JP6806675B2 - 走査型内視鏡の画像評価システム - Google Patents

Description

本発明は、走査型内視鏡の画像評価システムに関するものである。

光源からの光を導光する光ファイバの射出端を振動させて、射出端から射出される光を被写体において２次元的に走査させ、被写体の各走査位置から戻る光を受光することにより画像を取得する走査型内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この走査型内視鏡では、光を射出する光ファイバの射出端の径方向外方に射出端と同一方向を向けた受光用の光ファイバを固定して、射出端の方向に戻ってきた被写体からの光を受光して集めるようになっている。

特許第５６０８７１８号公報

このような特許文献１の走査型内視鏡により取得される画像を評価する場合には、光を射出した射出端の方向に戻る後方散乱光を検出するため、各走査位置からの光のみならず、被写体の表面において反射して戻る光についても受光用の光ファイバによって検出してしまうことがある。すなわち、被写体の表面における反射光は強い迷光として検出され、ハレーションを伴って画像を劣化させてしまうため、被写体の状態を表す画像を精度よく生成することができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、被写体の表面における反射光の影響を受けることなく、取得される画像の特性を精度よく評価することができる走査型内視鏡の画像評価システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、光源からの照明光を導光し、先端から射出させる光ファイバと、該光ファイバの前記先端を振動させて、射出される前記照明光を走査させるアクチュエータとを備えるファイバスキャナ部と、光検出部とを備える走査型内視鏡と、該走査型内視鏡により取得される画像の特性を評価するための指標部を備えるチャートとを備え、該チャートを挟んで、前記光ファイバの前記先端と、前記光検出部とを対向させて配置し、前記光ファイバの前記先端から射出され前記チャートを透過した前方散乱光を前記光検出部により検出する走査型内視鏡の画像評価システムである。

本態様によれば、ファイバスキャナ部をチャートの一側に対向させ、光検出部をチャートの他側に対向させて、光源からの照明光を光ファイバにより導光させるとともに、アクチュエータを駆動して光ファイバの先端を振動させることにより、光ファイバの先端から射出される照明光がチャートにおいて走査される。チャートにおいては、照明光の各走査位置において発生した光が全方位に散乱するが、そのうちのチャートの指標部を透過する方向に散乱した前方散乱光がチャートを挟んでファイバスキャナ部とは反対側に配置されている光検出部により検出される。

これにより、光検出部により検出された光の強度と、ファイバスキャナ部による各走査位置の情報とを対応づけて記憶しておくことによって、チャートの画像を生成することができる。
この場合において、光検出部にはチャートの指標部を透過した前方散乱光のみが検出されるので、光ファイバの先端から射出された照明光がチャートの表面において反射して戻る反射光が検出されずに済む。すなわち、取得される画像は、強度の高い迷光である反射光が含まれないので、チャートを精度よく表した画像となり、取得された画像の特性を精度よく評価することができる。

上記態様においては、前記チャートが、前記指標部または前記指標部以外の部材のいずれか一方を、光を透過する透過性部材、他方を遮光部材により構成されていてもよい。
また、上記態様においては、前記指標部が、光散乱体を備えていてもよい。
また、上記態様においては、前記指標部が、光を透過する透過性部材の表面に前記光散乱体を配置することにより構成されていてもよい。

本発明によれば、被写体の表面における反射光の影響を受けることなく、取得される画像の特性を精度よく評価することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る走査型内視鏡の画像評価システムを示す全体構成図である。 図１の走査型内視鏡を示す全体構成図である。 図１の走査型内視鏡の画像評価システムのファイバスキャナ部を示す斜視図である。 図１の走査型内視鏡の画像評価システムのファイバスキャナ部による照明光の操作軌跡の一例を示す図である。 図１の走査型内視鏡の画像評価システムに備えられるチャートの一例を示す部分的な縦断面図である。 図１の走査型内視鏡の画像評価システムに備えられるチャートの他の例を示す部分的な縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る走査型内視鏡２０の画像評価システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型内視鏡２０の画像評価システム１は、図１に示されるように、光源２からの照明光（例えば、可視光、赤外光、励起光など）を走査させて画像を取得する走査型内視鏡２０と、該走査型内視鏡２０により取得される画像の特性を評価するための指標パターン（指標部）Ｓを有する透過型のチャート（被写体）Ｔとを備えている。

また、本実施形態に係る走査型内視鏡２０は、照明光を発生させる光源２と、光源２からの照明光を走査させるファイバスキャナ部３と、光（例えば、前方散乱光、蛍光、直接光）を検出する光検出部４と、光検出部４により検出された光の強度に基づいてチャートＴの画像を生成する画像処理部５と、生成された画像を表示するモニタ６を備えている。また、走査型内視鏡２０においては、図２に示されるように、光源部２、光検出部４、画像処理部５および後述する駆動制御部１０が筐体３０内に設けられている。

