JP7093409B2 - 内視鏡システム - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、照明光を被写体に照射し、前記照明光が、光軸に垂直な光束断面において明部および暗部が空間的に繰り返される強度分布を有する、照明部と、前記照明光の前記強度分布における前記暗部の幅と前記明部および前記暗部の位置を変化させる強度分布変更部と、前記暗部の幅が相互に異なる照明光で照明されている前記被写体の少なくとも第1照明画像および第2照明画像の複数の組を取得し、同一の組の前記第1照明画像と前記第2照明画像は、前記明部および前記暗部が相互に入れ替わる2つの時刻でそれぞれ撮影される、撮像部と、前記第1照明画像および前記第2照明画像の複数の組の各々に対応する第1の分離画像および第2の分離画像の複数の組を作成し、少なくとも各組の前記第1照明画像および前記第2照明画像の、前記暗部に対応する領域の画素の強度値に基づいて各組に対応する前記第1の分離画像を作成し、少なくとも各組の前記第1照明画像および前記第2照明画像の、前記明部に対応する領域の画素の強度値、または前記第1照明画像および前記第2照明画像の前記明部と前記暗部の間の強度値を有する部分に対応する領域の画素の強度値、に基づいて各組に対応する前記第2の分離画像を作成し、前記第1の分離画像が、前記被写体の深層の情報を前記第2の分離画像よりも多く含む、分離処理部と、前記複数の照明画像から作成された複数の前記第1の分離画像および複数の前記第2の分離画像に基づいて前記被写体内の特徴部の深さ情報を算出する演算部とを備え、前記演算部が、前記複数の第1の分離画像間の変化および前記複数の第2の分離画像間の変化に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する内視鏡システムである。
また、分離処理部は、明部に対応する領域の画素の強度値に基づいて被写体の表面および表層の情報を多く含む第2の分離画像(表層画像)を作成することができる。あるいは、分離処理部は、明部と暗部の間の強度値を有する部分に対応する領域の画素の強度値に基づいて、深層よりも浅く表層よりも深い位置の情報を多く含む第2の分離画像を作成することができる。
この構成によって、撮影距離を変更するだけで被写体上での暗部の幅を変更させることができる。
この構成によって、照明部での暗部の幅と被写体上での暗部の幅との関係を、撮影距離に依らずに一定にすることができる。
被写体内に入射した光は、波長が長い程、深い位置まで到達するので、より長い波長の光の内部散乱光は、より深い層の情報を含む。波長が長い程、明部と暗部との周期を小さくすることによって、波長の違いによる情報の深さの違いを低減することができる。
この構成によって、簡便な明暗パターンで内部散乱光を効果的に分離することができる。また、解像度の高い第1および第2の分離画像の作成には、明部および暗部の位置が相互に異なる照明光で照明されている被写体の2枚以上の照明画像が使用される。強度分布を縞の幅方向にのみ変化させることによって、明部と暗部との位置を簡単に時間変化させることができる。
正弦波状に強度が空間的に変化する照明光を被写体に照射することによって、最も強度の高い光が当てられているときの第2の分離画像用の強度値と、最も強度が低い光が当てられているときの第1の分離画像用の強度値とを、位相シフト法によって計算することができる。これにより、解像度の高い第1および第2の分離画像を少ない枚数の照明画像から作成することができる。
被写体に照明光が照射されたときに、表面散乱光および内部散乱光に加えて、鏡面反射光(スペキュラ光)も発生し得る。スペキュラ光は、被写体の表面において鏡面反射された光であり、第2の分離画像に含まれる。スペキュラ光は照明光と同一の偏光状態を有するのに対し、表面散乱光および内部散乱光は特定の偏光状態を有しない。したがって、偏光選択部によってスペキュラ光以外の光を選択的に撮像部に入射させることにより、スペキュラ光を含まない第2の分離画像を作成することができる。そして、スペキュラ光を含まない第2の分離画像に基づいて、特徴部のより正確な深さ情報を取得することができる。
この構成によって、各分離画像がどの程度の深さの層の情報を含んでいるかを、対応表において暗部の幅と対応付けられている分離深さから知ることができる。したがって、特徴部を含む分離画像の分離深さを対応表から取得することによって、特徴部の深さ情報を簡単に算出することができる。
特徴部を含む分離画像のコントラストは、特徴部を含まない分離画像のコントラストに比べて高くなる。したがって、特徴部を含む分離画像をコントラストに基づいて容易に特定することができる。そして、特定された分離画像の暗部の幅と対応付けられている分離深さを対応表から取得することによって、特徴部の深さ情報を算出することができる。
