JP2009136396A - 撮像システム、撮像方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】内部の血管を画像から特定することができる撮像システムを提供すること。
【解決手段】撮像システムは、オブジェクトに照射する光を発光する発光部と、発光部からの光によって生じるオブジェクトからの光により、オブジェクトを連続的に撮像する撮像部と、第１のタイミングにおいて、前発光部からの光がオブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を撮像部に撮像させ、第２のタイミングにおいて、発光部からの光によるオブジェクトからの光により発光画像を撮像部に撮像させる制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像システム、撮像方法、およびプログラムに関する。本発明は、特に、画像を撮像する撮像システムおよび撮像方法、ならびに当該撮像システム用のプログラムに関する。

光源からの赤色光束の眼底での反射光をハーフミラーにより瞳孔の異なる位置から取り出して、これらの光束を干渉させることによって得られたビート信号を周波数分析して、血流速度を算出する検眼装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この検眼装置では、光源の発光量と光電センサの受光量から緑色光束の反射率を求め、光源の発光量と光電センサの受光量から赤色光束に対する反射率を求め、双方の反射率の比から血中酸素を算出する。また、緑色のトラッキング光により血管径を算出する眼科診断装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２―２３８８５０号公報 特開平１０―２０１７１４号公報

特許文献１および特許文献２の技術では、緑色のトラッキング光を使用するので、表層から深部に存在する血管の位置の特定精度は、より長い波長領域の光を利用する場合に比べて低い。また、特許文献１の技術では、緑色のトラッキング光およびトラッキング光とは異なる波長のレーザ光を利用するので、光学系が複雑になってしまう。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、撮像システムであって、オブジェクトに照射する光を発光する発光部と、発光部からの光によって生じるオブジェクトからの光により、オブジェクトを連続的に撮像する撮像部と、第１のタイミングにおいて、前発光部からの光がオブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を撮像部に撮像させ、第２のタイミングにおいて、発光部からの光によるオブジェクトからの光により発光画像を撮像部に撮像させる制御部とを備える。

発光部は、オブジェクトの内部のルミネッセンス物質を励起する光を発光し、撮像部は、第２のタイミングにおいて、発光部からの光によって励起されてルミネッセンス物質が発した光により、発光画像を撮像してよい。発光部は、コヒーレントな光を発光し、制御部は、第１のタイミングにおいて、発光部が発光する光をオブジェクトに照射させ、第２のタイミングにおいて、第１のタイミングにおいてオブジェクトに照射する光よりコヒーレンス度を低下させた光をオブジェクトに照射させる発光制御部を有してよい。

発光制御部は、第１のタイミングにおいてオブジェクトに照射される光の強度より高い強度の光を、第２のタイミングにおいてオブジェクトに照射させてよい。発光制御部は、第１のタイミングにおいて、発光部が発光した光を減光フィルタ部を通過させて照射させ、第２のタイミングにおいて、発光部が発光した光を減光フィルタ部を通過させずにオブジェクトに照射させてよい。

発光制御部は、第１のタイミングにおいて、発光部が発光した光を第１減光フィルタ部を通じてオブジェクトに照射させ、第２のタイミングにおいて、発光部が発光した光を、第１減光フィルタ部より高い透過率を有する第２減光フィルタ部を通じてオブジェクトに照射させてよい。発光制御部は、第１のタイミングにおいて発光部が発する光の強度より高い強度の光を、第２のタイミングにおいて発光部に発光させてよい。

ルミネッセンス物質が発する光の波長領域における光の透過率が、発光部が発光した光の波長領域における光の透過率より高い光フィルタ部をさらに備え、撮像部は、オブジェクトからの光を光フィルタ部を通過させて受光することにより、干渉光画像および発光画像を撮像してよい。発光制御部は、第２のタイミングにおいて、発光部の位置を振動させることによって、コヒーレンス度を低下させた光をオブジェクトに照射させてよい。発光制御部は、第２のタイミングにおいて、発光部が発光した光を異なる複数の光路を通じてオブジェクトに照射することによって、コヒーレンス度を低下させた光をオブジェクトに照射させてよい。

制御部は、第３のタイミングにおいて、ルミネッセンス物質が発する光の波長領域および発光部が発光する光の波長領域のいずれとも異なる波長領域の光をオブジェクトに照射することによるオブジェクトからの光により、光画像を撮像部に撮像させてよい。撮像部が撮像した複数の干渉光画像の画像内容に基づいて、干渉光画像における流れを有する領域である流れ領域を特定する領域特定部と、発光画像における流れ領域を他の領域より強調した画像を生成する画像生成部とをさらに備えてよい。

本発明の第２の形態によると、撮像方法であって、オブジェクトに照射する光を発光する発光段階と、発光段階において発光された光によって生じるオブジェクトからの光により、オブジェクトを撮像部が連続的に撮像する撮像段階と、第１のタイミングにおいて、前発光段階において発光された光がオブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を撮像部に撮像させ、第２のタイミングにおいて、発光段階において発光された光によるオブジェクトからの光により発光画像を撮像部に撮像させる制御段階とを備える。

本発明の第３の形態によると、撮像システム用のプログラムであって、撮像装置を、オブジェクトに照射する光を発光する発光部、発光部からの光によって生じるオブジェクトからの光により、オブジェクトを連続的に撮像する撮像部、第１のタイミングにおいて、前発光部からの光がオブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を撮像部に撮像させ、第２のタイミングにおいて、発光部からの光によるオブジェクトからの光により発光画像を撮像部に撮像させる制御部として機能させる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態の撮像システム１０の構成の一例を検体２０とともに示す。撮像システム１０は、内視鏡１００、画像生成部１４０、出力部１８０、制御部１０５、光照射部１５０、およびＩＣＧ注入部１９０を備える。なお、図１において、Ａ部は、内視鏡１００の先端部１０２を拡大して示す。

