(57)【要約】  本技術の一形態に係る観察装置は、第１の偏光部と、第２の偏光部と、回転制御部と、算出部とを具備する。前記第１の偏光部は、第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射する。前記第２の偏光部は、前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出する。前記回転制御部は、前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させる。前記算出部は、前記回転制御部による回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出する。
2019044527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射する第１の偏光部と、
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出する第２の偏光部と、
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させる回転制御部と、
前記回転制御部による回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出する算出部と
を具備する観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の観察装置であって、さらに、
前記回転動作に応じて、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度である第１の強度を検出する検出部を具備し、
前記算出部は、前記検出部により検出された前記第１の強度に基づいて、前記回転動作に応じた前記第１の強度の変化に関する第１の強度データを算出する
観察装置。
【請求項３】
請求項２に記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記第１の強度データに対して所定の関数を用いたフィッティング処理を実行し、前記フィッティング処理の処理結果に基づいて前記生体組織情報を算出する
観察装置。
【請求項４】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記生体組織情報は、前記生体組織に光学異方体が含まれるか否かを識別する識別情報を含む
観察装置。
【請求項５】
請求項４に記載の観察装置であって、
前記生体組織情報は、前記光学異方体の配向方向に関する第１の情報と、前記光学異方体の配向性及び異方性に関する第２の情報との少なくとも一方を含む
観察装置。
【請求項６】
請求項５に記載の観察装置であって、
前記算出部は、所定の周期関数を用いたフィッティング処理を実行し、前記フィッティング処理の処理結果として得られる前記所定の周期関数の位相情報に基づいて前記第１の情報を算出し、前記周期関数の振幅情報に基づいて前記第２の情報を算出する
観察装置。
【請求項７】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記検出部は、前記回転動作に応じて、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分に基づいて前記生体組織の画像信号を生成し、前記生成された画像信号に基づいて前記第１の強度を検出する
観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記画像信号により構成される画像を分割する複数の対象領域を設定し、前記複数の対象領域の各々について前記生体組織情報を算出する
観察装置。
【請求項９】
請求項２に記載の観察装置であって、さらに、
前記生体組織により反射された前記反射光を、前記反射光の偏光状態を維持して抽出する第３の偏光部を具備し、
前記検出部は、前記第３の偏光部により抽出された前記反射光の強度である第２の強度を検出する
観察装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の観察装置であって、
前記回転制御部は、前記第１の偏光方向を所定の角度回転し、
前記算出部は、前記第１の偏光方向の前記所定の角度の回転に応じた前記第２の強度の変化に基づいて、前記生体組織に含まれる光学異方体の配向方向に関する情報を算出する
観察装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の観察装置であって、
前記回転制御部は、前記第１の強度の変化に基づいて設定される所定の状態から、前記第１の偏光方向を前記所定の角度回転する
観察装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の観察装置であって、
前記所定の角度は、±９０°である
観察装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記配向方向の基準となる基準方向と前記基準方向と直交する直交方向とにより定められる象限のうち、前記配向方向が含まれる前記象限を判定する
観察装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記配向方向と前記基準方向との間の配向角度を算出する
観察装置。
【請求項１５】
請求項２に記載の観察装置であって、さらに、
無偏光を前記生体組織に出射する第４の偏光部を具備し、
前記検出部は、前記生体組織により反射された前記無偏光のうち、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度である第３の強度を検出する
観察装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の観察装置であって、
前記回転制御部は、前記第２の偏光方向を所定の角度回転し、
前記算出部は、前記第２の偏光方向の前記所定の角度の回転に応じた前記第３の強度の変化に基づいて、前記生体組織に含まれる光学異方体の配向方向に関する情報を算出する
観察装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記交差角度は、９０°±２°の範囲の角度である
観察装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の観察装置であって、
内視鏡又は顕微鏡として構成される
観察装置。
【請求項１９】
第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射し、
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出し、
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させ、
前記第１及び前記第２の偏光方向の回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出する
ことをコンピュータシステムが実行する観察方法。
【請求項２０】
第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射するステップと、
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出するステップと、
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させるステップと、
前記第１及び前記第２の偏光方向の回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出するステップと
をコンピュータシステムに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、生体組織の観察等に適用可能な観察装置、観察方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏光した光を照射して生体組織を観察する技術が開発されている。例えば特許文献１には、病変部等の偏光特性を表示する偏光画像計測表示システムが記載されている。特許文献１では、撮像部により互いに異なる偏光状態で撮像された１６枚以上の光強度偏光画像が取得される。偏光変換処理部により、光強度偏光画像に基づいて４行×４列のミューラー行列が算出され、ミューラー行列を用いてサンプルの偏光解消度や光の偏光度等の偏光特性を表す偏光特性画像が生成される。これらの偏光特性画像を組み合わせて表示することで、医師は膠原線維等の有無を識別することが可能となっている（特許文献１の明細書段落［００２２］［００４４］〜［００４６］［００９４］図７、図１５等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３３５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような偏光を用いた生体組織の観察は、外科手術や内科診断等の様々なシーンでの応用が期待されており、生体組織を詳細に観察することが可能な技術が求められている。【０００５】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、生体組織を詳細に観察することが可能な観察装置、観察方法、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る観察装置は、第１の偏光部と、第２の偏光部と、回転制御部と、算出部とを具備する。
