JP6822475B2 - 内視鏡装置及び内視鏡装置の作動方法 - Google Patents
内視鏡装置及び内視鏡装置の作動方法 Download PDFInfo
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Description
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
1.システムの全体構成
2.本実施形態に係る内視鏡の構成
3.空間分割方式の例
4.時間分割方式の例
5.光線分割方式の例
6.無反射像と有反射像の合成
まず、図1を参照して、本開示の一実施形態に係るシステムの概略構成について説明する。近年では、医療現場において従来の開腹手術に代わって内視鏡による手術が行われている。例えば、腹部の手術を行う場合、図1に示すような手術室に配置される内視鏡手術システム10を用いる。従来のように腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ12a,12bと称される開孔器具が腹壁に数か所取り付けられ、トロッカ12a,12bに設けられている孔から腹腔鏡(以下、内視鏡とも称する)2、エネルギ処置具3や鉗子4等が体内に挿入される。そして、内視鏡2によってビデオ撮像された患部(腫瘍等)16の画像をリアルタイムに見ながら、エネルギ処置具3等によって患部16を切除するなどの処置が行われる。内視鏡2、エネルギ処置具3や鉗子4は、術者、助手、スコピスト、またはロボット等が保持している。なお、本実施形態では内視鏡2として硬性内視鏡を例示するが、内視鏡2は軟性内視鏡であっても良い。また、本開示に係るシステムは、図1に示す内視鏡システムのような、環境光などの外光が遮断された暗環境化において画像を取得する撮像装置と照明装置を備えるイメージング機器に関するもので、工業用内視鏡装置や医用内視鏡装置、または顕微鏡装置といった観察装置を含む。
図5A〜図5Cは、通常撮影時における内視鏡観察時の照射光と入射光の関係を示す模式図である。図5Aは内視鏡装置500の場合を示しており、導光部100から被写体300に向けて照射された入射光は、被写体300で反射し、反射による像光が撮像部200にて撮像される。撮像部200は、CMOSセンサ等の撮像素子から構成される。図5Bは、図5Aの内視鏡装置500を被写体側から見た状態を示している。図5Bに示すように、内視鏡装置500の鏡筒510には、入射光が照射される照射窓512と像光が入射する観察窓514が設けられている。図5Cは、顕微鏡手術装置600の例を示しており、導光部100と撮像部200を有するユニットが複数設けられている。
第1反射光及び第2反射光を取得する手法として、空間分割方式を用いた方法、時間分割方式を用いた方法、が挙げられる。図6は、空間分割方式を用いた手法を示す模式図である。まず、第1光源からの照明光である入射光(非偏光、図6中に太い破線で示す)が導光部100から照射される。この入射光は、第1偏光角度を有する第1偏光子(偏光板)400で偏光化されて、第1偏光角度を有する入射光(偏光、図6中に細い破線で示す)となる。入射光は、被写体300に当たり、被写体300からの像光が生じる。この時生じた像光は、物体内部で乱反射し偏光が解消された拡散反射成分(非偏光、図6中に太い一点鎖線で示す)と、物体表面で直ちに反射し第1の偏光角度を保った偏光で構成される鏡面反射成分(偏光、図6中に太い二点鎖線で示す)とを含む。このように、画像の色情報を有する拡散反射成分は、物体内部で乱反射することで偏光状態が解消される。一方、鏡面反射成分は、偏光状態が保たれ、入射光と同じ第1偏光角度を有している。
図9A及び図9Bは、時間分割方式を用いた手法を説明するための模式図である。時間分割方式は大別して、図9Aに示す第1方式と図9Bに示す第2方式の2方式に分かれる。
図11A及び図11Bは、光線分割方式を用いた手法を説明するための模式図である。図11Aは、ビームスプリッターとして通常のプリズムを用いた場合を示しており、図11Bは、偏光ビームスプリッターを用いた場合を示している。図11Aに示す例では、最初に、第1光源からの入射光(非偏光、図11A中に太い破線で示す)が導光部100から照射される。この入射光は、第1偏光角度を有する第1偏光子400で偏光化されて、第1偏光角度を有する入射光(偏光、図11A中に細い破線で示す)となる。入射光は、被写体300に当たり、被写体300からの像光が生じる。この時生じた像光は、物体内部で乱反射し偏光が解消された拡散反射成分(非偏光、図11A中に太い一点鎖線で示す)と、物体表面で直ちに反射し第1の偏光角度を保った偏光で構成される鏡面反射成分(偏光、図11A中に太い二点鎖線で示す)とを含む。