ＩＣＧ注入部１９０は、ルミネッセンス物質であるインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を、オブジェクトの一例である検体２０に注入する。なお、本実施形態においてルミネッセンス物質としてＩＣＧを例示するが、ルミネッセンス物質として、ＩＣＧ以外の蛍光物質を用いてもよい。

ＩＣＧは、たとえば波長７５０ｎｍの赤外線に励起されて、８１０ｎｍを中心とするブロードなスペクトルの蛍光を発する。検体２０が生体である場合、ＩＣＧ注入部１９０は、静脈注射によってＩＣＧを生体の血管内に注入する。撮像システム１０は、ＩＣＧからのルミネッセンス光により、生体内の血管を撮像する。なお、オブジェクトからの光の一例であるルミネッセンス光は、特定波長領域を有しており、蛍光および燐光を含む。また、ルミネッセンス光は、励起光等の光による光ルミネッセンスの他に、化学ルミネッセンス、摩擦ルミネッセンス、熱ルミネッセンスによるルミネッセンス光を含む。なお、この発明におけるオブジェクトとは、血管、胃、腸等の臓器等の生体の他にも、遺構等の自然物、工業製品等のような生体以外の物を含む概念であってよい。

なお、ＩＣＧ注入部１９０は、例えば制御部１０５による制御によって、生体内のＩＣＧ濃度が略一定に維持されるよう、ＩＣＧを検体２０に注入する。なお、検体２０は、たとえば人体等の生体であってよく、撮像システム１０が処理する画像の撮像対象となる。なお、検体２０の内部には血管等のオブジェクトが存在する。

内視鏡１００は、撮像部１１０、ライトガイド１２０、および鉗子口１３０を有する。内視鏡１００の先端部１０２には、撮像部１１０の一部としてのレンズ１１２を有する。また先端部１０２には、ライトガイド１２０の一部としての出射口１２４を有する。また、内視鏡１００の先端部１０２は、ノズル１３８を有する。

鉗子口１３０には鉗子１３５が挿入され、鉗子口１３０は鉗子１３５を先端部１０２にガイドする。なお、鉗子１３５は、各種の先端形状を備えてよい。なお、鉗子口１３０には、鉗子の他に、生体を処置する種々の処置具が挿入されてよい。ノズル１３８は、水あるいは空気を送出する。

光照射部１５０は、内視鏡１００の先端部１０２から照射される光を発生する。光照射部１５０で発生する光は、検体２０の内部に含むルミネッセンス物質を励起してルミネッセンス光を発光させる励起光の一例としての赤外線、および検体２０に照射する照射光を含む。照射光には、たとえばＲ成分、Ｇ成分、およびＢ成分の成分光を含む。

ライトガイド１２０は、例えば光ファイバで形成される。ライトガイド１２０は、光照射部１５０で発生した光を内視鏡１００の先端部１０２にガイドする。ライトガイド１２０は、先端部１０２に設けられた出射口１２４を含むことができる。光照射部１５０で発生した光は、出射口１２４から検体２０に照射される。

撮像部１１０は、ルミネッセンス物質が発する光および照射光がオブジェクトで反射する反射光の少なくとも一方を受光する。画像生成部１４０は、撮像部１１０から取得した受光データを処理することによって画像を生成する。出力部１８０は、画像生成部１４０が生成した画像を出力する。

制御部１０５は、撮像制御部１６０および発光制御部１７０を有する。撮像制御部１６０は、撮像部１１０による撮像を制御する。また、発光制御部１７０は、撮像制御部１６０からの制御を受けて、光照射部１５０を制御する。たとえば撮像部１１０が、赤外線と、Ｒ成分、Ｇ成分、およびＢ成分の光を含む照射光とを用いて時分割で撮像する場合に、発光制御部１７０は、各成分光の照射のタイミングと撮像のタイミングとを同期させるよう、光照射部１５０から検体２０に照射される光を制御する。

なお、撮像部１１０は、例えばルミネッセンス光による撮像に代えて、所定の間隔で検体２０からの反射散乱光が干渉した干渉光による干渉光画像を撮像する。そして、領域特定部１４５は、干渉光画像の画像内容に基づいて、画像上における流れのある領域を特定する。そして、画像生成部１４０は、ルミネッセンス光によって撮像された画像および照射光によって撮像された画像における、領域特定部１４５が特定した領域を強調して、出力部１８０に供給する。

図２は、撮像部１１０の構成の一例を示す。撮像部１１０は、レンズ１１２、撮像デバイス２１０、分光フィルタ部２２０、および光フィルタ部２３０を有する。撮像デバイス２１０は、第１受光素子２５１ａを含む複数の第１受光素子２５１、第２受光素子２５２ａおよび第２受光素子２５２ｂを含む複数の第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３ａを含む複数の第３受光素子２５３を含む。

以下に、撮像部１１０が有する構成要素の機能および動作を説明する。以下の説明においては、説明が複雑になることを防ぐべく、複数の第１受光素子２５１を総称して第１受光素子２５１と呼び、複数の第２受光素子２５２を総称して第２受光素子２５２と呼び、複数の第３受光素子２５３を総称して第３受光素子２５３と呼ぶ場合がある。また、複数の第１受光素子２５１、複数の第２受光素子２５２、複数の第３受光素子２５３を総称して、単に受光素子と呼ぶ場合がある。

第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３は、レンズ１１２を通じて供給されたオブジェクトからの光を受光する。具体的には、第１受光素子２５１は、特定波長領域の光および特定波長領域と異なる第１波長領域の光を受光する。また、第２受光素子２５２は、特定波長領域と異なる第２波長領域の光を受光する。また、第３受光素子２５３は、特定波長領域、第１波長領域、および第２波長領域と異なる第３波長領域の光を受光する。