本実施形態に係る内視鏡システム1は、図1に示されるように、体内を観察する内視鏡2と、内視鏡2の基端に接続された本体部3とを備えている。
また、内視鏡システム1は、体内の生体組織(被写体)Aを明暗パターンを有する照明光Lで照明する照明部4と、照明光Lの明暗パターンを変化させる強度分布変更部5と、照明光Lで照明されている生体組織Aの照明画像を取得する撮像部6と、照明画像から表層画像(第2の分離画像)および深層画像(第1の分離画像)を作成する分離処理部7と、表層画像および深層画像に基づいて生体組織A内の特徴部E(図5A参照。)の深さの情報を算出する演算部8とを備えている。特徴部Eは、生体組織A内に存在する組織であり、例えば、血管または病変部である。
具体的には、強度分布変更部5は、明暗パターンを明部および暗部の幅方向に時間変化させ、明部と暗部の位置を相互に入れ替える。図2において、横方向が時間の流れを表している。これにより、生体組織Aの表面B上の照明光Lの照射範囲内の各位置には、明部および暗部が投影される。強度分布変更部5は、明部および暗部の位置を時間変化させた後、ピッチPを変更し、明部および暗部の位置を再び時間変化させる。強度分布変更部5は、ピッチPの変更と、明部および暗部の位置の変更とを繰り返す。
したがって、強度分布変更部5による強度分布の変更のタイミングと撮像素子6bによる撮影のタイミングとが互いに同期するように、強度分布変更部5および撮像素子6bの動作は、本体部3内に設けられた図示しない制御装置によって制御される。
Is=Imax-Imin …(1)
Id=Imin×2 …(2)
スペキュラ光は、生体組織Aの表面Bで鏡面反射された照明光Lの反射光であり、明部の投影領域において発生する。
表面散乱光は、明部の投影領域から生体組織A内に入射し、散乱を繰り返しながら表層Cを通過し、表面Bから射出された照明光Lの散乱光である。表面散乱光のほとんどは、明部の投影領域から射出される。
内部散乱光は、明部の投影領域から生体組織A内に入射し、散乱を繰り返しながら深層Dを通過し、表面Bから射出された照明光Lの散乱光である。内部散乱光の一部は明部の投影領域から射出され、他の部分は暗部の投影領域まで伝播して暗部の投影領域から射出される。
分離処理部7は、撮像部6によって取得された複数組の第1照明画像および第2照明画像から複数枚の深層画像および複数枚の表層画像を作成する。作成された表層画像および深層画像は、演算部8に送信される。
演算部8によって算出された特徴部Eの深さ情報は、例えば、本体部3に接続された表示装置(図示略)に表示される。
本実施形態に係る内視鏡システム1を使用して生体組織A内の特徴部Eの深さ情報を取得するためには、内視鏡2を体内に挿入し、生体組織Aの照明画像を取得する。具体的には、照明部4から生体組織Aに照明光Lが照射される(ステップS1)。照明光Lの明部および暗部の位置は、強度分布変更部5によって時間変化する。明部および暗部が相互に入れ替わる2つの時刻で撮像部6によって生体組織Aの撮影が実行され、1組の第1照明画像および第2照明画像が取得される(ステップS2)。次に、照明光LのピッチPが強度分布変更部5によって変更され(ステップS4)、もう1組の第1照明画像および第2照明画像が撮像部6によって取得される(ステップS2)。予め設定されている全てのピッチPの照明光Lに基づく第1照明画像および第2照明画像が取得されるまで(ステップS3のYES)、ステップS4、S1,S2が繰り返される。
暗部の幅Wdが0.005mm未満である場合、明部の投影領域から暗部の投影領域へ回り込む内部散乱光の割合が増大し、その結果、強度値Imaxと強度値Iminとの差が小さくなって表層画像に含まれる表層Cの情報が不足し得る。一方、暗部の幅Wdが25mmよりも大きい場合、内部散乱光が暗部の投影領域の中央まで到達することができず、その結果、強度値Iminがゼロに近づいて深層画像に含まれる深層Dの情報が不足し得る。
発光部4hは、例えば、キセノンランプ、LED(RGB)、白色LED、赤外光源などの光源である。発光部4hは、本体部3の外部に配置された光源に接続された光ファイバの射出端であってもよい。
発光部4hとマスク4iとの間には、生体組織Aに照射される照明光Lの発散角を調整するレンズ4jが配置されている。
明暗パターンを連続的に変化させる場合、撮像部6は、図11Aに示されるように、明部および暗部の位置が相互に異なる3つ以上の時刻で撮影を実行し、明部の投影領域および暗部の投影領域の位置が相互に異なる3枚以上の照明画像を取得してもよい。分離処理部7は、3枚以上の照明画像から表層画像および深層画像を作成してもよい。この場合、各位置の画素について3つ以上の強度値が得られるので、最大強度値をImaxとして、最小強度値をIminとして用いて、強度値Is,Idが算出される。
