的多个偏振光的散斑对比度图像。
根据前述特征，根据变形例1的医学观察系统可以使用单个成像元件捕捉关于多个偏振光的散斑图像。同时，在图13所示的示例中，存在以下情况，即在从入射光分离的多个偏振光之间，在偏振光被引导至成像元件233的成像表面的对应区域所通过的光路之间产生了差异。在这种情况下，可以例如通过插入另一光学系统(例如，中继透镜)来相对于至少一个偏振光调节光路。
上面已经描述了用于将来自身体患部的光分离成多个偏振光并单独检测(成像)每个偏振光的配置的示例，特别关注与图9所示的示例中的分支光学系统213和成像元件215和217相对应的配置，作为参照图13的变形例1。
(变形例2：用于单独检测每个偏振光的配置的另一示例)
随后，作为变形例2，将描述用于将来自身体患部的光分离成多个偏振光并单独检测(成像)每个偏振光的配置的另一示例，特别关注与图9中所示的示例中的分支光学系统213和成像元件215和217相对应的配置。例如，图14是用于描述根据变形例2的医学观察系统的概述的说明图，并且示出了用于将来自身体患部的光分离成多个偏振光并且单独检测每个偏振光的配置的示例。
在根据变形例2的医学观察系统中，来自身体患部的光被分离成具有不同偏振方向的多个偏振光，并且每个偏振光由单个成像元件单独检测，与根据变形例1的医学观察系统中一样。另一方面，在根据变形例2的医学观察系统中，图像传感器的光接收表面以比根据变形例1的医学观察系统的情况更精细的单位被分成多个区域，并且与入射光分离的多个偏振光中的任一个被引导到(成像到)多个划分区域中的每一个。
例如，在图14中，附图标记253表示偏振分离元件，该偏振分离元件将入射光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光。即，与图13所示的示例中的分支光学系统231相对应的配置包括图14所示的示例中的多个偏振分离元件253。偏振分离元件253可以由例如PBS、各向异性晶体等组成。此外，附图标记255示意性地表示与图13所示的示例中的成像元件233相对应的成像元件。即，图14所示的示例中的成像元件255与图9所示的示例中的成像元件215和217以及图11所示的示例中的检测单元313(即，第一成像单元313a和第二成像单元313b)相对应。在图14所示的示例中，多个偏振分离元件253将入射光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光。然后，由多个偏振分离元件253从入射光分离的多个偏振光分别被引导到(成像到)成像元件255的光接收表面的不同区域。
根据前述特征，在图14所示的示例中，用于将一些入射光引导至偏振分离元件253的光学系统251可以设置在偏振分离元件253的前一级。例如，光学系统251可以被配置为其中排列有聚光透镜的阵列透镜。
根据上述配置，由一些偏振分离元件253从入射光分离的多个偏振光中的一些被引导到(成像到)成像元件255的光接收表面中的由附图标记257a表示的区域。多个偏振光中的其他偏振光被引导到(成像到)成像元件255的光接收表面中的由附图标记257b表示的区域。同时，由偏振分离元件253分离的多个偏振光被引导至的区域(例如，区域257a和257b)可以被指定为包括构成成像元件255的光接收表面的一个或多个单位区域的区域(例如，线或片)。基于上述配置，在从成像元件255的光接收表面的区域当中的相同偏振方向的偏振光被引导至的区域中，偏振光的检测结果组合，以针对从入射光分离的多个偏振光中的每一个单独地生成图像(散斑图像)。然后，对针对每个偏振光生成的图像执行散斑对比度处理，以生成与偏振光相对应的散斑对比度图像。
根据上述特征，与根据变形例1的医学观察系统类似，根据变形例2的医学观察系统可以使用单个成像元件捕捉相对于多个偏振光的散斑图像。另外，与根据变形例1的医学观察系统相比，根据变形例2的医学观察系统可以减小光路之间的差异，通过该光路，由偏振分离元件253从入射光分离的多个偏振光被引导至成像元件255的成像表面的对应区域。
上面已经描述了用于将来自身体患部的光分离成多个偏振光并单独检测(成像)每个偏振光的配置的另一示例，特别关注与图9所示的示例中的分支光学系统213和成像元件215和217相对应的配置，作为参照图14的变形例2。
(变形例3：组合散斑对比度图像的方法的示例)
随后，将描述组合相对于从来自身体患部的光分离的多个偏振光生成的散斑对比度图像的方法的示例，作为变形例3。