なお、第１波長領域、第２波長領域、および第３波長領域は互いに異なる波長領域であって、他の波長領域が含まない波長領域を含む。また、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３は、所定のパターンで２次元的に配列されている。

分光フィルタ部２２０は、第１波長領域の光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光のいずれかの光を通過する複数のフィルタ要素を含む。各フィルタ要素は、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３のそれぞれの受光素子に応じて２次元的に配列されている。個々の受光素子は、個々のフィルタ要素が通過した光を受光する。このように、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、第３受光素子２５３は、互いに異なる波長領域の光を受光する。

光フィルタ部２３０は、オブジェクトと第２受光素子２５２および第３受光素子２５３の間に少なくとも設けられ、励起光の波長領域の光をカットする。そして、第２受光素子２５２および第３受光素子２５３は、オブジェクトからの反射光を光フィルタ部２３０を通じて受光する。このため、第２受光素子２５２および第３受光素子２５３は、励起光がオブジェクトから反射した反射光を実質的に受光することがない。

なお、光フィルタ部２３０は、励起光の波長領域の光および特定波長領域の光をカットしてもよい。この場合、第２受光素子２５２および第３受光素子２５３は、一例としてオブジェクトからのルミネッセンス光を実質的に受光することがない。

なお、光フィルタ部２３０は、分光フィルタ部２２０と同様に、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３のそれぞれの受光素子に応じて２次元的に配列されたフィルタ要素を含んでよい。そして、第１受光素子２５１に光を供給するフィルタ要素は、第１波長領域および特定波長領域の光、ならびに励起光を少なくとも通過させる。一方、第２受光素子２５２に光を供給するフィルタ要素は、励起光の波長領域の光および特定波長領域の光をカットして、第２波長領域の光を少なくとも通過させる。また、第３受光素子２５３に光を供給するフィルタ要素は、励起光の波長領域の光および特定波長領域の光をカットして、第３波長領域の光を少なくとも通過させる。

画像生成部１４０は、第１受光素子２５１ａ、第２受光素子２５２ａ、第２受光素子２５２ｂ、および第３受光素子２５３ａが受光した受光量に少なくとも基づいて、１画素の画素値を決定する。すなわち、第１受光素子２５１ａ、第２受光素子２５２ａ、第２受光素子２５２ｂ、および第３受光素子２５３ａの２次元配列構造により一の画素素子が形成され、当該画素素子配列が２次元的に配列されることによって複数の画素素子が形成される。なお、受光素子は、本図に示した配列構造に限られず、多様な配列構造で配列されてよい。

図３は、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３の分光感度特性の一例を示す。線３３０、線３１０、および線３２０は、それぞれ第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３の分光感度分布を示す。例えば、第１受光素子２５１は、他の受光素子が実質的に感度を有しない６５０ｎｍ近傍の波長の光に感度を有する。また、第２受光素子２５２は、他の受光素子が実質的に感度を有しない４５０ｎｍ近傍の波長の光に感度を有する。また、第３受光素子２５３は、他の受光素子が実質的に感度を有しない５５０ｎｍ近傍の波長の光に感度を有する。

このように、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３は、それぞれＲ成分の光、Ｂ成分の光、およびＧ成分の光を受光する。また、第１受光素子２５１は、特定波長領域の一例である赤外領域の光（例えば、７５０ｎｍの励起光）および検体２０に照射する赤外領域の光も受光することができる。なお、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３は、一例としてＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子であってよい。そして、光フィルタ部２３０の分光透過率、分光フィルタ部２２０が含むフィルタ要素の分光透過率、および撮像素子自体の分光感度の組合せによって、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３は、それぞれ線３３０、線３１０、および線３２０で示す分光感度特性を持つ。

図４は、光照射部１５０の構成の一例を示す。光照射部１５０は、発光部４１０、減光フィルタ部４３０、および光源側フィルタ部４２０を有する。発光部４１０は、励起光の波長領域、第１波長領域、第２波長領域、および第３波長領域を含む波長領域の光を発光する。

なお、発光部４１０は、コヒーレンスな光を発光するレーザ光源を含んでよい。一例として、発光部４１０は、第１波長領域、第２波長領域、および第３波長領域の光を発光する可視光光源と、特定波長領域の光を発光するレーザ光源とを含んでよい。なお、減光フィルタ部４３０は、励起光の波長領域の光を減光させるが、減光フィルタ部４３０の使用方法については後に説明する。

図５は、光源側フィルタ部４２０の構成の一例を示す。図５は、発光部４１０から光源側フィルタ部４２０に光が導かれる方向に見た場合の構造を示す。光源側フィルタ部４２０は、照射光カットフィルタ部５２０および励起光カットフィルタ部５１０を含む。なお、発光制御部１７０は、光源側フィルタ部４２０の中心軸を中心として、発光部４１０が発光した光が進む方向に略垂直な面内で、光源側フィルタ部４２０を回転させる。

励起光カットフィルタ部５１０は、第１波長領域の光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光を通過して、励起光の波長領域の光をカットする。また、照射光カットフィルタ部５２０は、励起光の波長領域の光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光を通過する。なお、照射光カットフィルタ部５２０は、第１波長領域の光もカットすることが望ましい。なお、発光部４１０からの光は、光源側フィルタ部４２０の中心軸からずれた位置に導かれる。

したがって、発光部４１０からの光が励起光カットフィルタ部５１０に導かれているタイミングでは、発光部４１０からの光のうち、励起光の波長領域の光は励起光カットフィルタ部５１０によりカットされ、第１波長領域の光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光は励起光カットフィルタ部５１０を通過する。したがって、このタイミングでは、第１波長領域の光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光がオブジェクトに照射されることになる。

