JP2010060332A - Apparatus and method for observing scatterer interior - Google Patents

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遼佑 伊藤
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秀行 高岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method for observing the scatterer interior capable of efficiently acquiring back scattering light from arbitrary depth. <P>SOLUTION: The apparatus for observing the scatterer interior for acquiring the data of the heterogeneous part in the scatterer is equipped with an illumination means for irradiating the scatterer with light containing at least wavelengths having different optical characteristics in the scattering medium constituting the scatterer and the heterogeneous part, an imaging element for imaging the scatterer, an imaging optical system for limiting the detection range imaged by the imaging element, a detection means containing a detection range variable mechanism for performing regulation so that a desired region is contained in the detection range and detecting the back scattering light of the light emitted by the illumination means to acquire the light intensity data of the back scattering light, an analyzing/controlling means for analyzing the light intensity data acquired by the detection means and controlling the detection range variable mechanism, and an image processing means for forming a tomographic image at the arbitrary depth in the scatterer from the light intensity data acquired by the detection means. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、散乱体による後方散乱光を計測することにより散乱体内部を観測する装置及び方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for observing the inside of a scatterer by measuring backscattered light from the scatterer.

生体等の散乱体の内部を観測するには様々な手法がある。その一つである光を用いた観測は、用いる光の波長を選択することにより特定の対象を観測できるという利点を有している。この手法では、特定の対象(異質部分)に吸収される波長の光を散乱体に照射し、その後方散乱光強度を計測することにより、散乱体内部に存在する異質部分の位置と深度情報を得ることができる。後方散乱光は、照射位置と計測位置との距離が大きくなるほど、散乱体のより深部を通ってきた光であることが知られている。   There are various methods for observing the inside of a scatterer such as a living body. One of the observations using light has the advantage that a specific object can be observed by selecting the wavelength of the light to be used. This method irradiates the scatterer with light of a wavelength that is absorbed by a specific target (heterogeneous portion), and measures the intensity of the backscattered light to obtain the position and depth information of the alien portion present inside the scatterer. Obtainable. It is known that the backscattered light is light that has passed deeper in the scatterer as the distance between the irradiation position and the measurement position increases.

特許文献1には、光照射手段の位置から順次遠ざかる位置に複数の光検出手段を備えた構成を有する生体光観測装置が開示されている。また、該装置による計測結果に基づいて、生体の断層画像を再構成する手段も開示されている。
特開2006-200943号公報
Patent Document 1 discloses a biological light observation apparatus having a configuration in which a plurality of light detection means are provided at positions sequentially away from the position of the light irradiation means. Also disclosed is a means for reconstructing a tomographic image of a living body based on a measurement result obtained by the apparatus.
JP 2006-200943

上記のような従来の装置では光照射手段と光検出手段が一体に構成されているために、照射位置と検出位置との距離が固定されている。そのため、任意の深度で観測を行うことができないという問題がある。また、従来は不必要な後方散乱光をも検出しており、検出データに無駄が多いという問題がある。   In the conventional apparatus as described above, since the light irradiation means and the light detection means are integrally formed, the distance between the irradiation position and the detection position is fixed. Therefore, there is a problem that observation cannot be performed at an arbitrary depth. Further, conventionally, unnecessary backscattered light is also detected, and there is a problem that detection data is wasteful.

上記問題に鑑み、本発明は、任意の深度からの後方散乱光を効率的に取得することが可能な散乱体内部観測装置及び方法を提供すること目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a scatterer internal observation device and method that can efficiently acquire backscattered light from an arbitrary depth.

本発明によれば、散乱体内部の異質部分の情報を取得する散乱体内部観測装置であって、前記散乱体を構成する散乱媒質と前記異質部分とで光学特性の異なる波長を少なくとも含む光を前記散乱体に照射する照明手段と、前記散乱体を撮像する撮像素子と、該撮像素子が撮像する検出範囲を限定する撮像光学系と、該検出範囲に所望の領域が含まれるように調節する検出範囲可変機構を含み、前記照明手段により照射された光の後方散乱光を検出し、該後方散乱光の光強度データを取得する検出手段と、前記検出手段により取得された光強度データを解析し、前記検出範囲可変機構を制御する解析/制御手段と、前記検出手段により取得された光強度データから、前記散乱体内部の任意の深度における断層画像を作製する画像処理手段とを具備することを特徴とする散乱体内部観測装置、並びに、該装置を用いた散乱体内部観測方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a scatterer internal observation device that acquires information on a heterogeneous portion inside a scatterer, the light including at least wavelengths having different optical characteristics between the scattering medium constituting the scatterer and the heterogeneous portion. Illumination means for irradiating the scatterer, an image sensor that images the scatterer, an imaging optical system that limits a detection range captured by the image sensor, and adjustment so that a desired region is included in the detection range A detection means including a detection range variable mechanism, detecting back scattered light of the light irradiated by the illuminating means, and obtaining light intensity data of the back scattered light; and analyzing the light intensity data acquired by the detecting means Analysis / control means for controlling the detection range variable mechanism; and image processing means for creating a tomographic image at an arbitrary depth inside the scatterer from the light intensity data acquired by the detection means. Scattering medium observation device, characterized in that, as well, scattering medium observation method using the apparatus are provided.

本発明によれば、後方散乱光を2次元画像として検出し、さらに、後方散乱光を検出する範囲を調節することにより、任意の深度の情報を簡便且つ効率良く取得することができる。   According to the present invention, it is possible to easily and efficiently acquire information at an arbitrary depth by detecting the backscattered light as a two-dimensional image and adjusting the range in which the backscattered light is detected.

以下、本発明の散乱体内部観測装置及び該装置を用いた観測方法について説明する。本発明において、散乱体とは、主に散乱媒質から構成される物体を指し、例として生体が挙げられる。散乱媒質とは、少なくとも光を散乱する性質を示し、吸収よりも散乱のほうが支配的であるものである。   Hereinafter, the scatterer internal observation device of the present invention and the observation method using the device will be described. In the present invention, the scatterer refers to an object mainly composed of a scattering medium, and includes a living body as an example. The scattering medium indicates at least the property of scattering light, and scattering is more dominant than absorption.

本発明の散乱体内部観測装置は、散乱体内部の散乱媒質中に存在する異質部分を観測するための装置である。本発明において異質部分とは、透過率、屈折率、反射率、散乱係数、吸収係数などの光学特性が散乱媒質と異なるものである。例として血管が挙げられるが、これに限定されない。   The scatterer internal observation apparatus of the present invention is an apparatus for observing a heterogeneous portion existing in a scattering medium inside the scatterer. In the present invention, the heterogeneous portion is different from the scattering medium in optical characteristics such as transmittance, refractive index, reflectance, scattering coefficient, and absorption coefficient. Examples include, but are not limited to, blood vessels.

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る散乱体内部観測装置100の概略機能ブロック図である。同図に示すように、散乱体内部観測装置100は、照明手段101、検出手段102、解析/制御部103、画像処理部107を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic functional block diagram of a scatterer internal observation device 100 according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the scatterer internal observation device 100 includes an illumination unit 101, a detection unit 102, an analysis / control unit 103, and an image processing unit 107.