ファイバスキャナ部３は、光源２からの照明光を導光し、先端７ａから射出させる光ファイバ７と、該光ファイバ７の先端７ａから所定距離を空けた位置において光ファイバ７を貫通させた状態に支持する筒状の振動伝達部材８と、該振動伝達部材８の外面に周方向に等間隔をおいて接着された４つの圧電素子（アクチュエータ）９と、該圧電素子９に加える交流電圧を調節する駆動制御部１０とを備えている。また、ファイバスキャナ部３は、振動伝達部材８の後端に、振動伝達部材８および振動伝達部材８に貫通された光ファイバ７を固定する円形のホルダ部１１を備えている。

振動伝達部材８は、少なくとも表面に導電性の金属材料を備え、図３に示されるように、正四角柱の長手軸に沿って、光ファイバ７を貫通可能な貫通孔１２が形成された形状を有している。
ホルダ部１１は外筒部材１３に固定されている。

圧電素子９は、厚さ方向の両端面に電極１４ａ，１４ｂが設けられた平板状に形成され、一方の電極１４ａを振動伝達部材８の正四角柱部分の各側面に電気的に接触させた状態で固定されている。光ファイバ７を挟んで対向する位置に配置される２対の圧電素子９は、それらの分極方向が、同一の方向に向かうように配置されている。光ファイバ７を挟んで対向する位置に配置されている圧電素子９には、同一位相の交流電圧が供給されるようになっている。

駆動制御部１０は、２対の圧電素子９に、一定の周波数で振動する交流電圧の振幅を正弦波状に変化させながら、位相を９０°異ならせて印加するようになっている。すなわち、各対の圧電素子９に交流電圧を印加することにより、各対の圧電素子９の伸縮振動によって光ファイバ７を屈曲振動させ、それによって、光ファイバ７の先端７ａを図４に示されるように、渦巻き状に変位させて、光ファイバ７の先端７ａから射出させた照明光を渦巻き状に走査させるようになっている。

図１中、符号１５は集光レンズである。光ファイバ７は、例えば、シングルモードファイバである。
また、駆動制御部１０は、照明光の走査位置を示す情報を画像処理部５に送るようになっている。

光検出部４は、ファイバスキャナ部３とは別体に構成され、チャートＴにおいて発生した光を先端において受光する１以上の受光用光ファイバ（光ファイバ）１６と、該受光用光ファイバ１６により受光された光を検出する光電子増倍管などの光検出器１７とを備えている。図中、符号１８は、受光用光ファイバ１６により検出された光を光検出器１７に集光する集光レンズである。

本実施形態においては、光検出部４の受光用光ファイバ１６は、チャートＴを挟んでファイバスキャナ部３とは反対側に配置されるようになっている。受光用光ファイバ１６は、例えば、マルチモードファイバである。受光用光ファイバ１６としては、２以上の光ファイバを束ねてもよいし、ファイババンドルを採用してもよい。

画像処理部５は、ファイバスキャナ部３による照明光の各走査位置と、各該走査位置に照明光が照射されたときに光検出器１７によって検出された光の強度とを対応づけて画像を生成するようになっている。生成された画像はモニタ６に表示されるようになっている。

透過型のチャートＴとしては、図５に示されるように、照明光を透過する透明材料（透過性部材）２１と、照明光を遮断する遮光材料２２とを用いて、指標パターンＳを形成したものを採用することができる。なお、図中の矢印は、照明光が透過する向きを示す。指標パターンＳまたは指標パターンＳ以外の部分のいずれか一方を透明材料２１、他方を遮光材料２２で構成すればよい。

また、透明材料２１からなる指標パターンＳを透過した照明光が直接受光されることを防止するために、透明材料２１がフィルタなどの散乱体（光散乱体：例えば、紙、蛍光体など）であってもよい。または、図６に示されるように、チャートＴの受光用光ファイバ１６側の面に散乱体２３を配置することにしてもよい。

例えば、指標パターンＳを透過した照明光を直接受光する場合には、散乱体２３に光量カットフィルタなどを用いることで、光検出部４で検出される光量が少なくなるため、画像の飽和を抑えることができる。また、散乱体２３が波長カットフィルタを備えることで、前方散乱光のうち所望の波長の光のみを光検出部４で検出することができる。さらに、照明光に励起光を用いた場合には、散乱体２３が蛍光体を備えることで、励起された蛍光を検出することができる。なお、これらの散乱体２３は組み合わせて配置してもよい。

透過型チャートＴは、例えば格子チャート、ドットチャート、視野角チャート、解像チャートが挙げられる。これらのチャートは、得られる画像の特性が異なため、評価したい特性に応じて使い分けることができる。具体的には、格子チャートおよびドットチャートは画像の歪み、視野角チャートは画像の視野角、解像チャートは画像の解像度を評価することができる。