一方、発光部４１０からの光が照射光カットフィルタ部５２０に導かれているタイミングでは、発光部４１０からの光のうち、励起光の波長領域の光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光が照射光カットフィルタ部５２０を通過する。したがって、このタイミングでは、励起光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光がオブジェクトに照射されることになる。このようにして、光照射部１５０は、オブジェクトに照射する光を発光する。

以下に、光照射部１５０から照射された光によって撮像部１１０が撮像する撮像動作について説明する。撮像部１１０は、発光部４１０からの光によって生じるオブジェクトからの光により、オブジェクトを連続的に撮像する。具体的には、撮像部１１０は、撮像制御部１６０の制御により、可視光である第１波長領域の光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光が照射されているタイミングで、照射された光を検体２０が反射した反射光を受光する。そして、画像生成部１４０は、撮像部１１０が受光した光の受光量に基づいて可視光画像を生成する。

また、撮像部１１０は、撮像制御部１６０の制御により、励起光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光が照射されているタイミングで、オブジェクトの内部のＩＣＧが発したルミネッセンス光と、検体２０による第２波長領域の光および第３波長領域の光の反射光とを受光する。そして、画像生成部１４０は、撮像部１１０が受光したルミネッセンス光の受光量に基づいてルミネッセンス光画像を生成するとともに、第２波長領域の光および第３波長領域の光の受光量と、他のタイミングにおいて撮像部１１０が受光した第１波長領域の光の受光量とに基づいて可視光画像を生成する。

また、撮像部１１０は、撮像制御部１６０の制御により、所定のタイミングにおいて、ルミネッセンス光による撮像に代えて、干渉光により撮像する。具体的には、所定のタイミングにおいて、撮像部１１０は、撮像部１１０は、励起光がオブジェクトによって散乱された散乱光を受光する。そして、画像生成部１４０は、散乱光の受光量に基づいて、散乱光が干渉した干渉光による干渉光画像を生成する。

なお、発光部４１０は、コヒーレントな光を発光する。これにより、撮像部１１０は、所定のタイミングにおいて、干渉光による干渉光画像を撮像することができる。一方、撮像部１１０がルミネッセンス光画像を撮像する場合には、コヒーレンスがより低い光をオブジェクトに照射することが望ましい。この場合、発光制御部１７０は、励起光を照射する期間にわたって発光部４１０を振動させることによって、コヒーレンスを低下させる。

また、発光制御部１７０は、干渉光画像を撮像する所定のタイミングにおいては、発光部４１０と光源側フィルタ部４２０との間（具体的には、所定のタイミングにおける発光部４１０と照射光カットフィルタ部５２０との間の光路間）に、減光フィルタ部４３０を挿入する。これにより、干渉光画像を撮像する所定のタイミングにおいては、ルミネッセンス光画像を撮像するタイミングにおける励起光の強度に比べて減光される。

ルミネッセンス光の強度は、励起光の反射散乱光より強い場合が多い。このため、ルミネッセンス光の受光感度を所定値以上にすることができる受光時間だけ反射散乱光を第１受光素子２５１に受光させると、第１受光素子２５１の受光量が最大受光量に達してしまう場合がある。しかしながら、本実施形態によると、干渉光画像を撮像するタイミングでは減光フィルタ部４３０を光路間に挿入するので、第１受光素子２５１の受光量が最大受光量に達することを未然に防ぐことができる。

図６は、撮像部１１０による撮像タイミングおよび画像生成部１４０が生成した画像の一例を示す。撮像制御部１６０は、時刻ｔ６００、ｔ６０１、ｔ６０２、ｔ６０３、ｔ６０４、ｔ６０５・・・において、オブジェクトからの光により撮像部１１０に撮像させる。

発光制御部１７０は、撮像制御部１６０によるタイミング制御により、時刻ｔ６００、ｔ６０１、ｔ６０３、およびｔ６０４を含む第１のタイミングにおいて、発光部４１０が発光した光を励起光カットフィルタ部５１０を通じてオブジェクトに照射させる。すなわち、発光制御部１７０は、第１のタイミングにおいて、第１波長領域、第２波長領域、および第３波長領域を含む波長領域の光をオブジェクトに照射する。このように、発光制御部１７０は、第１のタイミングにおいて、ルミネッセンス物質が発する光の波長領域および発光部４１０が発光する光の波長領域のいずれとも異なる波長領域の光をオブジェクトに照射させる。

そして、撮像制御部１６０は、第１のタイミングにおいて、第１波長領域、第２波長領域、および第３波長領域を含む波長領域の光をオブジェクトに照射してオブジェクトから反射した反射光のうち、第１波長領域の光を第１受光素子２５１に受光させ、反射光のうち第２波長領域の光を第２受光素子２５２に受光させ、反射光のうち第３波長領域の光を第３受光素子２５３に受光させる。このように、撮像制御部１６０は、第１のタイミングにおいて、オブジェクトからの第１波長領域の光を第１受光素子２５１に受光させ、オブジェクトからの第２波長領域の光を第２受光素子２５２に受光させ、オブジェクトからの第３波長領域の光を第３受光素子２５３に受光させる。

また、時刻ｔ６０２を含む第２のタイミングにおいては、発光制御部１７０は、撮像制御部１６０によるタイミング制御により、発光部４１０が発光した光を照射光カットフィルタ部５２０を通じてオブジェクトに照射させる。このように、発光制御部１７０は、第２のタイミングにおいて、励起光、第２波長領域、および第３波長領域を含む波長領域の光をオブジェクトに照射する。

なお、発光制御部１７０は、第２のタイミングにおいて、発光部４１０の位置を振動させることによって、コヒーレンス度を低下させた光をオブジェクトに照射させる。具体的には、発光制御部１７０は、第１受光素子２５１が光を蓄積する光蓄積期間にわたって発光部４１０の位置を振動させることによって、光蓄積期間にわたる期間全体で見た場合における光のコヒーレンス度を実効的に低下させる。