在已经捕捉了多个偏振光的图像(偏振光图像)中，可以通过比较这些图像的一些公共区域的光强度来推断表面反射分量的强度。在与偏振光相对应的偏振光图像之间具有显著光强度差异的区域中，推断与表示较大光强度值的偏振光图像相对应的偏振光的表面反射占主导地位。因此，当组合相对于多个偏振光生成的散斑对比度图像时，例如，可以执行考虑了响应于各个偏振光的光强度的权重的加权平均，而不是像素值的简单平均。根据该配置，例如，也可以获取具有较小表面反射影响的散斑对比度图像。
同时，尽管上面已经描述了针对各个偏振光生成的散斑对比度图像的组合的示例，但是这不一定限制根据变形例3的医学观察系统的配置。作为具体示例，医学观察系统可以通过与上述组合散斑对比度图像的情况相同的方法，根据偏振光的检测结果来组合散斑图像。
具体地，存在这种情况，即在脑外科手术中，在施加生理盐水溶液的同时进行治疗，使得表面不干燥。在这种情况下，在溶液存在于表面上的状态下进行观察，因此与溶液和空气之间的界面处可能已发生表面反射。即使在这种情况下，根据变形例3的医学观察系统也可以获得表面反射的影响进一步减小的图像(例如，散斑对比度图像)。
已经在上面描述了组合相对于从来自身体患部的光分离的多个偏振光产生的散斑对比度图像的方法的示例，作为变形例3。
(变形例4：响应于每个偏振光的检测结果的控制示例)
随后，描述响应于从来自身体患部的光分离的多个偏振光的检测结果，控制在后续级中执行的处理的示例，作为变形例4。
例如，图15是用于描述根据变形例4的医学观察系统的处理的示例的说明图，并且表示用于进一步减小表面反射的影响的处理流程的示例。具体而言，如上所述，在用特定偏振光照射作为目标的对象(身体患部)的情况下，存在根据成像结果的图像信号(换言之，像素值)在具有表面反射的强影响的部分中饱和的情况。因此，在图15所示的示例中，响应于根据从来自身体患部的光分离的多个偏振光的检测结果的图像信号是否饱和，选择性地切换后续级中的处理。同时，假设在以下描述中单独地检测从来自身体患部的光分离的不同偏振方向的两个正交偏振光。此外，为了方便起见，两种偏振光中的一种被称为“第一偏振光”，并且另一种被称为“第二偏振光”。
首先，描述第一偏振光的检测结果为不饱和(S201中为否)且第二偏振光的检测结果为不饱和(S205中为否)的情况。在这种情况下，医学观察系统使用相对于第一偏振光和第二偏振光的散斑对比度计算结果(例如，散斑对比度图像)来观察身体患部(例如，评估血流运动等)(S213)。作为具体示例，医学观察系统对相对于第一偏振光和第二偏振光的散斑对比度计算结果进行平均，并使用平均的散斑对比度来观察身体患部。
接下来，将描述第一偏振光和第二偏振光的检测结果中的任一个为饱和的情况的示例。例如，当第一偏振光的检测结果为不饱和(S201中为否)并且第二偏振光的检测结果为饱和(S205中为是)时，医学观察系统使用相对于第一偏振光的散斑对比度计算结果来观察身体患部(S211)。另外，当第一偏振光的检测结果为饱和(S201中为是)并且第二偏振光的检测结果为不饱和(S203中为否)时，医学观察系统使用相对于第二偏振光的散斑对比度计算结果来观察身体患部(S209)。
另一方面，也可以设想第一偏振光的检测结果为饱和(S201中为是)并且第二偏振光的检测结果为饱和(S203中为是)的情况。在这种情况下，推断医学观察系统难以使用第一偏振光和第二偏振光的检测结果来观察身体患部。因此，医学观察系统可以通过例如输出单元向用户通知第一偏振光和第二偏振光两者的检测结果都为饱和(S207)。
上面已经参照图15描述了响应于从身体患部分离的多个偏振光的检测结果而在后续级中执行的处理的控制示例，作为变形例4。
<3.6.操作效果>
在医学领域，为了各种目的需要进行血流观察。例如，作为需要进行血液观察的示例，可以设想进行脑动脉瘤手术的情况。脑动脉瘤是指其中部分脑血管(动脉)肿胀变弱的身体部位。大面积肿胀的脑动脉瘤很可能会在未来破裂并导致出血。因此，存在例如通过挤压(即，夹闭)动脉瘤的颈部，来执行阻断血流的治疗的情况，以便预防性地阻断流向动脉瘤的血流。在此处，执行用于检查是否通过夹闭而阻断了流向动脉瘤的血流(即，有无流向动脉瘤的血流)的血流观察。
此外，检查从动脉分支的微血管(被称为穿支)没有被夹闭是夹闭动脉瘤时的一个重要环节。穿支是微血管，并且当这些血管被夹闭时，很可能会对大脑功能造成严重障碍，血管向大脑输送氧气和营养物质。尽管穿支如上所述很重要，但是它们是约1mm或更小的血管，并且很难通过超声多普勒血流计评估血流存在或不存在。另一方面，基于图像捕捉结果(例如，散斑血流成像)观察目标的技术具有比超声多普勒血流计更高的分辨率，并且即使在1mm或更小的血管中也可以检查血流的存在或不存在。