この構成によって、生体組織Aに対して内視鏡2を長手方向に移動させるだけで、生体組織Aの表面B上での明暗パターンを拡大または縮小させ暗部の幅Wdを変化させることができる。
このようにすることで、撮影距離に依らずに、所定の深さの情報を含む深層画像を作成することができる。
波長が互いに異なる複数の光を照明光Lとして使用する場合、波長が長い程、明部と暗部との周期が小さくなるように、波長に応じて各光の強度分布を異ならせてもよい。
照明光Lの照射によって、生体組織Aの表面Bではスペキュラ光が生じる。第1および第2照明画像に含まれるスペキュラ光は、表層画像に分離される。したがって、スペキュラ光は、表層画像のコントラストに影響を与える。
2 内視鏡
3 本体部
4 照明部
5 強度分布変更部
6 撮像部
7 分離処理部
8 演算部
A 生体組織(被写体)
B 生体組織の表面
C 表層
D 深層
E 特徴部
Wd 暗部の幅
Claims (9)
- 照明光を被写体に照射し、前記照明光が、光軸に垂直な光束断面において明部および暗部が空間的に繰り返される強度分布を有する、照明部と、
前記照明光の前記強度分布における前記暗部の幅と、前記明部および前記暗部の位置を変化させる強度分布変更部と、
前記暗部の幅が相互に異なる照明光で照明されている前記被写体の少なくとも第1照明画像および第2照明画像の複数の組を取得し、同一の組の前記第1照明画像と前記第2照明画像は、前記明部および前記暗部が相互に入れ替わる2つの時刻でそれぞれ撮影される、撮像部と、
前記第1照明画像および前記第2照明画像の複数の組の各々に対応する第1の分離画像および第2の分離画像の複数の組を作成し、少なくとも各組の前記第1照明画像および前記第2照明画像の、前記暗部に対応する領域の画素の強度値に基づいて各組に対応する前記第1の分離画像を作成し、少なくとも各組の前記第1照明画像および前記第2照明画像の、前記明部に対応する領域の画素の強度値、または前記第1照明画像および前記第2照明画像の前記明部と前記暗部の間の強度値を有する部分に対応する領域の画素の強度値、に基づいて各組に対応する前記第2の分離画像を作成し、前記第1の分離画像が、前記被写体の深層の情報を前記第2の分離画像よりも多く含む、分離処理部と、
前記複数の照明画像から作成された複数の前記第1の分離画像および複数の前記第2の分離画像に基づいて前記被写体内の特徴部の深さ情報を算出する演算部とを備え、
前記演算部が、前記複数の第1の分離画像間の変化および前記複数の第2の分離画像間の変化に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する内視鏡システム。 - 前記照明部が、前記撮像部と前記被写体との間の撮影距離に比例して前記被写体上での前記明部および前記暗部のパターンが拡大されるように、前記照明光を発散光束として射出する請求項1に記載の内視鏡システム。
- 前記撮像部と前記被写体との間の撮影距離を計測する撮影距離計測部を備え、
前記強度分布変更部は、前記被写体上での前記照明光の強度分布が前記撮像部と前記被写体との間の距離に依らずに一定となるように、前記撮影距離に基づいて前記強度分布における前記明部と暗部との周期を変更する請求項1に記載の内視鏡システム。 - 前記照明光が、互いに異なる波長を有する複数の光からなり、該複数の光は、波長が長い程、前記明部と前記暗部との周期が小さくなる前記強度分布を有する請求項1から請求項3のいずれかに記載の内視鏡システム。
- 前記照明光の前記強度分布は、帯状の前記明部および前記暗部が幅方向に交互に繰り返される縞状である請求項1から請求項4のいずれかに記載の内視鏡システム。
- 前記照明光の前記強度分布の、前記明部および前記暗部の前記幅方向における強度プロファイルが、略正弦波形状である請求項5に記載の内視鏡システム。
- 前記照明光の偏光状態を制御する偏光制御部と、
前記被写体から前記撮像部に入射する光の偏光状態を選択する偏光選択部とを備える請求項1から請求項6のいずれかに記載の内視鏡システム。 - 前記演算部は、前記暗部の幅と、前記第1の分離画像と前記第2の分離画像との間の分離深さとが相互に対応付けられた対応表に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する請求項1から請求項7のいずれかに記載の内視鏡システム。
- 前記演算部が、前記複数組の第1および第2の分離画像の各々のコントラストを算出し、該コントラストおよび前記対応表に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する請求項8に記載の内視鏡システム。
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