前記第１の偏光部は、第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射する。
前記第２の偏光部は、前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出する。
前記回転制御部は、前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させる。
前記算出部は、前記回転制御部による回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出する。【０００７】
この観察装置では、第１の偏光方向を有する偏光が生体組織に出射される。生体組織により反射された反射光のうち、第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分が抽出される。第１及び第２の偏光方向の交差角度が維持されるように回転され、その回転動作に応じた偏光成分の強度の変化に基づいて、生体組織情報が算出される。これにより、生体組織を詳細に観察することが可能となる。【０００８】
前記観察装置は、さらに、前記回転動作に応じて、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度である第１の強度を検出する検出部を具備してもよい。この場合、前記算出部は、前記検出部により検出された前記第１の強度に基づいて、前記回転動作に応じた前記第１の強度の変化に関する第１の強度データを算出してもよい。【０００９】
前記算出部は、前記第１の強度データに対して所定の関数を用いたフィッティング処理を実行し、前記フィッティング処理の処理結果に基づいて前記生体組織情報を算出してもよい。【００１０】
前記生体組織情報は、前記生体組織に光学異方体が含まれるか否かを識別する識別情報を含んでもよい。【００１１】
前記生体組織情報は、前記光学異方体の配向方向に関する第１の情報と、前記光学異方体の配向性及び異方性に関する第２の情報との少なくとも一方を含んでもよい。【００１２】
前記算出部は、所定の周期関数を用いたフィッティング処理を実行し、前記フィッティング処理の処理結果として得られる前記所定の周期関数の位相情報に基づいて前記第１の情報を算出し、前記周期関数の振幅情報に基づいて前記第２の情報を算出してもよい。【００１３】
前記検出部は、前記回転動作に応じて、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分に基づいて前記生体組織の画像信号を生成し、前記生成された画像信号に基づいて前記第１の強度を検出してもよい。【００１４】
前記算出部は、前記画像信号により構成される画像を分割する複数の対象領域を設定し、前記複数の対象領域の各々について前記生体組織情報を算出してもよい。【００１５】
前記観察装置は、さらに、前記生体組織により反射された前記反射光を、前記反射光の偏光状態を維持して抽出する第３の偏光部を具備してもよい。この場合、前記検出部は、前記第３の偏光部により抽出された前記反射光の強度である第２の強度を検出してもよい。【００１６】
前記回転制御部は、前記第１の偏光方向を所定の角度回転してもよい。この場合、前記算出部は、前記第１の偏光方向の前記所定の角度の回転に応じた前記第２の強度の変化に基づいて、前記生体組織に含まれる光学異方体の配向方向に関する情報を算出してもよい。【００１７】
前記回転制御部は、前記第１の強度の変化に基づいて設定される所定の状態から、前記第１の偏光方向を前記所定の角度回転してもよい。【００１８】
前記所定の角度は、±９０°であってもよい。【００１９】
前記算出部は、前記配向方向の基準となる基準方向と前記基準方向と直交する直交方向とにより定められる象限のうち、前記配向方向が含まれる前記象限を判定してもよい。【００２０】
前記算出部は、前記配向方向と前記基準方向との間の配向角度を算出してもよい。【００２１】
前記観察装置は、さらに、無偏光を前記生体組織に出射する第４の偏光部を具備してもよい。この場合、前記検出部は、前記生体組織により反射された前記無偏光のうち、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度である第３の強度を検出してもよい。【００２２】
前記回転制御部は、前記第２の偏光方向を所定の角度回転してもよい。この場合、前記算出部は、前記第２の偏光方向の前記所定の角度の回転に応じた前記第３の強度の変化に基づいて、前記生体組織に含まれる光学異方体の配向方向に関する情報を算出してもよい。【００２３】
前記交差角度は、９０°±２°の範囲の角度であってもよい。【００２４】
前記観察装置は、内視鏡又は顕微鏡として構成されてもよい。【００２５】
本技術の一形態に係る観察方法は、コンピュータシステムにより実行される観察方法であって、第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射することを含む。
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分が抽出される。
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々が回転される。
前記第１及び前記第２の偏光方向の回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報が算出される。【００２６】
本技術の一形態に係るプログラムは、コンピュータシステムに以下のステップを実行させる。
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出するステップ。
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させるステップ。
前記第１及び前記第２の偏光方向の回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出するステップ。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本技術によれば、生体組織を詳細に観察することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本技術の第１の実施形態に係る観察装置である内視鏡装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】観察対象での反射の一例を示す模式図である。
【図３】鏡面反射の具体例を示す図である。
【図４】観察対象の内部で生じる反射の一例を示す模式図である。
【図５】異方体の反射光を略直交ニコル観察した場合に検出される第１の強度についての考察を説明するための模式図である。
【図６】異方体を直交ニコル観察した場合に検出される第１の強度を示すグラフである。
【図７】直交ニコル観察の一例を示す模式図である。
【図８】直交ニコル観察の観察結果の一例を示す図である。
【図９】直交ニコル観察の観察結果の一例を示す模式図である。
【図１０】観察対象について説明するための模式図である。
【図１１】直交ニコル観察で撮像された観察対象の画像の一例を示す模式図である。
【図１２】生体組織の観察例を示すフローチャートである。
【図１３】直交ニコル観察で生成された画像信号から生体組織情報を算出する処理の一例を説明するための図である。
【図１４】図１３に示す生体組織情報を算出する処理の具体例を示す図である。
【図１５】直交ニコル観察による異方体の識別結果の一例を示す模式図である。
【図１６】直交ニコル観察により算出される生体組織情報の一例を示す模式図である。
【図１７】直交ニコル観察での入射偏光角θと繊維の方向との関係を説明するための図である。
【図１８】直交ニコル観察での入射偏光角θと繊維の方向との関係を説明するための図である。
【図１９】直交ニコル観察により算出された異方体の繊維の方向に関する情報を用いて繊維の方向を表示した場合の例を示す模式図である。
【図２０】開放ニコル観察による異方体の観察の一例を示す模式図である。
【図２１】異方体の反射光を開放ニコル観察した場合に検出される第２の強度についての考察を説明するための模式図である。
【図２２】異方体の繊維の方向が含まれる象限について説明するための模式図である。
【図２３】異方体を直交ニコル観察した場合に検出される第１の強度の一例を示す図である。
【図２４】繊維の方向が含まれる象限の判定処理の一例について説明するための図である。
【図２５】繊維の方向が含まれる象限の判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図２６】開放ニコル観察で撮像された観察対象の画像の一例を示す模式図である。
【図２７】繊維の方向が含まれる象限の判定処理の処理結果を示す図である。
【図２８】開放ニコル観察を行うための別の構成例を示す模式図である。
【図２９】開放ニコル観察を用いた繊維の方向の検出結果が示されている。
【図３０】直交ニコル観察と開放ニコル観察との検出結果を用いた繊維の方向の算出処理の一例を示す図である。
【図３１】照明側の開放ニコル観察での反射について説明するための図である。
【図３２】開放ニコル観察の検出強度についての閾値処理の一例を示す図である。