照明手段101は、散乱媒質と異質部分とで光学特性の異なる波長を少なくとも含む光を発生し、散乱体に照射する手段である。本実施形態の散乱体内部観測装置100は、図1に示すように、光源101aと、発生された光を導光するための光ファイバーを用いた導光体101bと、光ファイバーにより伝播され射出される発散光を限定された領域に照射するために細い平行の光束に変換する集光体101cによって構成される照明手段101を具備する。この時、集光体101cにより、光束を細い平行状にすることに限らず、狭い範囲を照明するために集光しても良いし、広い範囲を照明するための集光体を用意しても良い。照明手段101は解析/制御部103からの制御信号に基づいて光を散乱体Sに向けて照射する。なお、集光体101cによって光が照射される散乱体表面上の領域を照明範囲と称し、図1では符合104の矢印で示される範囲である。   The illumination unit 101 is a unit that generates light including at least wavelengths having different optical characteristics between the scattering medium and the heterogeneous portion and irradiates the scatterer. As shown in FIG. 1, the scatterer internal observation device 100 according to the present embodiment propagates and is emitted by a light source 101a, a light guide 101b using an optical fiber for guiding generated light, and the optical fiber. An illuminating unit 101 configured by a condensing body 101c that converts a divergent light into a narrow parallel light beam for irradiating a limited area is provided. At this time, the light collector 101c is not limited to making the light beam thin and parallel, but may be condensed to illuminate a narrow range, or a light collector for illuminating a wide range is prepared. Also good. The illumination unit 101 irradiates light toward the scatterer S based on a control signal from the analysis / control unit 103. An area on the surface of the scatterer irradiated with light by the light collector 101c is referred to as an illumination range, and is a range indicated by an arrow 104 in FIG.

光源101aには、散乱媒質と異質部分で光学特性の異なる波長の光を発生するものが用いられる。この時、散乱媒質や異質部分の光学特性が分かっており、上記特性を有する特性の波長が特定できている場合は、その波長に急峻なピークを持つような波長分布を取る光源101aを選択することが最も望ましいが、これに限定されず、散乱媒質と異質部分で光学特性が異なることが特定できた波長を含めば、波長幅の広い光源を用いても良い。一方、散乱媒質や異質部分の光学特性が分かっていない場合には、散乱媒質と異質部分で光学特性が異なる波長をなるべく含むようにより波長幅の広い光源を選択すると良い。導光体101bには、光ファイバーが好適に用いられるが、これに限定されず、リレーレンズによって構成することもできる。集光体101cにはレンズが好適に用いられるがこれに限定されず、ミラーによって構成してもよい。或いは、プリズムや回折格子で構成してもよい。   As the light source 101a, a light source that generates light having a wavelength different from that of a scattering medium and a different part is used. At this time, when the optical characteristics of the scattering medium and the extraneous portion are known and the wavelength having the above characteristics can be specified, the light source 101a having a wavelength distribution having a sharp peak at the wavelength is selected. However, the present invention is not limited to this, and a light source having a wide wavelength range may be used as long as it includes a wavelength that can be specified to have different optical characteristics between a scattering medium and a heterogeneous portion. On the other hand, when the optical characteristics of the scattering medium and the extraneous portion are not known, it is preferable to select a light source having a wider wavelength width so as to include wavelengths having different optical characteristics between the scattering medium and the extraneous portion. An optical fiber is preferably used for the light guide body 101b, but the light guide body 101b is not limited to this, and may be configured by a relay lens. A lens is preferably used for the light concentrator 101c, but is not limited thereto, and may be configured by a mirror. Or you may comprise with a prism or a diffraction grating.

或いは、光源として予め光束を絞ったレーザ光等を使用し、集光体101cを用いなくともよい。また或いは、集光体101cを用いる代わりにマスク等により、照明範囲を限定してもよい。   Alternatively, it is not necessary to use laser light or the like with a light beam focused in advance as a light source and use the light collector 101c. Alternatively, the illumination range may be limited by a mask or the like instead of using the light collector 101c.

検出手段102は、照明手段101により発せられる光の波長を含む波長帯に感度を有し、散乱体表面上から出射される後方散乱光を検出して、その光強度データを取得する手段である。本実施形態の散乱体内部観測装置100は、光源101aより発せられる光の波長を含む波長帯域に感度を有し、散乱体の表面から出射される後方散乱光を撮像する撮像素子102aと、該撮像素子が撮像する検出範囲105を限定する撮像光学系102bと、該検出範囲105に所望の領域106が含まれるように調節する検出範囲可変機構102cによって構成される検出手段102を具備する。   The detecting means 102 is a means having sensitivity in a wavelength band including the wavelength of light emitted by the illuminating means 101, detecting backscattered light emitted from the scatterer surface, and acquiring the light intensity data. . The scatterer internal observation device 100 according to the present embodiment has a sensitivity in a wavelength band including the wavelength of light emitted from the light source 101a, and an image sensor 102a that images backscattered light emitted from the surface of the scatterer, An imaging optical system 102b that limits a detection range 105 captured by the imaging device and a detection unit 102 that includes a detection range variable mechanism 102c that adjusts the detection range 105 to include a desired region 106 are provided.

所望の領域106とは、所望の深度についての後方散乱光が出射される散乱体表面上の領域を意味し、検出領域とも称する。その模式図を図2に示す。図2は、散乱体Sの表面を上面から見た図である。照明手段101から発せられた光は散乱体Sの表面上の照明範囲104を照射し、照明された光は散乱体内を伝播して散乱体表面から射出する。照明手段に点照明が用いられる場合、後方散乱光は一般に同心円状に伝播する。例えば、ある深度の断層画像を作製しようとする場合、照明位置からその深度と対応する距離を隔てた位置において後方散乱光を検出する必要がある。従って、後方散乱光を検出する領域は、図2符合106で示す斜線領域のようにリング形状となる。   The desired area 106 means an area on the surface of the scatterer where backscattered light with a desired depth is emitted, and is also referred to as a detection area. The schematic diagram is shown in FIG. FIG. 2 is a view of the surface of the scatterer S as viewed from above. The light emitted from the illumination means 101 irradiates the illumination range 104 on the surface of the scatterer S, and the illuminated light propagates through the scatterer and exits from the scatterer surface. When point illumination is used for the illumination means, the backscattered light generally propagates concentrically. For example, when a tomographic image of a certain depth is to be produced, it is necessary to detect backscattered light at a position separated from the illumination position by a distance corresponding to the depth. Therefore, the area for detecting the backscattered light has a ring shape as shown by the hatched area in FIG.

そこで、本発明の観測装置に具備される検出範囲可変機構102cは、検出範囲105が所望の領域106を無駄なく含むように調節する。検出範囲可変機構102cは、例えば光学系であってよく、ズームレンズなどであってよいが、これらに限定されない。検出範囲可変機構102cによって、検出範囲が調節されることにより、不要な後方散乱光の検出が減少され、検出やデータ解析の効率を向上させることができる。   Therefore, the detection range variable mechanism 102c provided in the observation apparatus of the present invention adjusts so that the detection range 105 includes the desired region 106 without waste. The detection range varying mechanism 102c may be, for example, an optical system or a zoom lens, but is not limited thereto. By adjusting the detection range by the detection range variable mechanism 102c, detection of unnecessary backscattered light is reduced, and the efficiency of detection and data analysis can be improved.

本実施形態の散乱体内部観測装置において、撮像素子102aには、複数点を同時に検出するCCD等のような撮像素子を用いることができる。また、撮像光学系102bには、例えばレンズ等を用いることができる。   In the scatterer internal observation apparatus of the present embodiment, an image sensor such as a CCD that simultaneously detects a plurality of points can be used as the image sensor 102a. For example, a lens or the like can be used for the imaging optical system 102b.