此外，如上参考图8所述，与不执行偏振光分离的正常观察相比，在观察目标处于停止状态的情况下，通过基于从来自观察目标(身体患部)的光分离的偏振光进行观察，可以获得更高的散斑对比度。此外，即使在观察目标的运动足够快的情况下，散斑对比度也会降低到与正常观察中相同的程度。根据这样的特征，通过基于从来自观察目标(身体患部)的光分离的偏振光来执行观察，与正常观察相比，相对于观察目标的运动速度的散斑对比度的变化(动态范围)更大。根据这样的特性，例如，即使对于微小的速度变化，也可以以较高的灵敏度执行测量。
例如，由于通过捕捉血流中不显著的速度变化，可以更适当地观察微血管中的血流变化，所以可以预期允许预先防止通过夹闭而阻断血流的情况的发生的效果。具体地，对于微血管，存在这样的情况，当它们被夹子夹闭一次时，即使释放夹子，阻断状态也不会迅速恢复到初始状态。鉴于这一点，如上所述降低错误应用夹子的风险被认为是重要的，并且通过应用根据本公开的技术可以预期降低风险的效果。
此外，在基于散斑图案计算散斑对比度的情况下，通常计算特定计算区域(例如，具有以关注像素为中心的预定范围的像素区域)中的亮度平均值和亮度偏差。当计算区域增大时，所获取的散斑对比度图像的分辨率趋于降低，并因此在许多情况下计算区域的大小受到限制。另一方面，由于在有限尺寸的计算区域中计算散斑对比度，所以计算的散斑对比度值的变化倾向于响应于包括在计算区域中的像素值的尺寸而相对增大。基于这种条件获得的散斑对比度图像看起来是亮度作为整体变化的所谓的具有显著噪声的图像。
另一方面，如上所述，在根据本公开的医学观察系统中，来自观察目标(身体患部)的光被分成多个偏振光，并且针对每个偏振光单独成像散斑图案。由于针对各个偏振光形成的散斑图案通常不同，所以针对各个偏振光计算的散斑对比度值也不同。根据该特性，例如，通过对像素的像素值进行平均来组合针对各个偏振光生成的散斑对比度图像(即，可以获取噪声进一步降低的图像)，可以进一步减小亮度变化(例如，噪声)。
具体地，在存在亮度变化(例如，噪声)的情况下，存在难以识别微血管的情况。如上所述，尽管它们是微血管，但是有些部分起着重要的作用，例如，向大脑的每个部分输送氧气和营养物质的穿支。因此，可以更清楚地识别这些微血管，从而可以预期进一步降低例如微血管损伤的风险的效果。
<3.7.补充>
同时，尽管以上描述集中于主要使用散斑图像和散斑对比度图像来观察身体患部的方法，但是根据本公开的医学观察系统所应用的目标不必局限于此。即，根据本公开的医学观察系统具有特性配置，在该特新配置中，来自观察目标的光(例如，身体患部)被分离成具有不同偏振方向的多个偏振光、单独检测所述多个偏振光、然后基于多个偏振光的至少任一个检测结果来执行相对于观察目标的处理。因此，根据本公开的医学观察系统可以应用于能够通过使用成像元件捕捉目标的图像来观察目标的系统以及使用该系统的观察方法。
例如，在关注于血流观察的情况下，除了使用散斑对比度的方法之外，还可以设想使用前述光多普勒的方法和使用荧光剂的方法。
作为更具体的示例，当应用使用光多普勒的方法时，例如，可以基于从来自观察目标的光分离的多个偏振光的检测结果(成像结果)，单独地执行相对于光学频移的提取的处理。然后，可以基于与多个偏振光相对应的光学频移提取结果中的至少任一个来计算观察目标的速度(例如，血流速度)。此外，可以通过组合与多个偏振光相对应的频移提取结果并使用该结果来计算观察目标的速度(例如，血流速度)。
另外，使用荧光剂的方法是将荧光剂(例如，ICG试剂)注射到血液中并观察荧光图像的方法。在该方法中，在注射荧光剂后，通过使用成像元件对从荧光剂发出的荧光(例如，由来自光源的光激发的荧光)成像，根据血流通过血管观察荧光。因此，例如，可以通过基于荧光的观察结果执行时间分析来获得关于血流的信息。当应用该方法时，可以使用从来自观察目标的光分离的多个偏振光的成像结果(即，荧光图像)中的至少任一个，来执行前述时间分析。此外，可以基于预定条件来组合多个偏振光的成像结果，并且可以对组合结果执行前述时间分析。
尽管以上描述关注于将本公开应用于血流观察的情况，但是应用医学观察系统的目标不限于血流观察，只要可以使用根据上述本实施例的医学观察系统的特性配置即可。
<<4.硬件配置的示例>>