【図３３】第１の閾値を用いた閾値処理の結果を示す図である。
【図３４】開放ニコル観察の検出強度についての他の閾値処理の結果を示す図である。
【図３５】比較例として挙げる開放ニコル観察を用いた繊維の方向の観察結果の一例を示す図である。
【図３６】本技術の他の実施形態に係る撮像装置である内視鏡装置の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本技術の第１の実施形態に係る観察装置である内視鏡装置の構成例を模式的に示す図である。内視鏡装置１００は、挿入ユニット１０、照明系２０、撮像系３０、コントローラ４０、及び表示ユニット５０を有する。内視鏡装置１００は、挿入ユニット１０を患者の口、肛門等から体内に挿入して、病変部等の観察対象１を観察することが可能である。本実施形態では、生体組織が観察対象１となる。
【００３１】
挿入ユニット１０は、軟性部１１と、先端部１２と、操作部１３とを有する。軟性部１１は、軟らかいチューブ状の構造を有する。軟性部１１の直径や長さ等は限定されず、例えば消化管や気管等の患者の挿入部位や、患者の体格等に応じて適宜設定されてよい。
【００３２】
先端部１２は、軟性部１１の一方の端に設けられる。先端部１２は、患者の体内に挿入され、観察対象１の観察や処置等に用いられる。先端部１２は、観察対象１に向けられる先端面１２０を有し、先端面１２０が様々な方向に向くように湾曲可能である。
【００３３】
図１に示すように、先端面１２０には、照明用開口部１２１、撮像用開口部１２２、及び処置具出口１２３が設けられる。処置具出口１２３からは、鉗子やスネア等の処置具が出し入れされる。先端面１２０の具体的な構成は限定されず、例えば水や空気等の出口となるノズル等が適宜設けられてよい。
【００３４】
操作部１３には、先端面１２０の向きを操作するための操作ハンドルや、ビデオコネクタ及び光コネクタ等の種々のコネクタが設けられる（いずれも図示省略）。この他、操作部１３には、挿入ユニット１０の操作等に必要なスイッチ等が適宜設けられてよい。
【００３５】
照明系２０は、光源２１、第１の偏光素子２２、偏光保持ファイバ２３、及び照明レンズ２４を有する。光源２１は、挿入ユニット１０とは別に配置され、第１の偏光素子２２に向けて照明光２を出射する。本実施形態では、照明光２として特定の偏光方向を持たない無偏光の光が用いられる。光源２１としては、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やキセノンランプ等が用いられる。この他、無偏光の光を出射可能な任意の光源２１が適宜用いられてよい。
【００３６】
第１の偏光素子２２は、光源２１から出射された照明光２の少なくとも一部を第１の偏光方向に偏光する。すなわち第１の偏光素子２２は、当該第１の偏光素子２２に入射した照明光２から、第１の偏光方向を有する直線偏光を生成する。
【００３７】
例えば無偏光の照明光２が第１の偏光素子２２に入射した場合、第１の偏光素子２２により、無偏光の照明光２から第１の偏光方向に振動する偏光成分が取り出される。このように照明光２を第１の偏光方向に偏光することは、無偏光の照明光２から第１の偏光方向を有する偏光成分を取り出すことを含む。
【００３８】
本実施形態では、第１の偏光素子２２として、偏光板２５及び液晶可変波長板２６を備えた光学素子（液晶偏光子）が用いられる。偏光板２５は、所定の偏光軸を有し、光源２１に対して固定して配置される。液晶可変波長板２６は、偏光板２５を挟んで光源２１の反対側に配置される。なお図１では、説明を簡単にするため偏光板２５の偏光軸は省略されている。
【００３９】
偏光板２５は、当該偏光板２５に入射した照明光２から、偏光板２５の偏光軸と平行な方向に振動する直線偏光を取り出す。取り出された直線偏光は、液晶可変波長板２６により偏光方向が回転されて出射される。すなわち偏光板２５を通って液晶可変波長板２６により回転された直線偏光が、第１の偏光方向を有する偏光となる。
【００４０】
また液晶可変波長板２６を電気的に制御することで、第１の偏光方向を任意に設定することが可能である。すなわち偏光板２５を透過した直線偏光を回転させる角度を適宜制御することで、任意の偏光方向を有する直線偏光を生成可能である。また、液晶可変波長板２６を用いることで、偏光板２５を機械的に回転させるよりも、第１の偏光方向を瞬間的に変化させること、すなわち第１の偏光方向を高速に回転させることが可能である。
【００４１】
第１の偏光素子２２の具体的な構成は限定されない。例えば液晶に代えてＰＬＺＴ等の透過性を有する強誘電体を用いた光学素子が用いられてもよい。また例えばワイヤーグリッド偏光子や偏光フィルム等の偏光板を機械的に回転可能な素子が第１の偏光素子２２として用いられてもよい。この他、偏光板や波長板等の素子を用いて第１の偏光素子２２が適宜構成されてよい。
【００４２】
偏光保持ファイバ２３は、光の偏光状態を略保持したまま光を伝送可能な光ファイバである。偏光保持ファイバ２３は、例えば第１の偏光素子２２から操作部１３に導入され、軟性部１１の内部を通って先端部１２まで配置される。偏光保持ファイバ２３は、第１の偏光素子２２から出射された第１の偏光方向を有する偏光を、偏光状態を略保持したまま挿入ユニット１０の先端部１２に導く。偏光保持ファイバ２３の具体的な構成は限定されず、直線偏光の偏光方向を保持可能な光ファイバ等が適宜用いられてよい。
【００４３】
照明レンズ２４は、先端部１２の先端面１２０に設けられた照明用開口部１２１に配置される。照明レンズ２４は、偏光保持ファイバ２３を通過した第１の偏光方向を有する偏光を拡大して観察対象１に出射する。図１には、照明レンズ２４から出射された第１の偏光方向を有する偏光３が矢印を用いて模式的に図示されている。照明レンズ２４の具体的な構成は限定されず、例えば偏光された照明光を拡大可能な任意のレンズが照明レンズ２４として用いられてよい。
【００４４】
このように照明系２０では、光源２１から出射された照明光２が、第１の偏光素子２２により第１の偏光方向に偏光され、偏光保持ファイバ２３及び照明レンズ２４を介して観察対象１に向けて出射される。本実本実施形態では、照明系２０は、第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射する第１の偏光部に相当する。
【００４５】
撮像系３０は、第２の偏光素子３１及びイメージセンサ３２を有し、先端部１２の内部に設けられる。図１では、先端部１２の内部に設けられた撮像系３０（第２の偏光素子３１及びイメージセンサ３２）が、点線で模式的に図示されている。
【００４６】
第２の偏光素子３１は、撮像用開口部１２２に配置される。第２の偏光素子３１には、観察対象１で反射された偏光３である反射光４が入射する。図１では、観察対象１で反射された反射光４が矢印を用いて模式的に図示されている。なお、反射光４には種々の偏光状態の偏光成分が含まれる場合があり得る。
【００４７】
第２の偏光素子３１は、観察対象１で反射された反射光４のうち、第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出する。すなわち第２の偏光素子３１は、当該第２の偏光素子３１に入射した反射光４から、第２の偏光方向に振動する偏光成分を取り出す機能を有する。
【００４８】
本実施形態では、第２の偏光素子３１として、液晶可変波長板３３と偏光板３４とを備えた液晶偏光子が用いられる。図１に示すように、第２の偏光素子３１である液晶偏光子では、液晶可変波長板３３が観察対象１に向けて配置され、偏光板３４が液晶可変波長板３３の観察対象１に向けられる側とは反対の側に配置される。
【００４９】
反射光４が液晶可変波長板３３に入射する。液晶可変波長板３３は、反射光４に含まれる第２の偏光方向の偏光成分が、後段の偏光板３４を通過するように、反射光４全体を回転させる。
【００５０】
例えば第２の偏光方向と偏光板３４の偏光軸とが平行である場合には、液晶可変波長板３３は反射光４を回転させることなく透過させる。この結果、反射光４に含まれる偏光板３４の偏光軸に平行な偏光成分、すなわち第２の偏光方向の偏光成分が偏光板３４を透過して抽出される。また第２の偏光方向と偏光板３４の偏光軸とが異なる場合には、液晶可変波長板３３は、回転後の第２の偏光方向が偏光板３４の偏光軸と同じになるように、反射光４に含まれる各偏光成分を全体的に回転させる。これにより第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出することが可能となる。
【００５１】
また、液晶可変波長板３３による回転角度を制御することで、抽出対象となる第２の偏光方向の偏光成分を制御することが可能である。例えば液晶可変波長板３３での回転角度を適宜設定することで、反射光４から所望の偏光方向（第２の偏光方向）の偏光成分を抽出することが可能である。当該偏光方向（第２の偏光方向）を高速に回転させることも可能である。
【００５２】
第２の偏光素子３１の具体的な構成は限定されない。例えば液晶に代えてＰＬＺＴ等の透過性を有する強誘電体を用いた光学素子が用いられてもよい。また例えばワイヤーグリッド偏光子や偏光フィルム等を機械的に回転可能な素子が用いられてもよい。この他、偏光板や波長板等の素子を用いて第２の偏光素子３１が適宜構成されてよい。本実施形態では、第２の偏光素子３１は、第２の偏光部として機能する。
【００５３】
イメージセンサ３２は、第２の偏光素子３１を挟んで観察対象１の反対側に配置される。すなわち、イメージセンサ３２には、第２の偏光素子３１を通して観察対象１からの反射光４が入射する。