なお、発光制御部１７０は、第２のタイミングにおいて、発光部４１０が発光した光を異なる複数の光路を通じてオブジェクトに照射させることによって、コヒーレンス度を低下させた光をオブジェクトに照射してもよい。このように、発光制御部１７０は、第２のタイミングにおいて、第１のタイミングにおいてオブジェクトに照射する光よりコヒーレンス度を低下させた光をオブジェクトに照射させる。なお、第２のタイミングにおいては、発光制御部１７０は、発光部４１０が発光した光を減光フィルタ部４３０を通過させずにオブジェクトに照射させる。

そして、第２のタイミングにおいては、撮像制御部１６０は、オブジェクトが発光した特定波長領域の光を、第１受光素子２５１に受光させる。すなわち、撮像制御部１６０は、第２のタイミングにおいて、オブジェクトからの特定波長領域の光を第１受光素子２５１に受光させる。

このように、制御部１０５は、第２のタイミングにおいて、第１波長領域の光をオブジェクトに照射せずに、励起光、第２波長領域の光、および第３波長領域の光をオブジェクトに照射して、オブジェクトが発光した特定波長領域の光を第１受光素子２５１に受光させるとともに、オブジェクトから反射した反射光のうち第２波長領域の光を第２受光素子２５２に受光させ、反射光のうち第３波長領域の光を第３受光素子２５３に受光させる。なお、励起光の波長領域は、第１波長領域、第２波長領域、および第３波長領域のいずれとも異なる波長領域であって、第１波長領域、第２波長領域、および第３波長領域に含まれない波長領域を含む。

時刻ｔ６０５を含む第３のタイミングにおいては、制御部１０５は、干渉光画像６２０ｆを撮像部１１０に撮像させる。具体的には、発光制御部１７０は、撮像制御部１６０によるタイミング制御により、発光部４１０が発光した光を照射光カットフィルタ部５２０を通じてオブジェクトに照射させる。第３のタイミングにおいて、発光制御部１７０は、発光部４１０が発光する、コヒーレントな光をオブジェクトに照射させる。発光部４１０はコヒーレントな励起光を発光しているので、血液成分等の微粒子を含むオブジェクトからの反射散乱光は干渉し得る。そして、第３のタイミングにおいては、撮像制御部１６０は、オブジェクトからの反射散乱光を、第１受光素子２５１に受光させる。なお、発光制御部１７０は、第３のタイミングにおいて、発光部４１０が発光した光を減光フィルタ部４３０を通過させて照射させる。

なお、発光制御部１７０は、第３のタイミングにおいても、第２のタイミングと同様に、第２波長領域、第３波長領域の光もオブジェクトに向けて照射させる。つまり、第３のタイミングにおける励起光のコヒーレンスは第２タイミングと異なるが、第３のタイミングにおいてオブジェクトに照射される光の波長領域は、第２のタイミングにおいてオブジェクトに照射される光の波長領域と実質的に同じとなる。そして、撮像制御部１６０は、第３のタイミングにおいても、第２のタイミングにおける制御と同様に撮像部１１０を制御することができる。

以上説明したように、制御部１０５は、第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３に受光させる光の波長領域を制御する。そして、画像生成部１４０は、それぞれのタイミングにおいて受光素子が受光した受光量に基づいて、オブジェクトの画像を生成する。

そして、画像生成部１４０は、時刻ｔ６００、時刻ｔ６０１、時刻ｔ６０３、時刻ｔ６０４のそれぞれにより代表されるタイミングにおいて受光素子が受光した受光量に基づいて、可視光画像６２０ａ、可視光画像６２０ｂ、可視光画像６２０ｄ、および可視光画像６２０ｅを生成する。可視光画像６２０ａは血管像６２２ａおよび血管像６２４ａを含み、可視光画像６２０ｂは血管像６２２ｂおよび血管像６２４ｂを含み、可視光画像６２０ｄは血管像６２２ｄおよび血管像６２４ｄを含み、可視光画像６２０ｅは血管像６２２ｅおよび血管像６２４ｅを含む。

なお、可視光画像６２０ａ、可視光画像６２０ｂ、および可視光画像６２０ｄは、血管像の他に、物質の表面の画像である表面像を含む。このように、画像生成部１４０は、第１のタイミングにおいて第１受光素子２５１が受光した第１波長領域の光、第１のタイミングにおいて第２受光素子２５２が受光した第２波長領域の光、および第１のタイミングにおいて第３受光素子２５３が受光した第３波長領域の光により、第１のタイミングにおける光画像を生成する。

また、画像生成部１４０は、時刻ｔ６０２により代表されるタイミングにおいて受光素子が受光した受光量に基づいて、血管像６２２ｃ、血管像６２４ｃ、および血管像６２６ｃを含むルミネッセンス光画像６２０ｃを生成する。また、画像生成部１４０は、時刻ｔ６０１に代表されるタイミングにおいて第１受光素子２５１が受光した受光量、時刻ｔ６０２に代表されるタイミングにおいて第２受光素子２５２および第３受光素子２５３が受光した受光量に基づいて、血管像６３２ｃおよび血管像６３４ｃを含む可視光画像６３０ｃを生成する。

このように、画像生成部１４０は、第２のタイミングにおいて第２受光素子２５２が受光した第２波長領域の光により、第１のタイミングにおいて第１受光素子２５１が受光した第１波長領域の光、および第２のタイミングにおける光画像を生成する。したがって、画像生成部１４０は、ルミネッセンス光画像を撮像しているタイミングにおいても、可視光画像を生成することができる。

また、画像生成部１４０は、時刻ｔ６０５により代表されるタイミングにおいて受光素子が受光した受光量に基づいて、反射散乱光による干渉模様を含む干渉光画像６２０ｆを生成する。また、画像生成部１４０は、時刻ｔ６０２において可視光画像６３０ｃを生成したのと同様にして、時刻ｔ６０４に代表されるタイミングにおいて第１受光素子２５１が受光した受光量、時刻ｔ６０５に代表されるタイミングにおいて第２受光素子２５２および第３受光素子２５３が受光した受光量に基づいて、可視光画像６３０ｆを生成する。