随后，将参照图16详细描述在根据本实施例的医学观察系统中执行各种类型的处理的信息处理设备(例如，图10所示的控制单元201、图11中所示的控制单元301等)的硬件配置的示例。图16是示出构成根据本公开实施例的医学观察系统的信息处理设备的硬件配置的配置示例的功能框图。
构成根据本实施例的医学观察系统的信息处理设备900主要包括CPU 901、ROM902和RAM 903。此外，信息处理设备900还包括主机总线907、桥接器909、外部总线911、接口913、输入装置915、输出装置917、存储装置919、驱动器921、连接端口923和通信装置925。
CPU 901用作算术运算处理装置和控制装置，并根据记录在ROM 902、RAM 903、存储装置919或可移动记录介质927中的各种程序来控制信息处理设备900中的所有或一些操作。ROM 902存储由CPU 901使用的程序、算术运算参数等。RAM 903主要存储由CPU 901使用的程序、在程序执行中适当改变的参数等。这些通过被配置为内部总线(例如，CPU总线)的主机总线907彼此连接。同时，图11所示的控制单元301的部件(即算术运算单元305(即，第一算术运算单元305a和第二算术运算单元305b))和处理单元303(即，分析单元307、图像处理单元309和输出控制单元311)可以由CPU 901实现。
主机总线907通过桥接器909连接到外部总线911(例如，外围部件互连/接口(PCI)总线)。另外，输入装置915、输出装置917、存储装置919、驱动器921、连接端口923和通信装置925通过接口913连接到外部总线911。
输入装置915是由用户操作的操作装置(例如，鼠标、键盘、触摸面板、按钮、开关、杆和踏板)。此外，输入装置915可以是例如使用红外线或其他无线电波的遥控装置(所谓的遥控器)或者与信息处理设备900的操作相对应的外部连接设备929(例如，蜂窝电话、PDA等)。此外，输入装置915可以由例如控制电路等组成，该控制电路基于用户使用前述操作装置输入的信息生成输入信号，并将输入信号输出到CPU 901。信息处理设备900的用户可以通过操作输入装置915来输入各种类型的数据或者指示相对于信息处理设备900的处理操作。
输出装置917被配置为能够在视觉上或听觉上向用户通知所获取的信息的装置。作为这样的装置，存在例如CRT显示装置、液晶显示装置、等离子显示装置、EL显示装置和灯的显示装置、例如扬声器和耳机的音频输出装置、打印机装置等。输出装置917可以输出例如通过信息处理设备900执行的各种类型的处理而获得的结果。具体地，显示装置将通过信息处理设备900执行的各种类型的处理而获得的结果显示为文本或图像。另一方面，音频输出装置将由所再现的语音数据、音频数据等组成的音频信号转换成模拟信号，并输出该模拟信号。同时，图11所示的输出单元317可以由输出装置917实现。
存储装置919是用于数据存储的装置，该存储装置919被配置为信息处理设备900的存储单元的示例。存储装置919可以被配置为例如磁存储盘(例如，硬盘驱动器(HDD))、半导体存储装置、光存储装置、磁光存储装置等。存储装置919存储由CPU 901执行的程序、各种类型的数据等。
驱动器921是用于记录介质的读取器/写入器，并且嵌入在信息处理设备900中或者附接到其外部。驱动器921读取记录在插入其中的可移动记录介质927(例如，磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器)中的信息，并将读取的信息输出到RAM 903。另外，驱动器921可以将记录写入插入其中的可移动记录介质927(例如，磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器)。可移动记录介质927可以是例如DVD介质、HD-DVD介质、蓝光(注册商标)介质等。此外，可移动记录介质927可以是紧凑型闪存(CF)(注册商标)、闪存、安全数字(SD)存储卡等。另外，可移动记录介质927可以是例如其上安装有非接触型IC芯片的集成电路(IC)卡、电子设备等。
连接端口923是用于直接连接到信息处理设备900的端口。作为连接端口923的示例，存在通用串行总线(USB)端口、IEEE 1394端口、小型计算机系统接口(SCSI)端口等。作为连接端口923的另一示例，存在RS-232C端口、光学音频终端、高清多媒体接口(HDMI)(注册商标)端口等。信息处理设备900直接从外部连接设备929获取各种类型的数据，或者通过将外部连接设备929连接到连接端口923来向外部连接设备929提供各种类型的数据。