【００５４】
イメージセンサ３２は、第２の偏光素子３１により抽出された第２の偏光方向を有する偏光成分に基づいて観察対象１の画像信号を生成する。画像信号は、画像を構成することが可能な信号であり、各々が輝度情報を含む複数の画素信号を含む。画像信号により構成される画像は、カラー画像やモノクロ画像等である。また輝度情報には、例えば、各画素の輝度値や、各画素での赤色Ｒ、緑色Ｇ、及び青色Ｂの各色の強度であるＲＧＢ値等の情報が含まれる。画像信号の種類や形式等は限定されず、任意の形式が用いられてよい。生成された画像信号は、コントローラ４０に出力される。
【００５５】
イメージセンサ３２としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサ等が用いられる。もちろん他の種類のセンサ等が用いられてもよい。
【００５６】
また本実施形態では、撮像系３０は、第２の偏光素子３１を反射光４の光路から除外することが可能なように構成される。第２の偏光素子３１を反射光４の光路から外すことにより、反射光４の偏光状態を変えることなく反射光４を抽出することが可能となる。本実施形態では、第２の偏光素子３１を反射光４の光路から除外することにより、第３の偏光部が実現される。
【００５７】
反射光４の偏光状態を維持して抽出するための構成は限定されず、任意の構成が用いられてよい。すなわち第３の偏光部を実現する方法は、第２の偏光素子３１を光路から除外する場合に限定されず、他の方法が用いられてもよい。なお、反射光４の偏光状態を維持して抽出する場合については、図１９等を用いて後に詳しく説明する。
【００５８】
コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤ等のコンピュータの構成に必要なハードウェアを有する。ＣＰＵがＲＯＭ等に予め記録されている本技術に係るプログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、本技術に係る観察方法が実行される。例えばＰＣ（Personal Computer）等の任意のコンピュータにより、コントローラ４０を実現することが可能である。
【００５９】
図１に示すように、本実施形態では、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することで、機能ブロックとしての回転制御部４１、強度検出部４２、及び解析部４３が構成される。もちろん各ブロックを実現するために、ＩＣ（集積回路）等の専用のハードウェアが用いられてもよい。プログラムは、例えば種々の記録媒体を介してコントローラ４０にインストールされる。あるいは、インターネット等を介してプログラムのインストールが実行されてもよい。
【００６０】
回転制御部４１は、第１の偏光方向及び第２の偏光方向をそれぞれ回転可能である。例えば回転制御部４１は、第１及び第２の偏光素子２２及び３１に対して、第１及び第２の偏光方向の角度を設定する制御信号等をそれぞれ出力する。これにより第１の偏光方向及び第２の偏光方向の各々を適宜回転させることが可能となる。
【００６１】
例えば、第１の偏光方向を回転することで、観察対象１に照射される偏光の偏光方向を制御することが可能となる。また例えば、第２の偏光方向を回転することで、反射光４から抽出される偏光成分の偏光方向を制御することが可能となる。
【００６２】
回転制御部４１は、第１及び第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、第１及び第２の偏光方向の各々を回転させる。例えば回転制御部４１は、第１及び第２の偏光素子２２及び３１の各々に対して、第１及び第２の偏光方向を所定の角度で回転する旨の制御信号を出力する。これにより、第１及び第２の偏光方向の交差角度を維持して、第１及び第２の偏光方向がともに所定の角度で回転する回転動作が実行される。
【００６３】
また回転制御部４１は、第１及び第２の偏光方向の各々を同期して回転させる。例えば、回転制御部４１は、クロック信号等の同期信号を生成し、当該同期信号に基づいて、第１及び第２の偏光素子２２及び３１を互いに同期させて制御する。これにより、例えば第１及び第２の偏光方向を略同時タイミングで回転することが可能となる。
【００６４】
なお回転制御部４１は、同期信号をイメージセンサ３２等に出力することが可能である。同期信号を用いることで、イメージセンサ３２は、回転制御部４１による回転動作に応じて観察対象１の画像信号を生成することが可能となる。
【００６５】
強度検出部４２は、回転制御部による回転動作に応じて、第２の偏光素子３１により抽出された第２の偏光方向を有する偏光成分の強度を検出する。以下では、第２の偏光素子３１により抽出された第２の偏光方向を有する偏光成分の強度を第１の強度と記載する。
【００６６】
本実施形態では、強度検出部４２は、イメージセンサ３２により生成された観察対象の画像信号に基づいて、第１の強度を検出する。すなわち強度検出部４２は、第１及び第２の偏光方向が回転された各状態においてイメージセンサ３２により生成された画像信号を取得する。そして強度検出部４２は、取得した各画像信号に対して第１の強度の検出を実行する。これにより強度検出部４２は、第１及び第２の偏光方向が回転された各状態での第１の強度を検出することが可能である。
【００６７】
強度検出部４２は、例えば画像信号の各画素の輝度情報に含まれる輝度値やＲＧＢ値等の情報に基づいて、画素ごとに第１の強度を検出する。検出された第１の強度は、解析部４３に出力される。本実施形態では、イメージセンサ３２及び強度検出部４２により、検出部が実現される。
【００６８】
解析部４３は、回転制御部４１による回転動作に応じた第２の偏光方向を有する偏光成分の強度、すなわち第１の強度の変化に基づいて、観察対象１に関する生体組織情報を算出する。本実施形態では、解析部４３は、回転動作に応じて検出された第１の強度に基づいて、回転動作に応じた第１の強度の変化に関するデータを、第１の強度データとして算出する。
【００６９】
第１の強度データには、例えば第１及び第２の偏光方向が回転された角度と、第１の強度とが紐付けられて記憶される。従って第１の強度データには、第１の強度が回転動作に応じてどのように変化したかといった情報が含まれることになる。解析部４３は、第１の強度データを解析することで、観察対象１の生体組織情報を算出する。
【００７０】
また解析部４３は、イメージセンサ３２により生成された観察対象１の画像信号を解析する。解析部４３は、画像信号の解析結果や算出された生体組織情報等に基づいて、観察対象１の術中画像を生成する。術中画像とは、内視鏡装置１００による観察や処置等を含む手術中の観察対象１の画像である。本実施形態では、解析部４３は、算出部に相当する。解析部４３の動作等については、後に詳しく説明する。
【００７１】
表示ユニット５０は、解析部４３により生成された観察対象１の術中画像を表示する。表示ユニット５０としては、例えば液晶モニタ等の表示装置が用いられる。表示ユニット５０は、例えば内視鏡観察が行われる部屋に設置される。これにより、医師は表示ユニット５０に表示された術中画像を確認しながら観察や処置を行うことが可能となる。表示ユニット５０の具体的な構成は限定されず、例えば術中画像を表示可能なヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mount Display）等が表示ユニット５０として用いられてもよい。
【００７２】
図２は、観察対象１での反射の一例を示す模式図である。図２を参照して、観察対象１の表面５１で生じる反射について説明する。図２では、照明系２０として、光源２１と第１の偏光素子２２とが模式的に図示されており、図１で説明した偏光保持ファイバ２３及び照明レンズ２４は省略されている。また撮像系３０として、第２の偏光素子３１とイメージセンサ３２とが模式的に図示されている。
【００７３】
図２では、説明を分かりやすくするために、偏光板２５及び液晶可変波長板２６を備えた第１の偏光素子２２が、第１の偏光軸２７を有する偏光板２８により表現されている。第１の偏光素子２２により、照明光２のうち第１の偏光軸２７に平行な方向の偏光成分が、第１の偏光方向を有する偏光３として出射される。このことは、偏光板２５により抽出された直線偏光の偏光方向が液晶可変波長板２６により回転され、第１の偏光方向を有する偏光３として出射されることに相当する。
【００７４】
また偏光板３４及び液晶可変波長板３３を備えた第２の偏光素子３１が、第２の偏光軸３５を有する偏光板３６により表現されている。第２の偏光素子３１により、第２の偏光軸３５に平行な偏光成分が、第２の偏光方向を有する偏光成分として抽出される。このことは、第２の偏光方向を有する偏光成分が偏光板３４を透過するように、液晶可変波長板３３により反射光４が回転されることに相当する。
【００７５】
液晶可変波長板２６及び３３を電気的に制御して第１及び第２の偏光方向を回転させることは、図２に示す偏光板２８及び３６を回転させることで表現される。なお図２で模式的に図示されている構成、すなわち第１及び第２の偏光素子２２及び３１として偏光板２８及び３６が設けられ、これらを物理的に回転させる構成も、本技術に係る第１及び第２の偏光部の構成に含まれる。
【００７６】
図２に示す例では、第１及び第２の偏光方向の交差角度Φが略９０度に設定されており、第１及び第２の偏光方向が略直交ニコルの関係となっている。