解析/制御部103は、検出手段102により取得された光強度データを解析し、解析結果に基づいて、撮像素子102a及び検出範囲可変機構102cを制御する手段である。解析/制御部103は、解析のための適宜のソフトウェアが予めインストールされているコンピュータ等の制御装置が好適に用いられる。なお、図1では、解析/制御部103は、撮像素子102a及び検出範囲可変機構102cの両者を制御するように構成されているが、これに限定されず、検出範囲可変機構102cを制御するための第2制御部を備え、解析/制御部103からこの第2制御部に信号が伝達され、それに基づいて、第2制御部が検出範囲可変機構102cを制御する構成であってもよい。   The analysis / control unit 103 is a unit that analyzes the light intensity data acquired by the detection unit 102 and controls the image sensor 102a and the detection range variable mechanism 102c based on the analysis result. The analysis / control unit 103 is preferably a control device such as a computer in which appropriate software for analysis is installed in advance. In FIG. 1, the analysis / control unit 103 is configured to control both the image sensor 102a and the detection range variable mechanism 102c. However, the present invention is not limited to this, and controls the detection range variable mechanism 102c. The second control unit may be configured such that a signal is transmitted from the analysis / control unit 103 to the second control unit, and the second control unit controls the detection range variable mechanism 102c based on the signal.

画像処理部107は、検出手段102により取得された光強度データに基づいて、散乱体内部の任意の深度における断層画像を作製する手段である。   The image processing unit 107 is a unit that creates a tomographic image at an arbitrary depth inside the scatterer based on the light intensity data acquired by the detection unit 102.

本実施形態に係る散乱体内部観測装置100はさらに、表示部108及び入力部109を備えることができる。表示部108は、撮像素子102aによって撮像された光強度データの2次元画像や、画像処理部107によって作製された断層画像を表示する手段であり、例えばモニターなどを用いることができる。入力部109は、照明、検出または表示方法などの指令を入力する手段であり、例えばキーボードなどが用いられるがこれに限定されない。   The scatterer internal observation device 100 according to the present embodiment can further include a display unit 108 and an input unit 109. The display unit 108 is a means for displaying a two-dimensional image of the light intensity data imaged by the image sensor 102a and a tomographic image created by the image processing unit 107. For example, a monitor can be used. The input unit 109 is a means for inputting commands such as illumination, detection, or display method. For example, a keyboard is used, but the present invention is not limited to this.

上記の照明手段101、検出手段102、解析/制御部103、画像処理部107、表示部108及び入力部109は、電気信号が伝送される信号回路によって互いに接続されてよい。図1において、表示部108は画像処理部107と接続され、入力部109は解析/制御部103と接続されているが、これに限定されず、接続関係は適宜変更可能である。   The illumination unit 101, the detection unit 102, the analysis / control unit 103, the image processing unit 107, the display unit 108, and the input unit 109 may be connected to each other by a signal circuit that transmits an electrical signal. In FIG. 1, the display unit 108 is connected to the image processing unit 107, and the input unit 109 is connected to the analysis / control unit 103. However, the present invention is not limited to this, and the connection relationship can be changed as appropriate.

本実施形態に係る散乱体内部観測装置100の作用を説明する。   The operation of the scatterer internal observation device 100 according to the present embodiment will be described.

まず、照明手段101から散乱体に光を照射する。この照射光は散乱体S内部の散乱媒質により反射、散乱、吸収され、後方散乱光となる。この後方散乱光を検出手段102が2次元画像として検出し、光強度データを取得する。   First, light is irradiated from the illumination means 101 to the scatterer. This irradiation light is reflected, scattered and absorbed by the scattering medium inside the scatterer S, and becomes backscattered light. The detection means 102 detects this backscattered light as a two-dimensional image, and acquires light intensity data.

次いで、取得された光強度データを解析し、散乱体表面上の所望の領域(検出領域)106を決定する。検出領域の決定は、後述するように、予め解析/制御部103に記憶された設定に基づいて自動で行われてもよく、或いは、表示部108に光強度データの2次元画像を表示させ、使用者がその場で領域を決定してもよい。検出領域106は、観測したい深度や、得られる断層画像の精度などによって決定される。   Next, the acquired light intensity data is analyzed to determine a desired region (detection region) 106 on the scatterer surface. As will be described later, the detection area may be determined automatically based on settings stored in the analysis / control unit 103 in advance, or the display unit 108 may display a two-dimensional image of light intensity data, The user may determine the area on the spot. The detection area 106 is determined by the depth to be observed, the accuracy of the tomographic image obtained, and the like.

検出領域106が決定されると、その結果に基づいた信号が解析/制御部103から検出範囲可変機構102cに送信される。検出範囲可変機構102cは信号に基づいて検出範囲105を調節する。その結果、検出領域106は検出範囲105を無駄なく含むように調節される。   When the detection region 106 is determined, a signal based on the result is transmitted from the analysis / control unit 103 to the detection range variable mechanism 102c. The detection range variable mechanism 102c adjusts the detection range 105 based on the signal. As a result, the detection area 106 is adjusted so as to include the detection range 105 without waste.

次いで、決定された検出範囲内105において、再び後方散乱光を検出し、光強度データを取得する。これにより取得された光強度データを解析し、画像処理部107において、断層画像が作製される。作製された断層画像は、表示部108により表示される。   Next, backscattered light is detected again within the determined detection range 105, and light intensity data is acquired. The acquired light intensity data is analyzed, and a tomographic image is created in the image processing unit 107. The produced tomographic image is displayed on the display unit 108.

以上説明したように、本発明の散乱体内部観測装置によれば、所望の検出領域を含む検出範囲を決定し、その範囲内で検出を行うことにより、効率的にデータを取得することができる。また、解析するデータ量が低減されるため、解析時間を短縮することもできる。   As described above, according to the scatterer internal observation device of the present invention, it is possible to efficiently acquire data by determining a detection range including a desired detection region and performing detection within that range. . Further, since the amount of data to be analyzed is reduced, the analysis time can be shortened.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図3は、第2実施形態に係る散乱体内部観測110の概略機能ブロック図である。本実施形態に係る散乱体内部観測装置110は、上記第1実施形態の散乱体内部観測装置100と同様の構成に加えて、さらに、検出部102にスキャンミラー111を備える。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic functional block diagram of the scatterer internal observation 110 according to the second embodiment. The scatterer internal observation device 110 according to the present embodiment further includes a scan mirror 111 in the detection unit 102 in addition to the same configuration as the scatterer internal observation device 100 of the first embodiment.

スキャンミラー111は、解析/制御部103からの信号に基づき、散乱体表面上の検出範囲105を移動させる。本実施形態に係る散乱体内部観測装置110は、スキャンミラー111を備えることにより、検出範囲105を撮像素子の視野内の任意の位置に移動させることができる。   The scan mirror 111 moves the detection range 105 on the scatterer surface based on the signal from the analysis / control unit 103. The scatterer internal observation device 110 according to the present embodiment includes the scan mirror 111, so that the detection range 105 can be moved to an arbitrary position within the field of view of the image sensor.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を説明する。図4は、第3実施形態に係る散乱体内部観測200の概略機能ブロック図である。第3実施形態に係る散乱体内部観測200は、上記第1実施形態に係る散乱体内部観測装置と基本的に同様の構成を有し、照明手段201、検出手段202、解析/制御部203、画像処理部207、表示部208及び入力部209を備える。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic functional block diagram of the scatterer internal observation 200 according to the third embodiment. The scatterer internal observation 200 according to the third embodiment has basically the same configuration as the scatterer internal observation device according to the first embodiment, and includes an illumination unit 201, a detection unit 202, an analysis / control unit 203, An image processing unit 207, a display unit 208, and an input unit 209 are provided.

本実施形態に係る散乱体内部観測装置200は上記構成に加えて、照明手段に照明用スキャンミラー212が備えられ、検出手段に検出用スキャンミラー211が備えられる。   In addition to the above configuration, the scatterer internal observation device 200 according to the present embodiment includes an illumination scan mirror 212 in the illumination unit, and a detection scan mirror 211 in the detection unit.