通信装置925是被配置为用于访问通信网络(网络)931的通信装置等的通信接口。通信装置925可以是例如有线或无线局域网(LAN)、蓝牙(注册商标)、用于无线USB(WUSB)的通信卡等。此外，通信装置925可以是用于光通信的路由器、用于非对称数字用户线路(ADSL)的路由器、用于各种通信的调制解调器等。该通信装置925可以例如根据预定协议(例如，TCP/IP)例如在互联网与其他通信装置之间发送/接收信号等。另外，连接到通信装置925的通信网络931被配置为以有线或无线方式连接的网络等，并且可以是例如互联网、家庭LAN、红外通信、无线电波通信、卫星通信等。
上面已经示出能够实现构成根据本公开实施例的医学观察系统的信息处理设备900的功能的硬件配置的示例。前述部件中的每一个可以使用通用构件来配置，或者被配置为专用于每个部件的功能的硬件。因此，当实施本实施例时，可以响应于技术水平适当地改变要使用的硬件配置。同时，尽管图16中未示出，但是包括与构成医学观察系统的信息处理设备900相对应的各种配置。
同时，可以在个人计算机等中制造并安装用于实现构成根据本实施例的医学观察系统的上述信息处理设备900的每个功能的计算机程序。此外，还可以提供存储计算机程序的计算机可读记录介质。记录介质可以是例如磁盘、光盘、磁光盘、闪存等。此外，前述计算机程序可以例如通过网络分发，而不使用记录介质。此外，用于执行计算机程序的计算机的数量没有特别限制。例如，计算机程序可以由多个计算机(例如，多个服务器)协作执行。
<<5.应用示例>>
随后，将参照图17描述根据本公开实施例的医学观察系统被配置为包括显微镜单元的显微镜成像系统的情况的示例，作为医学观察系统的应用示例。
图17是用于描述根据本公开实施例的医学观察系统的应用示例的说明图，并且表示显微镜成像系统的示意性配置的示例。具体地，图17示出当使用根据本公开实施例的显微镜成像系统时，用于包括臂的操作的视频显微镜设备用作应用示例的情况的示例。
例如，图17示意性地表示使用视频显微镜设备进行手术医疗的状态。具体地，参照图17，示出作为操作者(用户)820的医生使用例如手术刀、镊子和镊子的手术工具821对手术台830上的手术目标(患者)840执行手术的状态。同时，假设手术是由作为用户820的医生对作为手术目标840的患者执行的各种医疗治疗(例如，以下描述中的外科手术和检查)的通称。此外，尽管手术的状态被示出为图17所示的示例中的手术的示例，但是使用视频显微镜设备810进行手术的手术不限于外科手术，并且可以是各种其他手术。
用于手术的视频显微镜设备810由手术台830提供。用于手术的视频显微镜设备810包括作为基座的基部811、从基部811延伸的臂部812、以及连接到臂部812的前端的作为前端单元的成像单元815。臂部812包括多个接头813a、813b和813c、通过接头813a和813b连接的多个连杆814a和814b、以及设置在臂部812前端的成像单元815。在图17所示的示例中，尽管为了简化，臂部812包括三个接头813a至813c和两个连杆814a和814b，但是考虑到臂部812和成像单元815的位置和姿势的自由度，可以适当地设置接头813a至813c和连杆814a和814b的数量和形状、接头813a至813c的驱动轴的方向等，从而实现期望的自由度。
接头813a至813c具有可旋转地连接连杆814a和814b的功能，并且通过驱动接头813a至813c的旋转来控制臂部812的操作。在此处，在以下描述中，用于手术的视频显微镜设备810的每个部件构件的位置表示在指定用于操作控制的空间中的位置(坐标)，并且每个部件构件的姿势表示相对于指定用于操作控制的空间中的任意轴的方向(角度)。另外，臂部812的操作(或操作控制)表示接头813a至813c的操作(或操作控制)以及通过执行接头813a至813c的操作(或操作控制)来改变臂部812的每个部件构件的位置和姿势(控制改变)。
成像单元815作为前端单元连接到臂部812的前端。成像单元815是获取成像目标的图像的单元，并且可以是例如能够捕捉运动图像和静止图像的相机等。如图17所示，臂部812和成像单元815的姿势和位置由视频显微镜设备810控制，以进行操作，使得设置在臂部812前端的成像单元815对手术目标840的手术部位的状态进行成像。同时，连接到臂部812的前端的作为前端单元的成像单元815的配置不受具体限制，并且成像单元815可以被配置为例如获取成像目标的放大图像的显微镜。此外，成像单元815可以被配置为使其可拆卸地附接到臂部812。根据该配置，例如，根据使用应用，成像单元815可以适当地连接到臂部812的前端，作为前端单元。同时，例如可以应用根据上述实施例的分支光学系统所应用到的成像装置，作为成像单元815。即，在本应用示例中，成像单元815或用于操作包括成像单元815的视频显微镜设备810可以与“医学观察设备”的示例相对应。此外，尽管本描述关注于成像单元815被应用为前端单元的情况，但是与臂部812的前端连接的前端单元不必限于成像单元815。