このように、画像生成部１４０は、第３のタイミングにおいて第２受光素子２５２が受光した第２波長領域の光により、第１のタイミングにおいて第１受光素子２５１が受光した第１波長領域の光、および第３のタイミングにおける光画像を生成する。したがって、画像生成部１４０は、干渉光画像を撮像しているタイミングにおいても、可視光画像を生成することができる。そして、出力部１８０は、可視光画像６２０ａ、６２０ｂ、６３０ｃ、６２０ｄ、６２０ｅ、６３０ｆ・・・を連続的に表示することによって、コマ落ちのない映像を提供することができる。

以上説明したように、制御部１０５は、第１のタイミングにおいて、ルミネッセンス物質が発する光の波長領域および前記発光部が発光する光の波長領域のいずれとも異なる波長領域の光をオブジェクトに照射することによるオブジェクトからの光により、光画像を撮像部１１０に撮像させる。そして、制御部１０５は、第２のタイミングにおいて、発光部４１０からの光によるオブジェクトからの光により、発光画像の一例であるルミネッセンス光画像を撮像部１１０に撮像させる。

なお、この発明におけるオブジェクトからの光は、ルミネッセンス光のようなオブジェクトが生じた光の他に、オブジェクトが発した光としての、オブジェクトからの反射光およびオブジェクトからの透過光を含む。撮像制御部１６０は、第３のタイミングにおいて、前発光部４１０からの光がオブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を撮像部１１０に撮像させてよい。なお、撮像制御部１６０は、ルミネッセンス光画像の撮像レートより短い撮像レートで干渉光画像を撮像部１１０に撮像させてよい。

上記のような撮像動作を繰返すことによって、撮像部１１０は、複数の干渉光画像を撮像することができる。そして、領域特定部１４５は、撮像部１１０が撮像した複数の干渉光画像の画像内容に基づいて、干渉光画像における流れを有する領域である流れ領域を特定する。例えば、複数の干渉光画像における干渉パターン（スペックルパターン）の変化を抽出することによって、流れ領域を特定する。そして、画像生成部１４０は、可視光画像およびルミネッセンス画像における流れ領域を他の領域より強調した画像を生成する。このため、以下に説明するように、血管領域を強調することができる。

干渉パターンの変化への寄与は、血球の運動によるものが大きいと考えられる。したがって、流れが存在する領域は血管である可能性が高い。このため、撮像システム１０によると、血流が存在する血管領域を特定することができる。また、撮像システム１０によると、血液が存在する領域は可視光画像およびルミネッセンス光画像から特定することができるので、血液が存在しかつ血流が存在する領域を血管領域とすることで、より高い精度で血管領域を特定することができる。

このため、撮像システム１０によると、血管中のルミネッセンス物質と、臓器内または生体表面に留まっているルミネッセンス物質（或いは血管中より遅い速度で移動する血液中のルミネッセンス物質）とを区別することができる。例えば、手術時等において、流出した血液が物体表面を覆っていると、ルミネッセンス光画像および光画像からでは、内部の血管と物体表面を覆う血液とを区別することが困難である場合が生じる。しかしながら、撮像システム１０によると、血流が存在する領域を血管領域として特定することができるので、内部の血管と物体表面を覆う血液とを区別することができる。

また、検体２０が人体のような赤い血液を含む生体である場合、可視光画像におけるＲ成分の空間周波数成分は、Ｇ成分およびＢ成分の空間周波数成分より小さい場合が多い。このため、画像におけるＲ成分がコマ落ちしたことによる映像の劣化度は、Ｇ成分およびＢ成分がコマ落ちする場合に比べると小さい場合が多い。このため、Ｇ成分およびＢ成分がコマ落ちする場合よりも、映像における見た目のギクシャク感は少ない。また、撮像システム１０によると、励起光を照射しているタイミングにおいても、１コマ前のＲ成分信号を用いて可視光画像を生成するので、映像内容として実質的にコマ落ちのない可視光映像を提供することができる場合がある。

上記のように、撮像システム１０によると、赤外領域の励起光により検体２０から生じた赤外領域のルミネッセンス光により、ルミネッセンス光画像６２０ｃを撮像することができる。可視光より波長が長い励起光は、可視光に比べて物質によって吸収されにくいので、可視光に比べて物質の深く（たとえば１ｃｍ程度）まで侵入して、検体２０にルミネッセンス光を生じさせる。また、ルミネッセンス光は、励起光よりさらに波長が長いので、物質表面まで達し易い。このため、撮像システム１０によると、可視光によって得られた可視光画像６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｄ、および６２０ｅには含まれない、深層の血管像（例えば、血管像６２６ｃ）を含むルミネッセンス光画像６２０ｃを得ることができる。

なお、出力部１８０は、ルミネッセンス光画像６２０ｃと、ルミネッセンス光画像６２０ｃが撮像されたタイミングの近傍のタイミングで撮像された可視光画像６２０ｂまたは可視光画像６２０ｄとを合成した合成画像を生成して外部に出力してよい。例えば、出力部１８０は当該合成画像を表示してよい。また、出力部１８０は、ルミネッセンス光画像６２０ｃを、可視光画像６２０ｂまたは可視光画像６２０ｄに対応づけて記録してもよい。

また、制御部１０５は、白色光により可視光画像を撮像するタイミングでは、発光部４１０からの光のうち、励起光の波長領域およびルミネッセンス光の波長領域の光をカットしてオブジェクトに照射する。このため、撮像システム１０によると、可視光画像に物質内部の血管像を含まない、物質表面の観察に適した物質表面の画像を提供することができる。