次に、図13及び図14に基づいて、無反射像と有反射像から合成像を生成する合成処理部700について説明する。図13では、観察目的に適応的な鏡面反射制御像を合成像として表示する方法を説明する。撮像部200にて取得された有反射像及び無反射像は、有反射像取得部650、無反射像取得部660にて取得され、合成処理部700へ入力される。図13に示すように、合成処理部700は、鏡面反射分離部702、鏡面反射制御部704、輝度補正部706、を有して構成される。
(1) 被写体から鏡面反射成分を含む有反射像を取得する有反射像取得部と、
前記被写体から前記鏡面反射成分を含まない無反射像を取得する無反射像取得部と、
前記有反射像と前記無反射像を合成する合成処理部と、
を備える、内視鏡装置。
(2) 前記合成処理部は、前記有反射像と前記無反射像の差分を前記無反射像に加算することで、前記有反射像と前記無反射像を合成する、前記(1)に記載の内視鏡装置。
(3) 前記合成処理部は、前記有反射像の輝度に基づいて、前記有反射像の輝度が高いほど前記有反射像の利用率を下げて前記合成を行う、前記(1)に記載の内視鏡装置。
(4) 前記合成処理部は、前記有反射像の輝度と前記無反射像の輝度の差分に基づいて、前記差分が大きいほど前記有反射像の利用率を下げて前記合成を行う、前記(1)に記載の内視鏡装置。
(5) 前記合成処理部は、前記無反射像の輝度を前記有反射像の輝度に合わせる輝度補正部を有する、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の内視鏡装置。
(6) 前記合成処理部は、画像の領域毎又は画素毎に前記合成を行う、請求項1〜(5)のいずれかに記載の内視鏡装置。
(7) 光源部から出射された光を直線偏光にして前記被写体へ入射させる第1の偏光子と、
前記被写体から反射した光線が透過し、前記第1の偏光子と異なる偏光角度を有する第2の偏光子と、
を備える、前記(1)〜(6)のいずれかに記載の内視鏡装置。
(8) 前記第2の偏光子は、前記第1の偏光子の偏光角度と直交する偏光角度を有する、前記(7)に記載の内視鏡装置。
(9) 前記有反射像取得部は、時間分割された第1の所定フレームで前記有反射像を取得し、
前記無反射像取得部は、時間分割された第2の所定フレームで前記無反射像を取得し、
前記第1の所定フレームでは前記第1の偏光子及び前記第2の偏光子の一方が出現し、
前記第2の所定フレームでは前記第1の偏光子及び前記第2の偏光子の双方が出現する、前記(7)又は(8)に記載の内視鏡装置。
(10) 前記第2の偏光子は複数の画素のうち偏光画素に配置され、
前記有反射像取得部は、前記第2の偏光子が配置されていない通常画素から前記有反射像を取得し、
前記無反射像取得部は、前記第2の偏光子が配置された前記偏光画素から前記無反射像を取得する、前記(7)又は(8)に記載の内視鏡装置。
(11) 前記被写体から反射した光線を2つに分光するビームスプリッターを備え、
前記第2の偏光子は2つに分光された光線の一方が透過し、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記第2の偏光子を通過していない光線から前記有反射像を取得し、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記第2の偏光子を通過した光線から前記無反射像を取得する、前記(7)に記載の内視鏡装置。
(12) 光源部から出射された光を直線偏光にして前記被写体へ入射させる第1の偏光子と、
前記被写体から反射した光線を2つに分光する偏光ビームスプリッターと、
を備え、
前記偏光ビームスプリッターは、2つに分光された光線の一方の偏光状態を変化させ、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記偏光ビームスプリッターによって偏光状態が変化されていない光線から前記有反射像を取得し、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記偏光ビームスプリッターによって偏光状態が変化された光線から前記無反射像を取得する、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の内視鏡装置。
(13) 前記被写体へ入射する光線の光軸と前記被写体から反射する光線の光軸が平行である、前記(1)〜(12)のいずれかに記載の内視鏡装置。
(14) 被写体から鏡面反射成分を含む有反射像を取得することと、
前記被写体から前記鏡面反射成分を含まない無反射像を取得することと、
前記有反射像と前記無反射像を合成することと、
を備える、内視鏡装置の画像合成方法。
204 偏光画素
206 通常画素
210 ビームスプリッター
218 偏光ビームスプリッター
400 第1偏光子
650 有反射像取得部
660 無反射像取得部
700 合成処理部
706,712 輝度補正部
Claims (12)