此外，例如监视器或显示器的显示装置850设置在面向用户820的位置。由成像单元815捕捉的手术部位的图像作为电子图像显示在显示装置850的显示屏上。用户820在观看显示在显示装置850的显示屏上的手术部位的电子图像的同时执行各种类型的处理。
根据上述配置，可以在通过用于手术的视频显微镜设备810对手术部位成像的同时执行手术。
同时，本公开不限于以上描述，并且在不脱离根据本公开的实施例的医学观察系统的基本概念的情况下，可以应用根据本公开的上述技术。作为具体示例，除了应用用于手术的内窥镜和显微镜的上述系统之外，根据本公开的上述技术可以适当地应用于能够通过成像装置以期望的形式捕捉身体患部的图像来观察身体患部的系统。
上面已经参考图17描述了根据本公开的实施例的医学观察系统被配置为包括显微镜单元的显微镜成像系统的情况的示例，作为医学观察系统的应用示例。
<<6.结论>>
如上所述，根据本公开实施例的医学观察系统包括照射身体患部的光源、分支光学系统、检测单元、算术运算单元和处理单元。分支光学系统将来自身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光。检测单元单独地检测多个偏振光。算术运算单元基于多个偏振光的检测结果单独地计算散斑对比度。处理单元基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一个，来执行关于身体患部的观察的处理。作为具体示例，处理单元可以计算与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果的平均值，并且基于平均计算结果执行关于身体患部的观察的处理。
与在未将来自身体患部的光分离成偏振光的情况下计算的散斑对比度相比，如上所述针对每个偏振光单独计算的散斑对比度相对于身体患部的运动速度的变化变得更大(即，动态范围变宽)。根据该特性，与观察来自身体患部的光没有分离成偏振光的情况相比，根据本公开的实施例的医学观察系统可以以高灵敏度捕捉身体患部的运动中的微小速度变化。此外，按照根据本公开的医学观察系统，因为可以使用相对于从来自身体患部的光分离的多个偏振光计算的所有散斑对比度，所以可以高效地使用来自身体患部的光。
尽管上面已经参照附图详细描述了本公开的合适实施例，但是本公开的技术范围不限于这些示例。对于本领域技术人员来说，显而易见的是，在不脱离权利要求中描述的技术精神的范围的情况下，各种变形例和修正例是可能的，并且将理解，这些示例也属于本公开的技术范围。
此外，本说明书中描述的效果是解释性的或说明性的，而不是限制性的。即，除了上述效果之外或代替上述效果，根据本公开的技术可以从本说明书获得对本领域技术人员显而易见的其他效果。
同时，以下配置也属于本公开的技术范围。
(1)一种医学观察系统，包括：光源，被配置为照亮身体患部；分支光学系统，被配置为将来自身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光；检测单元，被配置为单独地检测多个偏振光；算术运算单元，被配置为基于多个偏振光的检测结果来单独地计算散斑对比度；以及处理单元，被配置为基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
(2)根据(1)的医学观察系统，包括内窥镜单元，该内窥镜单元包括插入到患者体腔中的镜筒，其中，分支光学系统将内窥镜单元获取的来自身体患部的光分离成多个偏振光。
(3)根据(1)的医学观察系统，包括显微镜单元，该显微镜单元被配置为获取身体患部的放大图像，其中，分支光学系统将由显微镜单元获取的基于来自身体患部的光的放大图像分离成多个偏振光。
(4)一种医学观察设备，包括：分支光学系统，被配置为将来自身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光；检测单元，被配置为单独地检测多个偏振光；算术运算单元，被配置为基于多个偏振光的检测结果来单独地计算散斑对比度；以及处理单元，被配置为基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