本実施形態の撮像システム１０を実際のシステムに適用すれば、たとえば医師が出力部１８０が表示した映像を見つつ手術等を実施するとき、表面観察によっては視認できない内部の血管を医師に認識させることができる場合がある。また、医師は、実質的にコマ落ちのない可視光画像を参照しつつ、手術等を実施できる利点が得られる。

図７は、一実施形態における光フィルタ部２３０の赤外領域における分光透過特性の一例を示す。光フィルタ部２３０は、ルミネッセンス物質が発する光の波長領域において、発光部４１０が発光した光の波長領域における光の透過率より高い透過率を有する。光フィルタ部２３０は、励起光の波長領域において得に低い分光透過率を有する。撮像部１１０は、オブジェクトからの光を光フィルタ部を通過させて受光することにより、干渉光画像およびルミネッセンス光画像を撮像する。

十分な強度のルミネッセンス光を得るためには、オブジェクトに照射する励起光の強度を高める必要がある。本図に示す分光透過特性を有する光フィルタ部２３０によると、十分な強度のルミネッセンス光を得るために励起光強度を高めた場合でも、ルミネッセンス光による画像信号が反射光による画像信号に埋もれてしまうことを未然に防ぐことができる。

また、このような分光透過特性を有する光フィルタ部２３０を通じて第１受光素子２５１が受光することによって、干渉光画像を撮像する場合においても、第１受光素子２５１が受光する受光量が最大受光量を超えてしまうことを未然に防ぐことができる場合がある。したがって、このような光フィルタ部２３０によって第１受光素子２５１が受光する受光量を最大受光量以下に抑えることができる場合には、撮像システム１０は減光フィルタ部４３０を光路中に挿入しなくてもよい。

なお、前述の実施形態においては、発光制御部１７０は、第２のタイミングにおいて減光フィルタ部４３０を光路中に挿入し、第３のタイミングにおいては減光フィルタ部４３０を光路中に挿入した。その他にも、発光制御部１７０は、第２のタイミングにおいてオブジェクトに照射される光の強度より高い強度の光を、第３のタイミングにおいてオブジェクトに照射してもよい。

一例としては、発光制御部１７０は、第１のタイミングにおいて発光部４１０が発する光の強度より高い強度の光を、第２のタイミングにおいて発光部４１０に発光させてもよい。その他にも、発光制御部１７０は、第２のタイミングにおいて、発光部４１０が発光した光を減光フィルタ部４３０を通じてオブジェクトに照射してよい。そして発光制御部１７０は、第３のタイミングにおいて、発光部４１０が発光した光を、少なくとも励起光の波長領域において減光フィルタ部４３０より高い透過率を有する他の減光フィルタ部を通じてオブジェクトに照射してもよい。

図８は、撮像システム１０として機能させるコンピュータ１５００のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係る撮像システム１０は、ホスト・コントローラ１５８２により相互に接続されるＣＰＵ１５０５、ＲＡＭ１５２０、グラフィック・コントローラ１５７５、および表示デバイス１５８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ１５８４によりホスト・コントローラ１５８２に接続される通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、およびＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を有する入出力部と、入出力コントローラ１５８４に接続されるＲＯＭ１５１０、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、および入出力チップ１５７０を有するレガシー入出力部とを備える。

ホスト・コントローラ１５８２は、ＲＡＭ１５２０と、高い転送レートでＲＡＭ１５２０をアクセスするＣＰＵ１５０５およびグラフィック・コントローラ１５７５とを接続する。ＣＰＵ１５０５は、ＲＯＭ１５１０およびＲＡＭ１５２０に格納されたプログラムに基づいて動作して、各部を制御する。グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等がＲＡＭ１５２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得して、表示デバイス１５８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。

入出力コントローラ１５８４は、ホスト・コントローラ１５８２と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を接続する。通信インターフェイス１５３０は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ１５４０は、撮像システム１０内のＣＰＵ１５０５が使用するプログラムおよびデータを格納する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０は、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０に提供する。

また、入出力コントローラ１５８４には、ＲＯＭ１５１０と、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、および入出力チップ１５７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ１５１０は、撮像システム１０が起動時に実行するブート・プログラム、撮像システム１０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ１５５０は、フレキシブルディスク１５９０からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０に提供する。入出力チップ１５７０は、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。

ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０に提供される通信プログラムは、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５、またはＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。通信プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ１５２０を介して撮像システム１０内のハードディスクドライブ１５４０にインストールされ、ＣＰＵ１５０５において実行される。撮像システム１０にインストールされて実行される通信プログラムは、ＣＰＵ１５０５等に働きかけて、撮像システム１０を、図１から図７にかけて説明した撮像部１１０、画像生成部１４０、出力部１８０、制御部１０５、領域特定部１４５、および光照射部１５０等として機能させる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本実施形態の撮像システム１０の構成の一例を検体２０とともに示す図である。 撮像部１１０の構成の一例を示す図である。 第１受光素子２５１、第２受光素子２５２、および第３受光素子２５３の分光感度特性の一例を示す図である。 光照射部１５０の構成の一例を示す図である。 光源側フィルタ部４２０の構成の一例を示す図である。 撮像部１１０による撮像タイミングおよび画像生成部１４０が生成した画像の一例を示す図である。 一実施形態における光フィルタ部２３０の赤外領域における分光透過特性の一例を示す図である。 撮像システム１０として機能させるコンピュータ１５００のハードウェア構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 撮像システム
２０ 検体
１００ 内視鏡
１０２ 先端部
１０５ 制御部
１１０ 撮像部
１１２ レンズ
１２０ ライトガイド
１２４ 出射口
１３０ 鉗子口
１３５ 鉗子
１３８ ノズル
１４０ 画像生成部
１４５ 領域特定部
１５０ 光照射部
１６０ 撮像制御部
１７０ 発光制御部
１８０ 出力部
１９０ ＩＣＧ注入部
２１０ 撮像デバイス
２２０ 分光フィルタ部
２３０ 光フィルタ部
２５１ 第１受光素子
２５２ 第２受光素子
２５３ 第３受光素子
４１０ 発光部
４２０ 光源側フィルタ部
４３０ 減光フィルタ部
５１０ 励起光カットフィルタ部
５２０ 照射光カットフィルタ部
１５０５ ＣＰＵ
１５１０ ＲＯＭ
１５２０ ＲＡＭ
１５３０ 通信インターフェイス
１５４０ ハードディスクドライブ
１５５０ フレキシブルディスク・ドライブ
１５６０ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
１５７０ 入出力チップ
１５７５ グラフィック・コントローラ
１５８０ 表示デバイス
１５８２ ホスト・コントローラ
１５８４ 入出力コントローラ
１５９０ フレキシブルディスク
１５９５ ＣＤ−ＲＯＭ