さらに、本実施形態に係る散乱体内部観測装置200は、スキャンミラー211及び212を制御するための走査制御部213を備える。   Furthermore, the scatterer internal observation device 200 according to the present embodiment includes a scan control unit 213 for controlling the scan mirrors 211 and 212.

スキャンミラーは、ミラーの角度を変化させることにより、検出範囲や照明範囲を散乱体表面上で任意に移動させることができる。本実施形態に係る散乱体内部観測装置200は、スキャンミラーを備えることにより、検出範囲105が検出領域106を含むように、検出範囲105を移動させることができると共に、照明範囲104や検出範囲105を走査させることができる。   The scan mirror can arbitrarily move the detection range and the illumination range on the scatterer surface by changing the angle of the mirror. The scatterer internal observation device 200 according to the present embodiment includes the scan mirror, so that the detection range 105 can be moved so that the detection range 105 includes the detection region 106, and the illumination range 104 and the detection range 105 are also included. Can be scanned.

本実施形態に係る散乱体内部観測装置200は、照明範囲104及び検出範囲105が走査可能であるため、観測装置本体を動かすことなく、多数の測定点で検出を行うことができる。よって、より簡便に多くの光強度データを取得することができ、簡便且つ短時間で断層画像を得ることができる。   Since the scatterer internal observation device 200 according to the present embodiment can scan the illumination range 104 and the detection range 105, detection can be performed at a large number of measurement points without moving the observation device main body. Therefore, more light intensity data can be acquired more easily, and a tomographic image can be acquired easily and in a short time.

照明用スキャンミラー212及び検出用スキャンミラー211は、走査制御部213によって制御される。走査制御部213は、解析/制御部103からの信号に基づいて、それぞれのスキャンミラーを制御する。走査制御部213は、好ましくは、照明範囲104と検出範囲105が散乱体表面上で一定の位置関係を維持したまま走査されるように、両スキャンミラーを連動して制御する。両スキャンミラーを連動して制御することにより、走査の間、一定の条件で検出を行うことができる。   The illumination scan mirror 212 and the detection scan mirror 211 are controlled by a scan control unit 213. The scan control unit 213 controls each scan mirror based on the signal from the analysis / control unit 103. The scanning control unit 213 preferably controls both the scan mirrors in conjunction so that the illumination range 104 and the detection range 105 are scanned while maintaining a fixed positional relationship on the scatterer surface. By controlling both scan mirrors in conjunction with each other, detection can be performed under certain conditions during scanning.

スキャンミラーは、走査用に通常使用されるミラーを用いればよく、例えば、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、MEMSミラーなどを用いることができる。ガルバノミラーやポリゴンミラーのように2枚のミラーを用いるスキャンミラーは、安価であり、制御が容易である。一方、MEMSミラーは制御が難しいが、構成を単純化できる。   As the scan mirror, a mirror usually used for scanning may be used. For example, a galvano mirror, a polygon mirror, a MEMS mirror, or the like can be used. A scan mirror using two mirrors such as a galvano mirror or a polygon mirror is inexpensive and easy to control. On the other hand, the MEMS mirror is difficult to control, but the configuration can be simplified.

本実施形態に係る散乱体内部観測装置200の作用を説明する。   The operation of the scatterer internal observation device 200 according to the present embodiment will be described.

まず、上記第1実施形態について説明したように、検出領域を決定する。その結果に基づき、解析/制御部203がスキャンミラー211及び検出範囲可変機構202cを制御し、該検出領域が含まれるように検出範囲を調節する。   First, as described in the first embodiment, a detection area is determined. Based on the result, the analysis / control unit 203 controls the scan mirror 211 and the detection range variable mechanism 202c to adjust the detection range so that the detection region is included.

以上の工程によって、検出手段が検出範囲105を捉えると、照明用スキャンミラー212と検出用スキャンミラー211の角度を変化させて走査しながら、後方散乱光の検出を行う。走査は、解析/制御部203からの信号に従って、走査制御部213がスキャンミラー211及び212を制御し、照明範囲104と検出範囲105を移動させることによって行われる。走査の際には、照明範囲104と検出範囲105が散乱体表面で一定の位置関係を維持されように、照明用スキャンミラー212と検出用スキャンミラー211が連動して制御される。   When the detection means captures the detection range 105 through the above steps, the backscattered light is detected while scanning while changing the angles of the illumination scan mirror 212 and the detection scan mirror 211. The scanning is performed by moving the illumination range 104 and the detection range 105 by the scan control unit 213 controlling the scan mirrors 211 and 212 in accordance with a signal from the analysis / control unit 203. During scanning, the illumination scan mirror 212 and the detection scan mirror 211 are controlled in conjunction so that the illumination range 104 and the detection range 105 are maintained in a fixed positional relationship on the scatterer surface.

次いで、画像処理部207において、取得された光強度データから散乱体内部の任意の深度における断層画像が作製される。   Next, the image processing unit 207 creates a tomographic image at an arbitrary depth inside the scatterer from the acquired light intensity data.

本実施形態にかかる散乱体内部観測装置200によれば、照明範囲及び検出範囲が走査されることにより、より簡便に多くの光強度データを取得することができ、簡便且つ短時間で断層画像を得ることができる。   According to the scatterer internal observation device 200 according to the present embodiment, a large amount of light intensity data can be acquired more easily by scanning the illumination range and the detection range, and a tomographic image can be obtained easily and in a short time. Obtainable.

なお、照明用スキャンミラー212と検出用スキャンミラー211を、必要であれば、それぞれ独立して制御及び走査してもよい。   If necessary, the illumination scan mirror 212 and the detection scan mirror 211 may be controlled and scanned independently.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態を説明する。図5は、第4実施形態に係る散乱体内部観測装置300の概略機能ブロック図である。同図に示すように、散乱体内部観測装置300は、照明手段301、検出手段302、解析/制御部303、画像処理部307、さらに、ハーフミラー314、スキャンミラー311、及び走査制御部313を備える。また任意に、表示部308及び入力部309を備えることができる。検出手段302は、撮像素子302aと、撮像光学系302bと、検出範囲可変機構102cを含む。照明手段301は、光源301aと、光学系301bを含む。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic functional block diagram of the scatterer internal observation device 300 according to the fourth embodiment. As shown in the figure, the scatterer internal observation device 300 includes an illumination unit 301, a detection unit 302, an analysis / control unit 303, an image processing unit 307, a half mirror 314, a scan mirror 311, and a scan control unit 313. Prepare. Optionally, a display unit 308 and an input unit 309 can be provided. The detection means 302 includes an imaging element 302a, an imaging optical system 302b, and a detection range variable mechanism 102c. The illumination unit 301 includes a light source 301a and an optical system 301b.

本実施形態に係る散乱体内部観測装置300は、照明手段と検出手段が、それらの光軸が同軸となるように配置された構成を有する。ハーフミラー314は、照明手段と検出手段の光軸を同軸にするために備えられ、撮像素子302aと、撮像光学系302bとの間に配置される。   The scatterer internal observation device 300 according to the present embodiment has a configuration in which an illumination unit and a detection unit are arranged so that their optical axes are coaxial. The half mirror 314 is provided to make the optical axes of the illumination unit and the detection unit coaxial, and is disposed between the imaging element 302a and the imaging optical system 302b.

照明手段に含まれる光学系301bは、光源301aとハーフミラー314の間に備えられ、撮像光学系302bと相俟って、照明光を照明範囲104に照射する光束に変換する役割を果たすものである。光学系301bには、例えばレンズなどが用いられる。   The optical system 301b included in the illumination means is provided between the light source 301a and the half mirror 314, and plays a role of converting the illumination light into a light beam for illuminating the illumination range 104 in combination with the imaging optical system 302b. is there. For example, a lens or the like is used for the optical system 301b.