【００７７】
図２に示すように、照明系２０では、光源２１から無偏光の照明光２が出射される。第１の偏光素子２２により、照明光２のうち第１の偏光軸２７に平行な方向の偏光成分が、第１の偏光方向を有する偏光３として抽出される。抽出された偏光３は、観察対象１に向けて出射される。
【００７８】
観察対象１に入射した偏光３の一部は、観察対象１の表面５１付近で反射される。観察対象１の表面５１付近での反射は、反射面（観察対象１の表面５１）に入射する光の偏光状態と、光の偏光状態がほとんど変化せず、反射の前後で偏光状態がほぼ保持される。
【００７９】
従って図２に示すように、観察対象１の表面５１付近で反射された反射光４ａは、第１の偏光方向を保持した直線偏光が観察対象の表面近傍の特性の影響を受けた光として撮像系へ進む。なお、観察対象１に入射した偏光３の他の一部は、観察対象１の内部５２での拡散／散乱等を受けて多重反射により偏光方向がランダム化して反射される。
【００８０】
第１の偏光方向に偏光した反射光４ａは、撮像系３０の第２の偏光素子３１に入射する。第１及び第２の偏光方向は略直交ニコルの関係となっているので、第１の偏光方向に偏光した反射光４ａは、表面付近の反射により偏光面がほとんど保存されるため、第２の偏光素子３１をほとんど通過することなく第２の偏光素子３１により吸収／反射される。この結果、第２の偏光素子３１の後段のイメージセンサ３２では、観察対象１の表面５１付近で反射された反射光４ａはほとんど受光されない。
【００８１】
図３は、鏡面反射の具体例を示す図である。図３Ａは、第１及び第２の偏光方向の交差角度Φが９０°、９１°、９２°、及び９３°である場合に、第２の偏光素子３１を介して撮像された水準器６０の画像６１ａ〜６１ｄである。図３Ｂは、画像６１ａ〜６１ｄでの反射光強度の分布を示すマップ６２ａ〜６２ｄである。
【００８２】
水準器６０は、中央の円筒型気泡管６３とその周辺の金属フレーム６４とで構成される。水準器６０の画像６１ａ〜６１ｄでは、円筒型気泡管６３により拡散反射された反射光と、金属フレーム６４により鏡面反射された反射光とによる水準器６０の像が撮像されている。各画像は、直交ニコルに近い状態で撮像されているため、金属フレーム６４の金属面により鏡面反射された反射光はほとんど受光されず、金属フレーム６４は暗く表示される。
【００８３】
図３Ｂに示すマップ６２ａ〜６２ｄでは、画像６１ａに示す解析領域（ＲＯＩ６５：Region of Interest）での輝度値をグレースケールで表した輝度分布が示されている。各マップの縦軸及び横軸は、水準器の各画像の縦及び横のピクセル数である。グレースケールのバーは、ＲＯＩ６５内での輝度値である。ＲＯＩ６５は、円筒型気泡管６３と金属フレーム６４との境界に設定されている。
【００８４】
理想的な直交ニコル観察では、鏡面反射成分はゼロとなる。実際には、偏光板における偏光軸に平行な偏光成分の減衰量（消光比）、偏光板の波長依存性、被写体（観察対象１）への入射角、直交状態からのずれ等により、鏡面反射の成分は多少残る場合があり得る。例えば、交差角度Φを９０°とした直交ニコルの状態でのマップ６２ａでは、ＲＯＩ内に若干の鏡面反射の成分が残っている。マップ６２ａでは、ＲＯＩ６５内での最大輝度値は７１となる。
【００８５】
第１及び第２の偏光方向の交差角度Φが直交ニコルの状態（Φ＝９０°）から１°ずれ手いる場合（マップ６２ｂ）、ＲＯＩ６５内での最大輝度値は６６となった。同様に交差角度Φのずれが２°である場合（マップ６２ｃ）には最大輝度値は９４となり、ずれが３°である場合（マップ６２ｄ）には最大輝度値は１５０となった。なお、各マップでの最大輝度値は、各グレースケールバーの最大値（最も明るい値）に対応している。
【００８６】
このように、第１及び第２の偏光方向の交差角度Φが直交ニコルの状態から３°以上ずれると、反射光４ａに含まれる鏡面反射の成分が急激に増加する。鏡面反射の成分は、例えば観察対象１を観察する際の照明光（偏光３）の映り込みやハレーション等の原因となる。また鏡面反射の成分は、直交ニコル観察を行う際のノイズとなる可能性がある。従って、交差角度Φが直交ニコルの状態から３°以上ずれた場合には、照明光の映り込み等の影響が大きくなる可能性がある。
【００８７】
本実施系形態では、第１及び第２の偏光方向の交差角度Φは９０°±２°の範囲の角度に設定される。交差角度Φを９０°±２°の範囲にすることで、鏡面反射の成分を十分に減衰することが可能となり、照明光の映り込み等が十分に減衰される。生体組織からの表面反射成分は、金属素材の鏡面反射成分よりも小さいと考えられ、これにより、観察対象１を精度よく観察することが可能となり、生体組織の観察を十分に支援可能となる。
【００８８】
なお、第１及び第２の偏光方向の交差角度Φの範囲は限定されず、許容される観察精度が発揮される範囲で、適宜設定されてよい。例えば９０°±５°や９０°±１０°といった９０°±２°よりも広い範囲の角度が交差角度Φとして設定されてもよい。例えば、観察対象１の種類や、照明系２０及び撮像系３０の特性に応じて、交差角度Φが適宜設定されてよい。
【００８９】
第１及び第２の偏光方向の交差角度Φを９０°±２°等の所望の値に設定する方法は限定されない。例えば、反射光４ａに含まれる第１の偏光方向を有する偏光成分、すなわち鏡面反射の成分を基準に交差角度Φが設定されてもよい。
【００９０】
例えば図２において、観察対象１として鏡面反射の強い金属面を有するサンプルを用いる。まず第１の偏光素子２２の第１の偏光軸２７を固定して照明光（偏光３）を金属面に照射する。金属面からは第１の偏光方向に偏光した反射光４ａが出射され第２の偏光素子に入射する。ここで、第２の偏光素子３１の第２の偏光軸３５を回転して、イメージセンサ３２で受光される総光量を検出する。
【００９１】
例えば、第１の偏光方向と第２の偏光軸３５とが平行な場合、第１の偏光方向に偏光した反射光４ａは第２の偏光素子３１を略透過することになり、イメージセンサ３２で受光される総光量は最大となる。従って、総光量が最大となる角度を基準として第２の偏光軸３５を９０°回転することで、第１及び第２の偏光方向の交差角度Φを９０°に設定することが可能である。もちろん、総光量が最小となる角度を基準として交差角度Φが設定されてもよい。この他、交差角度Φを設定可能な任意の方法が用いられてよい。
【００９２】
図４は、観察対象１の内部５２で生じる反射の一例を示す模式図である。図４Ａ及び図４Ｂでは、第１及び第２の偏光素子２２及び３１が略直交ニコルとなるように配置されている。
【００９３】
図４Ａに示すように、照明系２０から出射された第１の偏光方向を有する偏光３が観察対象１に入射する。観察対象１に入射した偏光３の一部は観察対象１の表面５１での鏡面反射により反射され、他の一部は観察対象１の内部５２に入射する。
【００９４】
観察対象１の内部５２には、脂肪や筋肉等の種々の生体組織が存在している。偏光３は、各生体組織の光学的な特性に応じて、拡散、散乱、吸収あるいは偏光方向の回転等を受ける。この結果、図４Ａに示すように、観察対象１の内部５２で多重散乱した反射光４ｂには、様々な偏光方向を有する偏光成分が含まれることになる。
【００９５】
観察対象１の内部５２で反射された反射光４ｂは、第２の偏光素子３１に入射する。第２の偏光素子３１により、第２の偏光軸３５に平行な反射光４ｂの偏光成分が、第２の偏光方向を有する偏光成分５ａとして抽出される。抽出された偏光成分５ａは、イメージセンサ３２に入射する。
【００９６】
図４Ｂは、観察対象１の内部５２に存在する異方体５３に第１の偏光方向を有する偏光３が入射する場合を示す模式図である。ここで異方体５３とは、例えば光学的な異方性を有する生体組織である。生体組織における異方体５３としては、例えば筋肉の筋繊維や、半月板等の軟骨に見られるコラーゲン繊維（膠原線維）、あるいは神経線維の束である神経束等が挙げられる。もちろんこれに限定されず、光学的な異方性を有する任意の組織等に対して本技術は適用可能である。本実施形態では、異方体５３は、光学異方体に相当する。
【００９７】
例えば、異方体５３に対して直線偏光が照射されると、異方体５３の光学特性に応じて偏光状態が変化する。例えば異方体５３の旋光性により、直線偏光の偏光方向が回転される。また異方体５３の円二色性により、直線偏光の一部の偏光成分が吸収され楕円偏光に偏光される。この結果、異方体５３からは、異方体５３に照射された直線偏光とは異なる偏光状態を有する反射光４ｃが出射される。
【００９８】
また、反射光４ｃの偏光方向や楕円率等の偏光状態は、照射される直線偏光の偏光方向に応じて変化する。すなわち、異方体５３の光学特性及び異方体５３に照射される直線偏光の偏光方向に応じて、反射光４ｃの偏光状態や強度等が異なってくる。
【００９９】
図４Ｂに示すように、第１の偏光方向を有する偏光３が、異方体５３に照射される。異方体５３からは、偏光状態が変化した反射光４ｃが出射される。なお図４Ｂでは、反射光４ｃが直線偏光として模式的に図示されているが、これに限定されず反射光４ｃとして楕円偏光等が出射される場合もあり得る。
【０１００】
異方体５３で反射された反射光４ｃは、第２の偏光素子３１に入射する。第２の偏光素子３１は、反射光４ｃに含まれる偏光成分のうち、第２の偏光方向を有する偏光成分５ｂを抽出する。抽出された偏光成分５ｂは、イメージセンサ３２に向けて出射される。
【０１０１】