Claims (14)

1. オブジェクトに照射する光を発光する発光部と、
   前記発光部からの光によって生じる前記オブジェクトからの光により、前記オブジェクトを連続的に撮像する撮像部と、
   第１のタイミングにおいて、前発光部からの光が前記オブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を前記撮像部に撮像させ、第２のタイミングにおいて、前記発光部からの光による前記オブジェクトからの光により発光画像を前記撮像部に撮像させる制御部と
   を備える撮像システム。
2. 前記発光部は、前記オブジェクトの内部のルミネッセンス物質を励起する光を発光し、
   前記撮像部は、前記第２のタイミングにおいて、前記発光部からの光によって励起されて前記ルミネッセンス物質が発した光により、前記発光画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記発光部は、コヒーレントな光を発光し、
   前記制御部は、
   前記第１のタイミングにおいて、前記発光部が発光する光を前記オブジェクトに照射させ、前記第２のタイミングにおいて、前記第１のタイミングにおいて前記オブジェクトに照射する光よりコヒーレンス度を低下させた光を前記オブジェクトに照射させる発光制御部
   を有する請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記発光制御部は、前記第１のタイミングにおいて前記オブジェクトに照射される光の強度より高い強度の光を、前記第２のタイミングにおいて前記オブジェクトに照射させる
   請求項３に記載の撮像システム。
5. 前記発光制御部は、前記第１のタイミングにおいて、前記発光部が発光した光を減光フィルタ部を通過させて照射させ、前記第２のタイミングにおいて、前記発光部が発光した光を前記減光フィルタ部を通過させずに前記オブジェクトに照射させる
   請求項４に記載の撮像システム。
6. 前記発光制御部は、前記第１のタイミングにおいて、前記発光部が発光した光を第１減光フィルタ部を通じて前記オブジェクトに照射させ、前記第２のタイミングにおいて、前記発光部が発光した光を、前記第１減光フィルタ部より高い透過率を有する第２減光フィルタ部を通じて前記オブジェクトに照射させる
   請求項４に記載の撮像システム。
7. 前記発光制御部は、前記第１のタイミングにおいて前記発光部が発する光の強度より高い強度の光を、前記第２のタイミングにおいて前記発光部に発光させる
   請求項４に記載の撮像システム。
8. 前記ルミネッセンス物質が発する光の波長領域における光の透過率が、前記発光部が発光した光の波長領域における光の透過率より高い光フィルタ部
   をさらに備え、
   前記撮像部は、前記オブジェクトからの光を前記光フィルタ部を通過させて受光することにより、前記干渉光画像および前記発光画像を撮像する
   請求項３に記載の撮像システム。
9. 前記発光制御部は、前記第２のタイミングにおいて、前記発光部の位置を振動させることによって、前記コヒーレンス度を低下させた光を前記オブジェクトに照射させる
   請求項４に記載の撮像システム。
10. 前記発光制御部は、前記第２のタイミングにおいて、前記発光部が発光した光を異なる複数の光路を通じて前記オブジェクトに照射することによって、前記コヒーレンス度を低下させた光を前記オブジェクトに照射させる
    請求項４に記載の撮像システム。
11. 前記制御部は、第３のタイミングにおいて、前記ルミネッセンス物質が発する光の波長領域および前記発光部が発光する光の波長領域のいずれとも異なる波長領域の光を前記オブジェクトに照射することによる前記オブジェクトからの光により、光画像を前記撮像部に撮像させる
    請求項２に記載の撮像システム。
12. 前記撮像部が撮像した複数の前記干渉光画像の画像内容に基づいて、前記干渉光画像における流れを有する領域である流れ領域を特定する領域特定部と、
    前記発光画像における前記流れ領域を他の領域より強調した画像を生成する画像生成部と
    をさらに備える請求項４に記載の撮像システム。
13. オブジェクトに照射する光を発光する発光段階と、
    前記発光段階において発光された光によって生じる前記オブジェクトからの光により、前記オブジェクトを撮像部が連続的に撮像する撮像段階と、
    第１のタイミングにおいて、前発光段階において発光された光が前記オブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を前記撮像部に撮像させ、第２のタイミングにおいて、前記発光段階において発光された光による前記オブジェクトからの光により発光画像を前記撮像部に撮像させる制御段階と
    を備える撮像方法。
14. 撮像システム用のプログラムであって、前記撮像システムを、
    オブジェクトに照射する光を発光する発光部、
    前記発光部からの光によって生じる前記オブジェクトからの光により、前記オブジェクトを連続的に撮像する撮像部、
    第１のタイミングにおいて、前発光部からの光が前記オブジェクトに反射して干渉した光により干渉光画像を前記撮像部に撮像させ、第２のタイミングにおいて、前記発光部からの光による前記オブジェクトからの光により発光画像を前記撮像部に撮像させる制御部
    として機能させるプログラム。

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