スキャンミラー311は、照明範囲と検出範囲の両方を走査するために備えられ、ハーフミラー311と撮像光学系302bとの間に配置される。   The scan mirror 311 is provided for scanning both the illumination range and the detection range, and is disposed between the half mirror 311 and the imaging optical system 302b.

本実施形態に係る散乱体内部観測装置300は、上記構成を有することにより、照明範囲と検出範囲の走査を同じスキャンミラーで行うことができる。即ち、散乱体内部観測装置に備えられるスキャンミラーを一組にすることができる。   The scatterer internal observation device 300 according to the present embodiment can scan the illumination range and the detection range with the same scan mirror by having the above configuration. That is, a set of scan mirrors provided in the scatterer internal observation device can be provided.

上記第3実施形態のように、二組のスキャンミラーを連動させて制御することは困難である。本実施形態に係る散乱体内部観測装置300では、照明範囲と検出範囲を一つのスキャンミラーで走査可能であり、スキャンミラーの制御を容易にすることができると共に、装置の構成を単純化することもできる。   As in the third embodiment, it is difficult to control the two sets of scan mirrors in conjunction with each other. In the scatterer internal observation device 300 according to the present embodiment, the illumination range and the detection range can be scanned with one scan mirror, the scan mirror can be easily controlled, and the configuration of the device is simplified. You can also.

図6は、第4実施形態の変形例に係る散乱体内部観測装置310の概略機能ブロック図である。この散乱体内部観測装置310では、スキャンミラー318を備える。本変形例では、1枚のミラーでスキャンを行うMEMSミラーを用いる。MEMSミラーを用いる場合、例えば図6に示すように、光源301a、光学系301b、ハーフミラー314及びスキャンミラー318までが、撮像光学系302bと直角に配置され、ハーフミラー314から、照明手段301と直角方向に撮像素子302aが配置されるが、これに限定されず、種々の配置をとることができる。本変形例では、MEMSミラーを用いることにより、装置の構成を単純化することができる。   FIG. 6 is a schematic functional block diagram of a scatterer internal observation device 310 according to a modification of the fourth embodiment. This scatterer internal observation device 310 includes a scan mirror 318. In this modification, a MEMS mirror that performs scanning with a single mirror is used. When the MEMS mirror is used, for example, as shown in FIG. 6, the light source 301a, the optical system 301b, the half mirror 314, and the scan mirror 318 are arranged at right angles to the imaging optical system 302b. Although the imaging element 302a is arranged in the perpendicular direction, the present invention is not limited to this, and various arrangements can be taken. In this modification, the configuration of the apparatus can be simplified by using the MEMS mirror.

以上に説明した各実施形態における散乱体内部観測装置は、さらに、所望の領域を決定する検出領域決定手段を含むことができる。該検出領域決定手段は、例えば、解析/制御手段に含まれることができるが、これに限定されない。   The scatterer internal observation device in each of the embodiments described above can further include detection region determination means for determining a desired region. The detection area determination means can be included in the analysis / control means, for example, but is not limited thereto.

検出領域決定手段は、取得された光強度データを解析し、散乱体表面上の所望の領域(検出領域)106を決定する手段である。検出領域の決定は、予め解析/制御部などに記憶された設定に基づいて自動で行われてもよく、或いは、表示部に光強度データの2次元画像を表示させ、使用者がその場で領域を決定してもよい。   The detection area determination means is means for analyzing the acquired light intensity data and determining a desired area (detection area) 106 on the scatterer surface. The detection area may be automatically determined based on settings stored in advance in the analysis / control unit or the like, or a two-dimensional image of light intensity data is displayed on the display unit, and the user can change the detection area on the spot. The region may be determined.

またさらに、散乱体内部観測装置は、所望の領域を決定するための設定を入力する入力手段を備えることができる。入力手段は、例えば、予め解析/制御部などに設定を入力するためのキーボードなどであってもよく、或いは、表示部に表示された2次元画像上で領域を指示するタッチパネル形式の操作盤などであってもよい。   Still further, the scatterer internal observation device may include an input unit for inputting a setting for determining a desired region. The input means may be, for example, a keyboard for inputting settings to the analysis / control unit in advance, or a touch panel type operation panel that indicates an area on a two-dimensional image displayed on the display unit. It may be.

ここで、検出領域の例を図7を参照して説明する。   Here, an example of the detection area will be described with reference to FIG.

図7に、照明範囲104と検出領域105の関係を例示する。図7(a)及び(b)に示すように、照明が点照明の場合、後方散乱光は同心円状に伝播する。検出領域は、観測したい深度に基づいて決定される。よって、観測したい深度を決定すると、照明範囲104と検出領域106との距離が決定される。このとき、後方散乱光はリング形状であるので、検出領域106の幅も決定する必要がある。検出領域106の幅は、観測情報の所望の精度に依存して適宜決定することができる。これによって、検出領域106が決定される。   FIG. 7 illustrates the relationship between the illumination range 104 and the detection region 105. As shown in FIGS. 7A and 7B, when the illumination is point illumination, the backscattered light propagates concentrically. The detection area is determined based on the depth to be observed. Therefore, when the depth to be observed is determined, the distance between the illumination range 104 and the detection region 106 is determined. At this time, since the backscattered light has a ring shape, the width of the detection region 106 needs to be determined. The width of the detection region 106 can be appropriately determined depending on the desired accuracy of the observation information. Thereby, the detection area 106 is determined.

次に、検出範囲105が検出領域106のどの部分を含むかが決定される。図7(a)に示すように、リング形状の検出領域106の一部を含める場合と、図7(b)に示すように、リング形状の検出領域106の全体を含める方法がある。   Next, it is determined which part of the detection area 106 the detection range 105 includes. As shown in FIG. 7A, there are a method of including a part of the ring-shaped detection region 106 and a method of including the entire ring-shaped detection region 106 as shown in FIG. 7B.

図7(a)のように、一部を含める場合は、検出工程の際に走査点が多くなるが、撮像する範囲が小さいため、拡大して撮像することができ、高画素数で撮像することができる。よって、細かい領域が観察でき、分解能が高いという利点がある。一方、図7(b)のように、全体を設定する場合は、解像度は低いが、走査点が少なくてすみ、簡便且つ短時間で断層画像を作製することができるという利点がある。   As shown in FIG. 7 (a), when a part is included, the number of scanning points increases during the detection process, but since the imaging range is small, it is possible to enlarge and take an image with a high number of pixels. be able to. Therefore, there is an advantage that a fine region can be observed and the resolution is high. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when setting the whole, the resolution is low, but there is an advantage that the number of scanning points is small and a tomographic image can be produced easily and in a short time.

なお、図7(a)及び(b)に示したような点照明以外の照明を用いることもできる。図7(c)はライン状の照明の例である。また、図7(d)に示すように、複数の点照明を用いることもできる。これらの場合も、検出領域は適宜決定することができる。ライン照明や多点照明を用いることにより、一度の測定で多くのデータを検出することができ、測定時間をより短縮することが出来る。なお、ライン状の照明光は光強度が均一であることが好ましい。或いは、光の強度に応じて補正を行う手段を備えることが好ましい。また、複数の点照明を用いる場合、各照明は、それぞれの光によって得られる検出データが互いに干渉しない程度離れた位置に配置されることが好ましい。   Note that illumination other than point illumination as shown in FIGS. 7A and 7B can also be used. FIG. 7C shows an example of line-shaped illumination. Moreover, as shown in FIG.7 (d), several point illumination can also be used. Also in these cases, the detection region can be determined as appropriate. By using line illumination or multi-point illumination, a large amount of data can be detected by one measurement, and the measurement time can be further shortened. The line-shaped illumination light preferably has a uniform light intensity. Alternatively, it is preferable to provide means for performing correction according to the light intensity. Moreover, when using a some point illumination, it is preferable that each illumination is arrange | positioned in the position away so that the detection data obtained by each light may not mutually interfere.