(5)根据(4)的医学观察设备，其中，处理单元组合与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果，并且基于组合的结果执行关于身体患部的观察的处理。
(6)根据(5)的医学观察设备，其中，处理单元计算与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果的平均值，并且基于平均值的计算结果执行关于身体患部的观察的处理。
(7)根据(5)的医学观察设备，其中，处理单元基于响应于多个偏振光的光强度的权重来组合与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果，并且基于组合的结果执行关于身体患部的观察的处理。
(8)根据(4)的医学观察设备，其中，当检测到关于多个偏振光中的一些偏振光的检测结果的信号饱和时，处理单元基于与未检测到信号饱和的偏振光相对应的散斑对比度的计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
(9)根据(4)至(8)中任一项的医学观察设备，其中，检测单元包括多个成像元件，并且由分支光学系统从来自身体患部的光分离的多个偏振光在多个成像元件当中的不同成像元件上成像。
(10)根据(4)至(8)中任一项的医学观察设备，其中，检测单元包括成像元件，并且由分支光学系统从来自身体患部的光分离的多个偏振光在成像元件的光接收表面的不同区域上成像。
(11)根据(10)的医学观察设备，其中，分支光学系统包括多个偏振分离元件，该多个偏振分离元件将来自身体患部的光分离成多个偏振光，并且由多个偏振分离元件从来自身体患部的光分离的多个偏振光在成像元件的光接收表面的不同区域上成像。
(12)根据(4)至(11)中任一项的医学观察设备，其中，身体患部是血管，并且处理单元基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行对血流的观察的处理。
(13)根据(12)的医学观察设备，其中，处理单元基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，来生成呈现血流的图像。
(14)一种医学观察设备，包括：算术运算单元，被配置为基于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的检测结果，单独地计算散斑对比度；以及处理单元，被配置为基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
(15)一种使用计算机驱动医学观察设备的方法，包括：基于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的检测结果，单独地计算散斑对比度；并且基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
(16)一种程序，使计算机：基于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的检测结果，单独地计算散斑对比度；并且基于与多个偏振光相对应的散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于身体患部的观察的处理。
附图标记列表
2、3 医学观察系统
201 控制单元
203 成像单元
207 输入单元
209 输出单元
211 成像光学系统
213 分支光学系统
215 成像元件
217 成像元件
223 光源
225 传输电缆
231 分支光学系统
233 成像元件
301 控制单元
303 处理单元
305 算术运算单元
305a 第一算术运算单元
305b 第二算术运算单元
307 分析单元
309 图像处理单元
311 输出控制单元
313 检测单元
313a 第一成像单元
313b 第二成像单元
317 输出单元。

Claims (15)

1.一种医学观察系统，包括：
光源，被配置为照亮身体患部；
分支光学系统，被配置为将来自所述身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光；
检测单元，被配置为单独地检测所述多个偏振光；