このように構成された本実施形態に係る走査型内視鏡２０の画像評価システム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る走査型内視鏡２０の画像評価システム１を用いて走査型内視鏡２０により取得された画像の評価を行うには、図１に示されるように、ファイバスキャナ部３の先端をチャートＴに対向させる。また、チャートＴを挟んでファイバスキャナ部３の先端に対向する位置に、受光用光ファイバ１６の先端を配置する。

この状態で、光源２において照明光を発生させ、駆動制御部１０によりアクチュエータ９を駆動する。これにより、光ファイバ７によって導光された光源２からの照明光が、光ファイバ７の先端７ａからチャートＴに向けて射出されるとともに、光ファイバ７の先端７ａの振動によって、例えば、渦巻き状に走査される。

照明光が走査されることにより、チャートＴの各走査位置において発生した光は、全方向に散乱するが、チャートＴを透過した前方散乱光の一部が、光検出部４の受光用光ファイバ１６の先端によって受光され、光検出器１７によりその強度が検出される。光検出器１７により検出された光は、画像処理部５に送られる。画像処理部５には、駆動制御部１０から照明光の走査位置を示す情報が送られてきているので、光検出器１７により検出された光の強度と走査位置を示す情報とを対応づけて記憶することにより、画像が生成される。生成された画像はモニタ６に表示される。

この場合において、本実施形態に係る走査型内視鏡２０の画像評価システム１によれば、照明光を射出するファイバスキャナ部３と、光を受光する光検出部４とを、チャートＴを挟んで対向する位置に配置したので、チャートＴの表面において反射した照明光が光検出部４により検出されることを確実に防止することができる。従来、後方散乱光を検出する方式を採用していたもののように、被写体の表面における反射光が強度の高い迷光となって画像を劣化させていたのと比較して、画像の劣化を確実に防止し、チャートＴを精度よく表す画像を生成することができる。その結果、取得された画像に基づいて、高精度に画像の特性を評価することができるという利点がある。画像の特性とは、例えば、視野角、歪み、解像度などであり、生成された画像からチャートＴの指標部Ｓとのズレや歪みが得られれば、これに基づいて装置のキャリブレーションを行うことができる。

また、ファイバスキャナ部３と光検出部４とを別体としたので、両者を一体化していた従来の走査型内視鏡と比較すると、ファイバスキャナ部３および光検出部４のそれぞれを細径化することができるという利点もある。

なお、キャリブレーション方法としては、従来の後方散乱光を検出する方式の走査型内視鏡のキャリブレーション方法としても有効である。すなわち、較正用の画像としては、走査型内視鏡に備えられた受光ファイバにより受光された後方散乱光を利用するのではなく、チャートＴを挟んでファイバスキャナ部３に対向配置された受光用光ファイバ１６により受光された前方散乱光を利用すればよい。

１ 画像評価システム
２ 光源
３ ファイバスキャナ部
４ 光検出部
７ 光ファイバ
７ａ 先端
９ 圧電素子（アクチュエータ）
１６ 受光用光ファイバ（光ファイバ）
２０ 走査型内視鏡
２１ 透明材料（透過性部材）
２３ 散乱体（光散乱体）
Ｓ 指標パターン（指標部）
Ｔ チャート

Claims (6)

1. 光源からの照明光を導光し、先端から射出させる光ファイバと、該光ファイバの前記先端を振動させて、射出される前記照明光を走査させるアクチュエータとを備えるファイバスキャナ部と、光検出部とを備える走査型内視鏡と、
   該走査型内視鏡により取得される画像の特性を評価するための指標部を備えるチャートとを備え、
   該チャートを挟んで、前記光ファイバの前記先端と、前記光検出部とを対向させて配置し、前記光ファイバの前記先端から射出され前記チャートを透過した前方散乱光を前記光検出部により検出する走査型内視鏡の画像評価システム。
2. 前記チャートが、前記指標部または前記指標部以外の部材のいずれか一方を、光を透過する透過性部材、他方を遮光部材により構成されている請求項１に記載の走査型内視鏡の画像評価システム。
3. 前記指標部が、光散乱体を備える請求項１または請求項２に記載の走査型内視鏡の画像評価システム。
4. 前記指標部が、光を透過する透過性部材の表面に前記光散乱体を配置することにより構成されている請求項３に記載の走査型内視鏡の画像評価システム。
5. 前記光検出部が受光用の光ファイバを有し、該受光用の光ファイバが前記チャートにおいて発生した前方散乱光を受光する請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像評価システム。
6. 前記受光用の光ファイバが、マルチモードファイバである請求項５に記載の画像評価システム。

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