検出領域の決定と、検出領域の何れの部分を検出範囲に含めるかは、種々の条件を鑑みて、技術者が適宜設定することができる。   The engineer can appropriately set the determination of the detection area and which part of the detection area is included in the detection range in view of various conditions.

上記のような検出領域及び検出範囲の設定は、使用者が手動で行うこともできるが、自動で決定することもできる。次に、検出領域を自動で決定する実施形態を説明する。   The detection area and detection range as described above can be set manually by the user, but can also be determined automatically. Next, an embodiment in which the detection area is automatically determined will be described.

まず、後方散乱光を検出して光強度データを取得する。取得された光強度データを、解析/制御手段により解析し、図8(a)に示すような空間的な光強度分布データを作製する。   First, backscattered light is detected to acquire light intensity data. The acquired light intensity data is analyzed by the analysis / control means to produce spatial light intensity distribution data as shown in FIG.

次に、図8(a)に示したような空間的な光強度分布データ画像において、光の強度情報と位置情報を得る。そして、最大強度点、即ち、照明点のX,Y座標を決定する。照明点の決定に続いて、該照明点を通るライン上における光強度の変化をプロットすると、図8(b)に示すようなグラフが得られる。例えば検出領域の全体を検出範囲に含める場合、このグラフにおいて、立ち上がり点と収束点を決定し、その座標を求めることにより、図8(a)に示す空間的な光強度分布データ画像において範囲を決定することができる。或いは、図8(b)に示すようなグラフにおいて中心点を決定し、統計的処理によってグラフの裾野部分を切り捨てることにより、範囲を定めることもできる。また或いは、図8(b)に示すようなグラフを基に光強度の累積グラフを作製し、その傾きから立ち上がり点と収束点を算出して座標を求めてもよい。   Next, in the spatial light intensity distribution data image as shown in FIG. 8A, light intensity information and position information are obtained. Then, the maximum intensity point, that is, the X and Y coordinates of the illumination point are determined. When the change of the light intensity on the line passing through the illumination point is plotted following the determination of the illumination point, a graph as shown in FIG. 8B is obtained. For example, when the entire detection area is included in the detection range, the rising point and the convergence point are determined in this graph, and the coordinates thereof are obtained, whereby the range is determined in the spatial light intensity distribution data image shown in FIG. Can be determined. Alternatively, the range can be determined by determining the center point in the graph as shown in FIG. 8B and truncating the bottom of the graph by statistical processing. Alternatively, a coordinate graph may be obtained by preparing a cumulative graph of light intensity based on a graph as shown in FIG. 8B and calculating a rising point and a convergence point from the slope.

照明点を通るラインをX,Y座標上の角度を変えながら、この工程を繰り返し行うことにより、検出領域を決定することができる。検出領域が決定されると、図8(c)に示すように、不要な部分が排除され、検出範囲がほぼ所望の領域のみを含むようにすることができる。   The detection region can be determined by repeating this process while changing the angle of the line passing through the illumination point on the X and Y coordinates. When the detection area is determined, as shown in FIG. 8 (c), unnecessary portions can be eliminated, and the detection range can include only a desired area.

なお、上記の説明では、照明点を通るライン上における光強度の変化をプロットしたが、これに限定されず、例えば、X,Y座標軸に平行なライン上でプロットしてもよい。その場合、図8(a)に示す空間的な光強度分布データ画像において、ラインを少しずつ移動させながらプロットを行う。また、リング状の検出領域の一部を検出範囲とする場合は、観測したい深度と精度から算定した照明−検出間距離と幅に基づいて、図8(b)のグラフ上の該当部分を決定する。   In the above description, the change in light intensity on the line passing through the illumination point is plotted. However, the present invention is not limited to this. For example, the change may be plotted on a line parallel to the X and Y coordinate axes. In that case, plotting is performed while moving the line little by little in the spatial light intensity distribution data image shown in FIG. When a part of the ring-shaped detection area is set as the detection range, the corresponding part on the graph of FIG. 8B is determined based on the illumination-detection distance and width calculated from the depth and accuracy to be observed. To do.

以上の実施形態によれば、検出領域を自動で設定することができ、散乱体内部の観測をより簡便、迅速且つ効率的に行うことができる。   According to the above embodiment, a detection area can be set automatically, and observation inside a scatterer can be performed more simply, quickly and efficiently.

次に、本発明の他の態様に従って提供される、散乱体の表層付近から生じるノイズを除去する機能を備えた散乱体内部観測装置を説明する。   Next, a scatterer internal observation device having a function of removing noise generated from the vicinity of the surface of the scatterer provided according to another aspect of the present invention will be described.

本態様における散乱体内部観測装置は、散乱体の表面や表層付近によるノイズを除去した、深部処理画像を作製するものである。検出手段によって検出される後方散乱光には、散乱体の表面からの反射光も含まれている。散乱体の表面には、微小な凹凸が存在するため、反射光が散乱して強弱を生じ、断層画像を作製する際のノイズとなり得る。また、検出される後方散乱光には比較的浅い深度からの後方散乱光も含まれており、深部からの後方散乱光によって断層画像を作製する際にはこれもノイズとなる。   The scatterer internal observation device in this aspect is for producing a deep processing image from which noise due to the surface of the scatterer and the vicinity of the surface layer is removed. The backscattered light detected by the detection means includes reflected light from the surface of the scatterer. Since there are minute irregularities on the surface of the scatterer, the reflected light scatters and produces strength, which can be noise when creating a tomographic image. The detected backscattered light also includes backscattered light from a relatively shallow depth, and this also becomes noise when a tomographic image is produced by backscattered light from a deep part.

そこで、本態様における散乱体内部観測装置は、ノイズが除去された断層画像を提供することを可能にするものである。   Therefore, the scatterer internal observation device according to the present aspect can provide a tomographic image from which noise has been removed.

ノイズが除去された断層画像は、以下の(1)〜(3)のいずれかの方法によって作製することができる。   A tomographic image from which noise has been removed can be produced by any of the following methods (1) to (3).

(1)表層断層画像と深部断層画像を別々に作製し、深部断層画像から表層断層画像を減算する。ここで、表層断層画像とは、散乱体の比較的浅い部分からの後方散乱光と、散乱体の表面からの反射光とから作製される断層画像である。一方、深部断層画像とは、所望の深度の断層画像であるが、これには表層からの後方散乱光も含まれている。   (1) A surface tomographic image and a deep tomographic image are created separately, and the surface tomographic image is subtracted from the deep tomographic image. Here, the surface layer tomographic image is a tomographic image prepared from backscattered light from a relatively shallow portion of the scatterer and reflected light from the surface of the scatterer. On the other hand, the deep tomographic image is a tomographic image having a desired depth, and includes backscattered light from the surface layer.

表層断層画像と深部断層画像を別々に作製するために、本方法では、図9に示すように、照明手段と検出手段の距離を変化させる。表層断層画像を作製する際には、図9(a)に示すように、αの位置で検出する。すると、図9(b)に示すような表層断層画像Xが得られる。また、深部断層画像を作製する際には、図9(c)に示すように、βの位置で検出する。すると、図9(d)に示すような深部断層画像Yが得られる。   In this method, as shown in FIG. 9, the distance between the illumination means and the detection means is changed in order to separately produce the surface layer tomographic image and the deep part tomographic image. When producing a surface layer tomographic image, as shown in FIG. Then, a surface layer tomographic image X as shown in FIG. 9B is obtained. Further, when creating a deep tomographic image, detection is performed at the position β as shown in FIG. As a result, a deep tomographic image Y as shown in FIG. 9D is obtained.