算术运算单元，被配置为基于所述多个偏振光的检测结果来单独地计算散斑对比度；以及
处理单元，被配置为基于与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于所述身体患部的观察的处理。
2.根据权利要求1所述的医学观察系统，包括内窥镜单元，所述内窥镜单元包括插入到患者体腔中的镜筒，其中，
所述分支光学系统将所述内窥镜单元获取的来自所述身体患部的所述光分离成所述多个偏振光。
3.根据权利要求1所述的医学观察系统，包括显微镜单元，所述显微镜单元被配置为获取所述身体患部的放大图像，其中，
所述分支光学系统将由所述显微镜单元获取的基于来自所述身体患部的所述光的所述放大图像分离成所述多个偏振光。
4.一种医学观察设备，包括：
分支光学系统，被配置为将来自身体患部的光分离成具有不同偏振方向的多个偏振光；
检测单元，被配置为单独地检测所述多个偏振光；
算术运算单元，被配置为基于所述多个偏振光的检测结果来单独地计算散斑对比度；以及
处理单元，被配置为基于与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于所述身体患部的观察的处理。
5.根据权利要求4所述的医学观察设备，其中，所述处理单元组合与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的所述计算结果，并且基于组合的结果执行关于所述身体患部的观察的所述处理。
6.根据权利要求5所述的医学观察设备，其中，所述处理单元计算与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的所述计算结果的平均值，并且基于所述平均值的计算结果执行关于所述身体患部的观察的处理。
7.根据权利要求5所述的医学观察设备，其中，所述处理单元基于响应于所述多个偏振光的光强度的权重来组合与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的所述计算结果，并且基于组合的结果执行关于所述身体患部的观察的处理。
8.根据权利要求4所述的医学观察设备，其中，当检测到关于所述多个偏振光中的一些偏振光的检测结果的信号饱和时，所述处理单元基于与未检测到信号饱和的偏振光相对应的所述散斑对比度的所述计算结果，执行关于所述身体患部的观察的处理。
9.根据权利要求4所述的医学观察设备，其中，所述检测单元包括多个成像元件，并且
由所述分支光学系统从来自所述身体患部的所述光分离的所述多个偏振光在所述多个成像元件当中的不同成像元件上成像。
10.根据权利要求4所述的医学观察设备，其中，所述检测单元包括成像元件，并且
由所述分支光学系统从来自所述身体患部的所述光分离的所述多个偏振光在所述成像元件的光接收表面的不同区域上成像。
11.根据权利要求10所述的医学观察设备，其中，所述分支光学系统包括多个偏振分离元件，
所述多个偏振分离元件将来自所述身体患部的所述光分离成所述多个偏振光，并且
由所述多个偏振分离元件从来自所述身体患部的所述光分离的所述多个偏振光在所述成像元件的所述光接收表面的所述不同区域上成像。
12.根据权利要求4所述的医学观察设备，其中，所述身体患部是血管，并且
所述处理单元基于与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于血流的观察的处理。
13.根据权利要求12所述的医学观察设备，其中，所述处理单元基于与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，来生成呈现所述血流的图像。
14.一种医学观察设备，包括：算术运算单元，被配置为基于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的检测结果，单独地计算散斑对比度；以及
处理单元，被配置为基于与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于所述身体患部的观察的处理。
15.一种使用计算机驱动医学观察设备的方法，包括：
基于从来自身体患部的光分离的具有不同偏振方向的多个偏振光的检测结果，单独地计算散斑对比度；并且
基于与所述多个偏振光相对应的所述散斑对比度的计算结果中的至少任一计算结果，执行关于所述身体患部的观察的处理。
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