- 被写体から鏡面反射成分を含む有反射像を取得する有反射像取得部と、
前記被写体から前記鏡面反射成分を含まない無反射像を取得する無反射像取得部と、
前記有反射像と前記無反射像を合成する合成処理部と、
を備え、
前記合成処理部は、
前記無反射像の輝度を前記有反射像の輝度に合わせる輝度補正部と、
前記無反射像の輝度が前記有反射像の輝度に合った前記無反射像と前記有反射像との差分を算出し、鏡面反射像として抽出する鏡面反射分離部と、
抽出した前記鏡面反射像に1.0以上の係数を乗算し、前記無反射像の輝度が前記有反射像の輝度に合った前記無反射像に加算する鏡面反射制御部と、
を有する、内視鏡装置。 - 被写体から鏡面反射成分を含む有反射像を取得する有反射像取得部と、
前記被写体から前記鏡面反射成分を含まない無反射像を取得する無反射像取得部と、
前記有反射像と前記無反射像を合成する合成処理部と、
を備え、
前記合成処理部は、前記有反射像の輝度に基づいて、前記有反射像の輝度が高いほど前記有反射像の利用率を下げて前記合成を行う、内視鏡装置。 - 被写体から鏡面反射成分を含む有反射像を取得する有反射像取得部と、
前記被写体から前記鏡面反射成分を含まない無反射像を取得する無反射像取得部と、
前記有反射像と前記無反射像を合成する合成処理部と、
を備え、
前記合成処理部は、前記有反射像の輝度と前記無反射像の輝度の差分に基づいて、前記差分が大きいほど前記有反射像の利用率を下げて前記合成を行う、内視鏡装置。 - 前記合成処理部は、画像の領域毎又は画素毎に前記合成を行う、請求項1から3のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
- 光源部から出射された光を直線偏光にして前記被写体へ入射させる第1の偏光子と、
前記被写体から反射した光線が透過し、前記第1の偏光子と異なる偏光角度を有する第2の偏光子と、
を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の内視鏡装置。 - 前記第2の偏光子は、前記第1の偏光子の偏光角度と直交する偏光角度を有する、請求項5に記載の内視鏡装置。
- 前記有反射像取得部は、時間分割された第1の所定フレームで前記有反射像を取得し、
前記無反射像取得部は、時間分割された第2の所定フレームで前記無反射像を取得し、
前記第1の所定フレームでは前記第1の偏光子及び前記第2の偏光子の一方が出現し、
前記第2の所定フレームでは前記第1の偏光子及び前記第2の偏光子の双方が出現する、請求項5又は6に記載の内視鏡装置。 - 前記第2の偏光子は複数の画素のうち偏光画素に配置され、
前記有反射像取得部は、前記第2の偏光子が配置されていない通常画素から前記有反射像を取得し、
前記無反射像取得部は、前記第2の偏光子が配置された前記偏光画素から前記無反射像を取得する、請求項5又は6に記載の内視鏡装置。 - 前記被写体から反射した光線を2つに分光するビームスプリッターを備え、
前記第2の偏光子は2つに分光された光線の一方が透過し、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記第2の偏光子を通過していない光線から前記有反射像を取得し、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記第2の偏光子を通過した光線から前記無反射像を取得する、請求項5に記載の内視鏡装置。 - 光源部から出射された光を直線偏光にして前記被写体へ入射させる第1の偏光子と、
前記被写体から反射した光線を2つに分光する偏光ビームスプリッターと、
を備え、
前記偏光ビームスプリッターは、2つに分光された光線の一方の偏光状態を変化させ、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記偏光ビームスプリッターによって偏光状態が変化されていない光線から前記有反射像を取得し、
前記有反射像取得部は、2つに分光された光線のうち前記偏光ビームスプリッターによって偏光状態が変化された光線から前記無反射像を取得する、請求項1から3のいずれか一項に記載の内視鏡装置。 - 前記被写体へ入射する光線の光軸と前記被写体から反射する光線の光軸が平行である、請求項1から10のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
- 被写体から鏡面反射成分を含む有反射像を取得することと、
前記被写体から前記鏡面反射成分を含まない無反射像を取得することと、
前記有反射像の輝度に基づいて、前記有反射像の輝度が高いほど前記有反射像の利用率を下げて前記有反射像と前記無反射像を合成することと、
を備える、内視鏡装置の作動方法。
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