なお、図9(a)及び(c)では、説明のために、照明手段と検出手段の距離を変化させたが、これに限定されず、検出手段によって取得された光強度データを解析する際、表層画像を作製するためにデータを抽出する点の距離を、深部断層画像を作製するためにデータを抽出する点の距離よりも短くすることにより簡便にそれぞれの断層画像を得ることができる。   In FIGS. 9A and 9C, the distance between the illumination unit and the detection unit is changed for the sake of explanation. However, the present invention is not limited to this, and the light intensity data acquired by the detection unit is analyzed. Each tomographic image can be easily obtained by making the distance of the point from which data is extracted to create the surface layer image shorter than the distance of the point from which data is extracted to create the deep tomographic image.

次に、図9(e)に示すように、深部断層画像Yから表層断層画像Xを減算する。これにより、表層のノイズが除去された深部処理画像Zを得ることができる。なお、表層断層画像Xは、深部断層画像Yよりも光強度が大きいため、表層断層画像Xに定数nを掛けて光強度を調節する。定数nは、表層断層画像Xと深部断層画像Yの光強度の平均が同程度になるように決定すればよい。   Next, as shown in FIG. 9E, the surface layer tomographic image X is subtracted from the deep tomographic image Y. Thereby, the deep part processed image Z from which the noise of the surface layer was removed can be obtained. Since the surface tomographic image X has a light intensity higher than that of the deep tomographic image Y, the light intensity is adjusted by multiplying the surface layer tomographic image X by a constant n. The constant n may be determined so that the average light intensity of the surface tomographic image X and the deep tomographic image Y is approximately the same.

演算方法は、例えば作製された画像上の画素毎に、光強度を演算することにより行うことができる。或いは、撮像素子上の画素毎に、光強度を演算することにより行うことができる。また複数の画素の光強度の平均を算出し、その平均値を用いて演算してもよいが、これらに限定されず、適切な方法を選択することができる。   The calculation method can be performed, for example, by calculating the light intensity for each pixel on the produced image. Alternatively, it can be performed by calculating the light intensity for each pixel on the image sensor. Moreover, although the average of the light intensity of several pixels may be calculated and it may calculate using the average value, it is not limited to these, An appropriate method can be selected.

(2)上記(1)の方法と同様に、表層断層画像と深部断層画像を別々に作製する。本方法では、各断層画像を作製するために、異なる波長の光を照明として用いる。例えば、図10(a)に示すように、表層断層画像を作製する場合は、波長λ1の光を照射する光源1を用いる。すると、図10(b)に示すような表層断層画像Xが得られる。また、深部断層画像を作製する際には、図10(c)に示すように、波長λ2の光を照射する光源2を用いる。すると、図10(d)に示すような深部断層画像Yが得られる。表層断層画像を作製する際には、より散乱の強い光、即ち、波長の短い光を用いる。反対に、深部断層画像を作製する際には、より散乱の弱い光を用いる。   (2) Similar to the method of (1) above, a surface layer tomographic image and a deep tomographic image are prepared separately. In this method, in order to produce each tomographic image, light of different wavelengths is used as illumination. For example, as shown in FIG. 10A, when producing a surface layer tomographic image, a light source 1 that emits light of wavelength λ1 is used. Then, a surface layer tomographic image X as shown in FIG. Further, when producing a deep tomographic image, as shown in FIG. 10C, a light source 2 that emits light having a wavelength λ2 is used. As a result, a deep tomographic image Y as shown in FIG. 10 (d) is obtained. When a surface layer tomographic image is produced, light having a higher scattering, that is, light having a short wavelength is used. On the other hand, when producing a deep tomographic image, light with less scattering is used.

次いで、図10(e)に示すように、深部断層画像Yから表層断層画像Xを減算する。断層画像の演算方法は上記方法(1)と同様である。これにより、表層のノイズが除去された断層画像Zを得ることができる。   Next, as shown in FIG. 10 (e), the surface layer tomographic image X is subtracted from the deep tomographic image Y. The calculation method of the tomographic image is the same as the method (1). Thereby, the tomographic image Z from which the noise on the surface layer is removed can be obtained.

(3)図11(a)に示すように、通常の通りに後方散乱光の検出を行い、図11(b)に示すような深部断層画像Yを作製する。この深部断層画像Yを2次元フーリエ変換すると、図11(c)に示すような、横軸に深部断層画像Yの水平方向周波数、縦軸に深部断層画像Yの垂直方向周波数をとり、フーリエ変換後の振幅スペクトルを輝度値として表した画像が得られる。なお、ここでの周波数とは、画像上の周波数であり、これは空間周波数とも称する。   (3) As shown in FIG. 11A, backscattered light is detected as usual, and a deep tomographic image Y as shown in FIG. 11B is created. When the deep tomographic image Y is two-dimensionally Fourier transformed, as shown in FIG. 11 (c), the horizontal axis represents the horizontal frequency of the deep tomographic image Y, and the vertical axis represents the vertical frequency of the deep tomographic image Y. An image representing the later amplitude spectrum as a luminance value is obtained. In addition, the frequency here is a frequency on an image, and this is also called a spatial frequency.

図11(c)に示す画像において、深部断層画像Yの空間周波数の低周波成分は図11(c)に示す画像の中心部に対応し、高周波成分は図11(c)に示す画像の周辺部に対応する。画像において、高周波数部分は、散乱体の表面及び表層から得られるノイズ成分に対応する。反対に、低周波数部分は、散乱体の深部から得られる成分に対応する。   In the image shown in FIG. 11 (c), the low frequency component of the spatial frequency of the deep tomographic image Y corresponds to the center of the image shown in FIG. 11 (c), and the high frequency component is the periphery of the image shown in FIG. 11 (c). Corresponding to the part. In the image, the high frequency portion corresponds to the noise component obtained from the surface and surface layer of the scatterer. Conversely, the low frequency part corresponds to the component obtained from the deep part of the scatterer.

このフーリエ変換後の画像において、低周波数部分のみを選択し、逆フーリエ変換することにより、ノイズが除去された深部処理画像Zを得ることができる。   In this image after Fourier transform, only the low frequency part is selected and inverse Fourier transform is performed, whereby a deep processed image Z from which noise has been removed can be obtained.

また或いは、図11(d)に示すように、深部断層画像Yから、高周波数成分を逆フーリエ変換して得られた表層断層画像Xを減算することによって、深部処理画像Zを得ることもできる。   Alternatively, as shown in FIG. 11 (d), the deep processing image Z can be obtained by subtracting the surface layer tomographic image X obtained by inverse Fourier transforming the high frequency component from the deep tomographic image Y. .

なお、高周波数と低周波数を区切る閾値は、観察対象の異質部分のサイズや位置によって、適宜設定することができる。   Note that the threshold for separating the high frequency and the low frequency can be set as appropriate depending on the size and position of the heterogeneous portion to be observed.

以上に説明した方法は、上記第1〜4実施形態にかかる散乱体内部観測装置によって実施することができる。例えば、深部断層画像と表層断層画像は、画像処理手段によって行い、演算は解析/処理手段によって行うことができる。   The method described above can be implemented by the scatterer internal observation device according to the first to fourth embodiments. For example, the deep tomographic image and the surface layer tomographic image can be performed by an image processing unit, and the calculation can be performed by an analysis / processing unit.