偏光成分５ｂが抽出される際、第２の偏光素子３１により、第２の偏光方向と直交する反射光４ｃの偏光成分が反射／吸収される。従って抽出される偏光成分５ｂの強度（光量）は、異方体５３により偏光される反射光４ｃの偏光状態に応じて異なってくる。なお、図４Ｂでは偏光成分５ｂを表す矢印の長さを用いて、偏光成分５ｂの強度が表現されている。
【０１０２】
ここで、第１及び第２の偏光方向が直交ニコルの関係を維持して回転されるとする。この場合、異方体５３に照射される直線偏光の偏光方向（第１の偏光方向）、及び第２の偏光素子３１により抽出される偏光成分５ｂの偏光方向（第２の偏光方向）が変化する。従って、第２の偏光素子３１により抽出される偏光成分５ｂの強度が変化する。このように、直交ニコル観察では、第１及び第２の偏光方向の回転に伴い、第２の偏光素子３１を透過する透過光（偏光成分５ｂ）の強度が変化することになる。
【０１０３】
本発明者は、異方体５３の反射光を略直交ニコル観察した場合に検出される第１の強度について、以下のように考察した。図５は、その考察について説明するための模式図である。図５では、第１の偏光方向２９が横方向となり、第１の偏光方向２９に直交する第２の偏光方向３７が縦方向となるように、各偏光方向が模式的に図示されている。
【０１０４】
一般に光学異方性のある物体（異方体５３）は、進相軸５４と遅相軸５５とを有する。異方体５３では、進相軸５４に沿って進む光に比べ遅相軸５５に沿って進む光の速度が遅くなる。従って遅相軸５５に沿って進む光の位相は、進相軸５４に沿って進む光の位相と比べ遅れることになる。このように、異方体５３では、２つの光線に分かれた光の伝播である複屈折が生じる。
【０１０５】
図５には、互いに直交する進相軸５４及び遅相軸５５が模式的に図示されている。以下では、遅相軸５５に平行な方向が異方体５３の繊維の方向５６であると仮定して説明を行なう。また異方体５３での光の吸収は生じないものとする。なお異方体５３の繊維の方向５６とは、例えば異方体５３を構成する繊維組織が延在する方向である。本実施形態では、異方体５３の繊維の方向は、光学異方体の配向方向に相当する。
【０１０６】
第１の偏光方向２９を有する入射光（偏光３）の電場ベクトルをＩｓｉｎ（ωｔ）とする。ここでＩは入射光の振幅、ωは入射光の角周波数、ｔは時刻である。進相軸５４と第１の偏光方向との間の角度をφとすると、異方体５３から出たときの遅相軸成分ｆ及び進相軸成分ｓの電場は、それぞれ以下の式で表される。
ｆ＝Ｉｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（φ）
ｓ＝Ｉｓｉｎ（ωｔ−δ）ｓｉｎ（φ）
なお、δは進相軸成分ｆと遅相軸成分ｓとの位相差である。
【０１０７】
遅相軸成分ｆ及び進相軸成分ｓは、第２の偏光素子３１に入射する。すなわち、第２の偏光素子３１により、遅相軸成分ｆ及び進相軸成分ｓのうち、第２の偏光方向を有する偏光成分５ｂが抽出される。第２の偏光素子３１により抽出される電場ベクトルは、以下の式で表される。
ｆ・ｓｉｎ（φ）−ｓ・ｃｏｓ（φ）
＝Ｉｃｏｓ（φ）ｓｉｎ（φ）｛ｓｉｎ（ωｔ）−ｓｉｎ（ωｔ−δ）｝
＝Ｉｓｉｎ（２φ）ｓｉｎ（δ／２）ｃｏｓ（ωｔ−δ／２）
【０１０８】
第２の偏光素子３１により抽出される電場ベクトルの強度（第１の強度）は、振幅であるＩｓｉｎ（２φ）ｓｉｎ（δ／２）の二乗により表される。すなわち、異方体５３を直交ニコル観察した場合に検出される第１の強度は、以下のようになる。
Ｉ2ｓｉｎ2（２φ）ｓｉｎ2（δ／２）                  …（１）
＝Ｉ2ｓｉｎ2（２φ）ｓｉｎ2（（π／λ)ｄ|ｎo−ｎe|）
ここで、λは入射光の波長である。またｄ|ｎo−ｎe|は、常光線と異常光線との光路差を表し、異方体５３の光学特性等に応じた値となる。なお、遅相軸５５と第１の偏光方向との間の角度をφとした場合でも同様の結果が得られる。
【０１０９】
図６は、異方体５３を直交ニコル観察した場合に検出される第１の強度を示すグラフである。グラフの横軸は、異方体５３の進相軸５４と第１の偏光方向２９との間の角度φであり、縦軸は、第１の強度（第２の偏光素子３１により抽出される偏光成分５ｂの強度）である。図６に示すグラフは、（１）式で表される第１の強度の角度φに応じた変化を表している。
【０１１０】
（１）式に示すように、第１の強度は、角度φに対してπ／２（９０°）の周期を持った周期関数となる。図６には、φ＝０からπ（１８０°）までの２周期分のグラフが図示されている。
【０１１１】
例えば角度φが０である場合、偏光成分５ｂの強度はゼロとなる。すなわち、第１の偏光方向が異方体５３の繊維の方向５６（遅相軸５５の方向）に直交している場合、異方体５３により反射され第２の偏光素子３１により抽出される第１の強度は最小となる。
【０１１２】
同様に、角度φがπ／２である場合、すなわち第１の偏光方向が異方体５３の繊維の方向５６に平行な場合にも、第１の強度は最小となる。なお、観察される異方体５３の種類等によっては、内部で多重反射してランダムな偏光を含むため、第１の強度の最小値がゼロにならない場合もあり得る。この場合、例えば図６に示すグラフは、上側にシフトする。
【０１１３】
一方でφがπ／４の場合、偏光成分５ｂの強度はＩ2ｓｉｎ2（δ／２）となり最大となる。すなわち、第１の偏光方向２９と異方体５３の繊維の方向５６との間の角度がπ／４となる場合、第１の強度は最大となる。このように、異方体５３の繊維の方向５６に対する第１の偏光方向２９の角度が変化すると、第１の強度は、Ｉ2ｓｉｎ2（δ／２）の振幅（最大値及び最小値の差分）で変化する。
【０１１４】
実際の測定では、異方体５３の繊維の方向５６が揃っている程度、すなわち異方体５３の配向の度合いである配向性に応じて、第１の強度が変化する場合があり得る。例えば、異方体５３の繊維の方向がばらついている場合には、異方体５３の繊維の方向５６が揃っている場合と比べ、第１の強度の振幅が小さくなる可能性がある。
【０１１５】
以下では、第１の強度の振幅をＡｍｐ＝Ｉ0ｓｉｎ2（δ／２）と記載する。Ｉ0は、異方体５３の配向性に応じた値である。また上記したようにδは、異方体５３により生じる進相軸成分ｆと遅相軸成分ｓとの位相差であり、異方体５３の光学的な異方性に応じた値である。
【０１１６】
図７は、直交ニコル観察の一例を示す模式図である。図８は、直交ニコル観察の観察結果の一例を示す図である。
【０１１７】
図７には、イメージセンサ３２による撮像範囲７０と、撮像範囲７０の上下方向７１と、上下方向７１と直交する左右方向７２とが模式的に図示されている。撮像範囲７０には、異方体５３である繊維組織５７と、非繊維組織５８とが含まれる。繊維組織５７は、繊維の方向５６に沿って一軸方向の複屈折が生じる組織である。非繊維組織５８は、複屈折が生じない組織、あるいは配向性がほとんどなく複屈折が非常に小さい組織である。
【０１１８】
また図７には、撮像範囲７０に入射する第１の偏光方向２９を有する偏光３と、撮像範囲７０からの反射光４のうち第２の偏光素子３１により抽出される第２の偏光方向３７を有する偏光成分５とが模式的に図示されている。なお図７では、照明系２０及び撮像系３０の図示が省略されている。
【０１１９】
図７に示すように、第１の偏光方向２９を有する偏光３が入射偏光角θで観察対象１に入射する。ここで入射偏光角θとは、観察対象１に直線偏光が入射する場合の、観察対象１に対する直線偏光の偏光方向の角度である。以下では、撮像範囲７０の上下方向７１と第１の偏光方向２９とが平行となる状態を入射偏光角θがゼロとなる状態とする。なお、入射偏光角θを設定する方法は限定されず、例えば撮像範囲７０の左右方向７２を基準として入射偏光角θが設定されてもよい。
【０１２０】
直交ニコル観察では、第１の偏光方向２９と第２の偏光方向３７との交差角度は略９０°となるように維持される。従って、第２の偏光方向３７の観察対象１に対する角度はθ＋９０°（θ＋π／２）となる。このように第１の偏光方向２９及び第２の偏光方向３７の観察対象１に対する角度は、入射偏光角θを用いてそれぞれ表される。
【０１２１】
上記したように本実施形態では、回転制御部４１により第１及び第２の偏光方向２９及び３７が回転され、入射偏光角θが変化する。この回転動作は、例えば所定の角度ステップで入射偏光角θが増加するように実行される。イメージセンサ３２は、各入射偏光角θでの観察対象１の撮像を実行し、各入射偏光角θでの観察対象１の画像信号をそれぞれ生成する。
【０１２２】
直交ニコル観察では、観察対象１で反射された反射光４のうち、第２の偏光方向３７を有する偏光成分５がイメージセンサ３２に入射する。このイメージセンサ３２に入射する偏光成分５の強度が、第１の強度として検出される。
【０１２３】
図７に示すように、観察対象１で反射される反射光４には、異方体５３で反射される反射光４ｃと非繊維組織５８で反射される反射光４ｂとが含まれる。イメージセンサ３２には、これらの反射光４ｃ及び４ｂのうち、第２の偏光方向を有する偏光成分５が入射することになる。なお図７では、観察対象１の表面で反射される反射光は省略されている。
【０１２４】
このように、入射偏光角θごとに画像信号を生成することで、撮像範囲７０の各位置の輝度等が入射偏光角θの変化に伴いどのように変化したかといったことを調べることが可能となる。この結果、観察対象１の位置ごとに、回転動作に応じた第１の強度の変化を詳細に解析することが可能となる。
【０１２５】
図８Ａのグラフは、直交ニコル観察で検出される第１の強度の一例を示すグラフである。図８Ａには、異方体５３で反射された第２の偏光方向３７を有する偏光成分５の強度（第１の強度）が示されている。グラフの横軸は入射偏光角θであり、縦軸は偏光成分５の強度である。
