(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】      図１
2010060332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開2006-200943号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
（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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
ここで、検出領域の例を図７を参照して説明する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
（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。
【００７５】
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。
【００７６】
（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】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。
【図２】散乱体表面の検出範囲を示す模式図。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】検出領域と検出範囲を示す模式図。
【図８】検出範囲の決定方法を示す概念図。
【図９】ノイズ除去方法の第１の方法を示す概念図。
【図１０】ノイズ除去方法の第２の方法を示す概念図。
【図１１】ノイズ除去方法の第３の方法を示す概念図。
【符号の説明】
【００８６】
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。
【図１】
2010060332.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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