或いは、画像化手段、演算手段を含む制御手段を備えてもよく、構成は適宜選択することができる。   Alternatively, a control unit including an imaging unit and a calculation unit may be provided, and the configuration can be appropriately selected.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組合せることも可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the invention. In addition, it is possible to appropriately combine a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明は、生体を観測する装置として利用することができ、特に内視鏡や硬性鏡などにおいて利用することができる。   The present invention can be used as an apparatus for observing a living body, and can be used particularly in an endoscope or a rigid endoscope.

第1実施形態に係る散乱体内部観測装置のブロック構成図。The block block diagram of the scatterer inside observation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 散乱体表面の検出範囲を示す模式図。The schematic diagram which shows the detection range of the scatterer surface. 第2実施形態に係る散乱体内部観測装置のブロック構成図。The block block diagram of the scatterer inside observation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る散乱体内部観測装置のブロック構成図。The block block diagram of the scatterer inside observation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る散乱体内部観測装置のブロック構成図。The block block diagram of the scatterer inside observation apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態の変形例に係る散乱体内部観測装置のブロック構成図。The block block diagram of the scatterer inside observation apparatus which concerns on the modification of 4th Embodiment. 検出領域と検出範囲を示す模式図。The schematic diagram which shows a detection area and a detection range. 検出範囲の決定方法を示す概念図。The conceptual diagram which shows the determination method of a detection range. ノイズ除去方法の第1の方法を示す概念図。The conceptual diagram which shows the 1st method of a noise removal method. ノイズ除去方法の第2の方法を示す概念図。The conceptual diagram which shows the 2nd method of a noise removal method. ノイズ除去方法の第3の方法を示す概念図。The conceptual diagram which shows the 3rd method of a noise removal method.

符号の説明Explanation of symbols

100…散乱体内部観測装置、101…照明手段、102…検出手段、103…解析/制御部、104…照明範囲、105…検出範囲、106…検出領域、107…画像処理部、108…表示部、109…入力部、111、211、212…スキャンミラー、213…走査制御部、314…ハーフミラー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Scattering body inside observation apparatus, 101 ... Illuminating means, 102 ... Detection means, 103 ... Analysis / control part, 104 ... Illumination range, 105 ... Detection range, 106 ... Detection area, 107 ... Image processing part, 108 ... Display part , 109: input unit, 111, 211, 212 ... scan mirror, 213 ... scan control unit, 314 ... half mirror.

Claims (10)

散乱体内部の異質部分の情報を取得する散乱体内部観測装置であって、
前記散乱体を構成する散乱媒質と前記異質部分とで光学特性の異なる波長を少なくとも含む光を前記散乱体に照射する照明手段と、
前記散乱体を撮像する撮像素子と、該撮像素子が撮像する検出範囲を限定する撮像光学系と、該検出範囲に所望の領域が含まれるように調節する検出範囲可変機構を含み、前記照明手段により照射された光の後方散乱光を検出し、該後方散乱光の光強度データを取得する検出手段と、
前記検出手段により取得された光強度データを解析し、前記検出範囲可変機構を制御する解析/制御手段と、
前記検出手段により取得された光強度データから、前記散乱体内部の任意の深度における断層画像を作製する画像処理手段とを具備することを特徴とする散乱体内部観測装置。
A scatterer internal observation device that acquires information on a heterogeneous part inside a scatterer,
Illuminating means for irradiating the scatterer with light including at least wavelengths having different optical characteristics between the scattering medium constituting the scatterer and the extraneous portion;
An illuminating unit including: an imaging element that images the scatterer; an imaging optical system that limits a detection range captured by the imaging element; and a detection range variable mechanism that adjusts the detection range to include a desired region. Detecting means for detecting the backscattered light of the light emitted by, and obtaining light intensity data of the backscattered light;
Analysis / control means for analyzing the light intensity data acquired by the detection means and controlling the detection range variable mechanism;
An scatterer internal observation device, comprising: an image processing unit that creates a tomographic image at an arbitrary depth inside the scatterer from the light intensity data acquired by the detection unit.
前記検出手段がさらに、前記検出範囲を移動させ得るスキャンミラーを備えることを特徴とする、請求項1に記載の散乱体内部観測装置。   The scatterer internal observation device according to claim 1, wherein the detection unit further includes a scan mirror capable of moving the detection range. 前記照明手段が照明用スキャンミラーを備え、
前記検出手段が検出用スキャンミラーを備え、
両スキャンミラーを制御して、前記照明手段によって照明される照明範囲と前記検出範囲を散乱体表面上で走査させる走査制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の散乱体内部観測装置。
The illumination means comprises an illumination scan mirror;
The detecting means includes a scanning mirror for detection;
The scatterer internal observation according to claim 1, further comprising scanning control means for controlling both scanning mirrors to scan the illumination range illuminated by the illumination means and the detection range on the scatterer surface. apparatus.
前記照明手段及び前記検出手段が、それらの光路が同軸になるように配置され、
前記照明手段によって照明される照明範囲及び前記検出範囲を散乱体表面上で走査させるスキャンミラーを備えることを特徴とする請求項1に記載の散乱体内部観測装置。
The illumination means and the detection means are arranged such that their optical paths are coaxial,
The scatterer internal observation device according to claim 1, further comprising a scan mirror that scans the illumination range illuminated by the illumination unit and the detection range on the scatterer surface.
前記所望の領域を決定する検出領域決定手段をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の散乱体内部観測装置。   The scatterer internal observation device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a detection region determination unit that determines the desired region. 前記所望の領域を決定するための設定を入力する入力手段をさらに備える、請求項5に記載の散乱体内部観測装置。   The scatterer internal observation device according to claim 5, further comprising input means for inputting a setting for determining the desired region. 散乱体内部の異質部分を観測する散乱体内部観測方法であって、
前記散乱体を構成する散乱媒質と前記異質部分とで光学特性の異なる波長を少なくとも含む光を前記散乱体に照射する工程と、
前記照射された光の後方散乱光を検出し、該後方散乱光の光強度データを取得する工程と、
前記工程により取得された光強度データを解析し、散乱体表面における検出領域を決定する工程と、
前記工程により決定された検出領域の後方散乱光を検出し、光強度データを取得する工程と、
前記工程により取得された光強度データから、前記散乱体の断層画像を作製する画像処理工程を含むことを特徴とする方法。
A scatterer internal observation method for observing a heterogeneous part inside a scatterer,
Irradiating the scatterer with light including at least wavelengths having different optical characteristics between the scattering medium constituting the scatterer and the extraneous portion; and
Detecting backscattered light of the irradiated light and obtaining light intensity data of the backscattered light;
Analyzing the light intensity data acquired by the step, and determining a detection region on the scatterer surface;
Detecting the backscattered light of the detection region determined by the step, obtaining light intensity data;
A method comprising an image processing step of creating a tomographic image of the scatterer from the light intensity data acquired by the step.
前記後方散乱光の検出が行われる検出範囲に、前記決定された検出領域が含まれるように調節する工程を含む、請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, further comprising adjusting the detection range in which the detection of the backscattered light is performed to include the determined detection region. 前記散乱体に光が照射される照明範囲と、前記検出範囲を、散乱体表面上で一定の位置関係を維持したまま走査させて後方散乱光を検出し、光強度データを取得する工程をさらに含む、請求項8に記載の方法。   A step of scanning the illumination range in which light is applied to the scatterer and the detection range while maintaining a fixed positional relationship on the surface of the scatterer to detect backscattered light and acquiring light intensity data; 9. The method of claim 8, comprising. 前記検出領域を決定する工程が自動で行われることを特徴とする、請求項7〜9の何れか一項に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the step of determining the detection area is performed automatically.
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