【０１２６】
異方体５３を直交ニコル観察した場合、（１）式で説明したように、第１の強度は、角度φに対する周期関数として表される。この角度φは、入射偏光角θ及び位相成分θ0を用いて表すことが可能である。入射偏光角θと第１の強度との関係は以下のように表される。
Ｉ0ｓｉｎ2（δ／２）×ｓｉｎ2（２（θ−θ0））                  …（２）
【０１２７】
（２）式に示すように、第１の強度は、入射偏光角θに対して９０°の周期で振動する周期関数である。なお図８Ａのグラフでは、観察対象１の内部で生じる多重反射にともなう偏光方向のランダム化等により、第１の強度にはオフセットが含まれる。
【０１２８】
図８Ａに示すように、第１の強度はθ0で最小となる。また第１の強度はθ0＋π／４で最大となり、θ0＋π／２で再び最小となる。このように、入射偏光角θを０°から増加させて第１の強度が最小となる最初の値が位相成分θ0となる。
【０１２９】
第１の強度が最小となるのは、第１の偏光方向２９と異方体５３の繊維の方向５６とが平行または直交である場合である。従って位相成分θ0は、異方体５３の繊維の方向５６と直交または平行な方向を表すことになる。このように位相成分θ0に関する情報は、異方体５３の繊維の方向５６（配向方向）に関する情報となる。
【０１３０】
また第１の強度の振幅ＡｍｐはＩ0ｓｉｎ2（δ／２）となる。この振幅Ａｍｐは、異方体５３の配向性に応じた値（Ｉ0）と異方体５３の光学的な異方性に応じた値（δ）とで表される。このように振幅Ａｍｐに関する情報は、異方体５３の配向性及び異方性に関する情報となる。
【０１３１】
図８Ｂのグラフは、直交ニコル観察で検出される第１の強度の他の例を示すグラフである。非繊維組織５８で反射された反射光４ｂは、特定の偏光方向を持たず、偏光方向がランダム化されている。従って、反射光４ｂには、入射偏光角θの値に係らず、第２の偏光方向を有する偏光成分５が略一定の割合で含まれることになる。
【０１３２】
図８Ｂのグラフに示すように、非繊維組織５８を直交ニコル観察した場合、入射偏光角θによらず略一定の第１の強度が検出される。従って、非繊維組織５８では、図８Ａに示すような周期的な第１の強度の変化は検出されない。なお、複屈折を生じない組織や体液で覆われた鏡面反射が強い領域等が観察される場合には、第１の強度の変化は、略ゼロとなる。
【０１３３】
このように、第１の強度が入射偏光角θに対してπ／２の周期で変化する場合には、異方体５３を観察している可能性が高い。逆にそれ以外の場合には、非繊維組織５８を観察している可能性が高い。従って、回転動作に応じた第１の強度の変化を解析することにより、観察対象１に異方体５３が含まれるか否かを識別する識別情報を算出することが可能となる。
【０１３４】
図９は、直交ニコル観察の観察結果の一例を示す模式図である。図９には、直交ニコル観察で生成された画像信号により構成される画像の外枠が点線で図示されている。
【０１３５】
直交ニコル観察では、撮像範囲７０の各位置について、回転動作に応じた第２の偏光方向３７を有する偏光成分５の強度の変化が検出される。この検出結果に基づいて、例えば図９に示すように、異方体５３が含まれる領域を強調して表示することや、異方体５３の繊維の方向５６を矢印を用いて表示するといったことが可能となる。もちろん異方体５３の配向性や異方性等の情報をマッピングするといった処理が実行されてもよい。
【０１３６】
以下では、観察対象１の観察について具体的に説明する。
【０１３７】
図１０は、観察対象１について説明するための模式図である。図１１は、直交ニコル観察で撮像された観察対象１の画像の一例を示す模式図である。以下では、観察対象１としてブタの直腸を例に挙げて説明を行なう。
【０１３８】
図１０には、ブタの直腸８０が模式的に図示されている。直腸８０は管状の構造であり、消化物等が通過する管腔８１を有する。直腸８０は、内側（管腔８１側）から粘膜層８２（Ｍｕｃｏｓａ）、粘膜下層８３（Ｓｕｂｍｕｃｏｓａ）、及び筋層８４（Ｍｕｓｃｕｌａｒｉｓ）を有する。図１０では、直腸８０を構成する粘膜層８２及び筋層８４が模式的に図示されている。なお粘膜下層８３の図示は省略されている。
【０１３９】
筋層８４の内側は輪筋層により構成され、輪筋層の外側には縦筋層が構成される。輪筋層を構成する筋繊維は、直腸８０が延在する方向と略直交する方向に配向する。すなわち輪筋層の筋繊維の方向は、管腔８１を囲む内周に沿った方向となる。また縦筋層を構成する筋繊維は、直腸８０が延在する方向と略平行な方向に配向する。
【０１４０】
図１０に示すように、直腸８０を切断して管状構造の一部を切り出し、切り出した直腸８０を切開して直腸８０の内側の粘膜層８２を露出させる。そして、露出した粘膜層８２の一部を剥離し、筋層８４を露出させる。図１０では、剥離された粘膜層８２が点線で模式的に図示されている。このとき筋層８４の露出部には、輪筋層が見えていることになる。この粘膜層８２及び輪筋層（筋層８４）が露出されている部位が、観察対象１として用いられる。以下では、露出されている輪筋層を、単に筋層８４と記載する。
【０１４１】
図１１には、直交ニコル観察により撮像された豚の直腸８０（観察対象１）の観察画像７３が模式的に図示されている。観察画像７３には、露出された筋層８４（輪筋層）と、粘膜層８２とが含まれる。また筋層８４と粘膜層８２との境界には粘膜下層８３が存在する。なお図１１では、筋層８４の筋繊維の方向が斜線を用いて模式的に表されており、粘膜層８２がドットを用いて表されている。実際の観察画像７３では斜線やドット等は表示されない。
【０１４２】
観察画像７３では、露出された筋層８４の筋繊維の方向５６が、観察画像７３の左下方から右上方に向けて延びる方向となるように、直腸８０が撮像される。より詳しくは、筋繊維の方向５６が観察画像７３の上下方向７１と略π／４の角度で交わるように設定される。
【０１４３】
観察画像７３の上下方向７１は、図７に示す撮像範囲７０の上下方向７１と同様の方向である。従って例えば、入射偏光角θがπ／４の場合、第１の偏光方向２９と筋層８４の筋繊維の方向とが略平行となる。これは、図８Ａのグラフに示す位相成分θ0が略π／４である状態に相当する。すなわちθ＝π／４で、第２の偏光方向３７を有する偏光成分５の強度が最小となる。
【０１４４】
また例えば、入射偏光角θが０の状態は、θ0−π／４の状態に相当する。上記したように第２の偏光方向３７を有する偏光成分５の強度は、π／２の周期で振動する周期関数であり、位相成分θ0±π／４の角度で最大値となる。従って入射偏光角θ＝０の状態では、図８Ａのグラフに示すθ0＋４５°での最大値と同様の偏光成分５の強度が検出されることになる。以下では、観察対象１（直腸８０）の撮像は、図１１に示す配置で実行されるものとする。
【０１４５】
図１２は、生体組織の観察例を示すフローチャートである。図１２に示すように、まず内視鏡装置１００の起動準備が実行される（ステップ１０１）。例えば、光源２１、イメージセンサ３２、及びコントローラ４０等の各部が起動される。また医師等のオペレータにより、内視鏡装置１００を用いた観察用の各種のパラメータ（光源２１の光量やイメージセンサ３２の感度等）がコントローラ４０等に入力される。
【０１４６】
照明光２から所定の偏光状態の偏光が生成され、観察対象１に照射される（ステップ１０２）。すなわち第１の偏光素子２２により第１の偏光方向２９を有する偏光３が生成され、観察対象１に照射される。
【０１４７】
第１の偏光方向２９は、入射偏光角θが０となるように設定される。すなわち、第１の偏光方向２９とイメージセンサ３２の撮像範囲７０（観察画像７３）の上下方向７１とが平行となるように設定される。この時、第２の偏光方向３７は、第１の偏光方向２９と略直交ニコルの関係となるように設定される。
【０１４８】
回転制御部４１により、第１及び第２の偏光方向２９及び３７が略直交ニコルの状態を維持して回転される（ステップ１０３）。本実施形態では、各偏光方向は、予め設定された角度ステップθｓで回転される。角度ステップθｓについては後に詳しく説明する。
【０１４９】
またステップ１０１の起動準備が実行された後、最初にステップ１０３が実行される場合には、回転が省略されてもよい。このことは、最初のステップ１０３では、角度ステップθｓ＝０°の回転が実行されるということもできる。２回目以降のステップ１０３では、予め設定された角度ステップθｓで第１及び第２の偏光方向２９及び３７が回転される。
【０１５０】
観察対象１からの反射光４に基づいて、イメージセンサ３２により観察対象１の画像信号が生成される（ステップ１０４）。すなわち、観察対象１で反射された反射光４のうち、第２の偏光素子３１により抽出された第２の偏光方向を有する偏光成分５に基づいて画像信号が生成される。本実施形態では、観察対象１のカラー画像を構成可能な画像信号が生成される。もちろん、モノクロ画像等を構成可能な画像信号が生成されてもよい。生成された画像信号は、強度検出部４２に出力される。
【０１５１】
生成された画像信号の数が必要な数Ｎに達したか否かが判定される（ステップ１０５）。画像信号の数が必要な数Ｎに達していないと判定された場合（ステップ１０５のＮｏ）、ステップ１０３に戻ってループ処理が実行される。
【０１５２】
ステップ１０３の角度ステップθｓ、及びステップ１０５の必要な数Ｎについて説明する。上記したように、第１の偏光方向を有する偏光３は直線偏光である。このため、第１の偏光方向２９をπ（１８０°）回転した状態は、回転前の状態と同様の偏光状態と見做すことが可能である。従って、例えば第１の偏光方向を角度α回転した状態は、π＋α回転した状態と同様の状態となる。
【０１５３】
本実施形態では、入射偏光角θが０からπまでの値となるように、第１の偏光方向が回転される。これにより、例えば余分な撮像を行なう必要がなくなり、観察に要する時間等を短縮することが可能となる。
【０１５４】
ステップ１０５の必要な数Ｎは、０からπまでの間で入射偏光角θを変えて実行される撮像の回数である。必要な数Ｎは、例えば所望の精度で観察が実行可能となるように適宜設定される。またステップ１０３の角度ステップθｓは、θｓ＝π／（Ｎ−１）となるように設定される。
【０１５５】
本実施形態では、必要な数Ｎは１７に設定され、角度ステップθｓはπ／１６（＝１１．２５°）に設定される。すなわち、ステップ１０３では入射偏光角θが、０、π／１６、…、πとなるように第１及び第２の偏光方向２９及び３７が回転される。これにより回転動作に伴う偏光成分５の変化等を十分な精度で検出することが可能となる。
【０１５６】
なお、必要な数Ｎ及び角度ステップθｓを設定する方法等は限定されず、観察の精度等に応じて適宜設定されてよい。また上記したように、０からπまでの範囲で入射偏光角θを変える場合に限定されない。例えば所望の観察精度が実現されるように、入射偏光角θが変更される範囲等が適宜設定されてよい。
【０１５７】
必要な数Ｎの画像信号が得られたと判定された場合（ステップ１０５のＹｅｓ）、Ｎ個の画像信号に基づいて、観察対象１の生体組織情報を算出する処理が開始される。
【０１５８】
図１３は、直交ニコル観察で生成された画像信号から生体組織情報を算出する処理の一例を説明するための図である。図１４は、図１３に示す生体組織情報を算出する処理の具体例を示す図である。
【０１５９】
図１３には、画像信号から生体組織情報を算出するための各処理が矢印を使って順番に示されている。イメージセンサ３２により生成された画像信号は、強度検出部４２に出力される。強度検出部４２は、画像信号の画素ごとに第１の強度を検出する。ここでは、各画素のＲＧＢ値をグレースケールに変換する処理が実行され、グレースケールの階調で表される輝度値が第１の強度として検出される。検出された第１の強度（グレースケールに変換された画像信号）は、解析部４３に出力される。
【０１６０】
解析部４３は、画像信号により構成される観察画像７３を分割する複数の解析領域（ＲＯＩ）を設定し、複数の解析領域の各々について生体組織情報を算出する。本実施形態では、解析領域は、対象領域に相当する。以下では解析領域をＲＯＩ７４と記載する。
【０１６１】
まず解析部４３は、グレースケールに変換された各画像信号に対して所定のサイズのＲＯＩ７４を設定し、ＲＯＩ７４内の平均輝度を算出する（ステップ１０６）。
【０１６２】
ＲＯＩ７４のサイズは、例えば観察対象１を観察するための解像度等に応じて適宜設定することが可能である。本実施形態では、６４ｐｉｘｅｌ×６４ｐｉｘｅｌのＲＯＩ７４が用いられる。このＲＯＩ７４は、例えば１２８０ｐｉｘｅｌ×１０２４ｐｉｘｅｌの観察画像７３を２０×１６のブロックに分割することが可能である。もちろんこれに限定されず、所望のサイズのＲＯＩ７４が適宜設定されてよい。
【０１６３】
解析部４３は、設定されたＲＯＩ７４ごとに、ＲＯＩ７４に含まれる画素の第１の強度の平均値（平均輝度）を算出する。図１３には、１つのＲＯＩ７４に含まれる画素とその輝度値Ａm,nが模式的に図示されている。なおｍ及びｎは１から６４までの整数であり、各画素のＲＯＩ内での位置を表す指標である。この輝度値Ａm,nのＲＯＩ７４内での総和をＲＯＩ７４内の画素数（６４×６４）で割ることで、第１の強度の平均値が算出される。
【０１６４】
ＲＯＩ７４の第１の強度の平均値を算出する処理は、Ｎ個の画像信号（観察画像７３）の各々に対して実行される。従って各ＲＯＩに対して、入射偏光角θが０，π／１６，…，πである場合の第１の強度の平均値が算出されることになる。このように、各ＲＯＩで算出される入射偏光角θに応じた第１の強度の平均値のデータが、回転動作に応じた第１の強度の変化に関する第１の強度データとして用いられる。
【０１６５】
図１４には、ＲＯＩ＃３９及びＲＯＩ＃１３３で算出された第１の強度データのグラフ７５ａ及び７５ｂが示されている。グラフ７５ａ及び７５ｂの横軸は入射偏光角θであり、縦軸は輝度比である。ここで輝度比とは、１つのＲＯＩ７４で算出されるデータ点（第１の強度の平均値）を、Ｎ個のデータ点の平均値（Ｉaverage）で割った値である。
【０１６６】
このように、第１の強度データを輝度比を用いて表すことにより、各ＲＯＩ７４での第１の強度データの振幅を容易に比較することが可能となる。第１の強度データの振幅として、本実施形態では輝度振幅比（Ａｍｐ  ｒａｔｉｏ）が算出される。輝度振幅比とは、Ｎ個のデータ点の最大値及び最小値の差分（振幅）をＮ個のデータ点の平均値Ｉaverageで割った値である。すなわち輝度振幅比は、輝度比のグラフ７５ａ及び７５ｂにおける振幅に相当する。
【０１６７】
図１４に示すように、ＲＯＩ＃３９では、入射偏光角θが変化しても輝度比は大きく変化しない。ＲＯＩ＃３９が設定されている位置には粘膜層８２が存在することが分かる。ＲＯＩ＃３９で算出される輝度振幅比は、０．０４となる。
【０１６８】
なお、ＲＯＩ＃３９のグラフ７５ａでは、π（１８０°）周期の小さな振動が見られる。こうした現象には、例えば、偏光子の消光比が充分に大きくない場合に鏡面反射の一部が漏れこむことや、撮像範囲７０の外側での反射等に伴う迷光やその他の漏れ光等の様々な要因が考えられる。
【０１６９】
ＲＯＩ＃１３３の輝度比は、入射偏光角θに対してπ／２（９０°）の周期で振動する周期関数となる。従って、ＲＯＩ＃１３３が設定されている位置には筋層８４が存在することがわかる。またグラフ７５ｂの振幅である輝度振幅比は、０．１５となり、粘膜層８２上のＲＯＩ＃３９と比べて十分に大きな値となる。
【０１７０】
解析部は、第１の強度データに対して所定の関数を用いたフィッティング処理を実行する。図１４には、ＲＯＩ＃３９及びＲＯＩ＃１３３で算出された第１の強度データに対するフィッティング処理の結果であるグラフ７６ａ及び７６ｂが示されている。グラフ７６ａ及び７６ｂの横軸は入射偏光角θであり、縦軸は最大値で正規化された輝度値である。
【０１７１】
本実施形態では、（２）式で説明した関数を基準として、所定の関数ｆ（θ）＝Ａ×ｓｉｎ2（２（θ−Ｂ））＋Ｃが設定される。パラメータＡ及びＢは所定の関数ｆ（θ）の振幅情報及び位相情報を表すパラメータである。従ってパラメータＡ及びＢは、（２）式の振幅Ａｍｐ及び位相成分θ0に対応するパラメータであるとも言える。本実施形態では、所定の関数ｆ（θ）は、所定の周期関数に相当する。なおパラメータＣは、所定の関数ｆ（θ）のオフセット量を表すパラメータである。
【０１７２】
フィッティング処理では、所定の関数ｆ（θ）が第１の強度データに当てはまるようなパラメータＡ及びＢが算出される。また所定の関数ｆ（θ）と第１の強度データとの不一致を評価するパラメータとして、残差平方和（ＲＳＳ：Residual sum of squares）が算出される。なお、フィッティング処理の具体的な方法等は限定されず、例えば最小二乗法等を用いた処理が適宜実行されてよい。
【０１７３】
図１４に示すように、ＲＯＩ＃３９で算出された第１の強度データに対して、所定の関数ｆ（θ）はほとんどフィッティングされない。ＲＯＩ＃３９でのフィッティング処理の結果、残差平方和は２．１０と算出される。
【０１７４】
一方でＲＯＩ＃１３３で算出された第１の強度データに対しては、所定の関数ｆ（θ）を十分に当てはめることが可能なパラメータＡ及びＢが算出される。ＲＯＩ＃１３３でのフィッティング処理の結果、残差平方和は０．０３となる。これはＲＯＩ＃３９と比べ、ＲＯＩ＃１３３が所定の関数ｆ（θ）に対して十分に一致していることを意味する。
【０１７５】
従って、異方体５３（筋層８４）が含まれるＲＯＩ７４において、パラメータＡ及びＢを算出することにより、（２）式で表される周期関数の振幅Ａｍｐ及び位相成分θ0を算出することが可能となる。図８Ａのグラフで説明したように、位相成分θ0の情報は、異方体５３の配向方向に関する情報であり、また振幅Ａｍｐの情報は、異方体５３の配向性及び異方性に関する情報である。
【０１７６】
このように解析部４３は、所定の関数ｆ（θ）用いたフィッティング処理を実行し、フィッティング処理の処理結果として得られる所定の関数ｆ（θ）の位相情報Ｂに基づいて位相成分θ0の情報を算出し、所定の関数ｆ（θ）の振幅情報Ａに基づいて振幅Ａｍｐの情報を算出する。
【０１７７】
また、算出された位相成分θ0の情報及び振幅Ａｍｐの情報は、後述する異方体５３の識別処理の後、生体組織情報として記憶される。本実施形態では、位相成分θ0の情報は、光学異方体の配向方向に関する第１の情報に相当する。また振幅Ａｍｐの情報は、光学異方体の配向性及び異方性に関する第２の情報に相当する。
【０１７８】
フィッティング処理が終了すると、閾値パラメータを用いた異方体５３（繊維組織５７）と等方体（非繊維組織５８）との信号を識別する処理が実行される（ステップ１０７）。図１３には、閾値パラメータの条件が示されている。本実施形態では、閾値パラメータとして、ＲＯＩ７４の平均輝度（Ｉｎｔmean）と、輝度振幅比（Ａｍｐ  ｒａｔｉｏ）と、残差平方和（ＲＳＳ）とが用いられる。なお、閾値パラメータは撮影条件や被写体等によって適宜変更することが可能である。
【０１７９】
平均輝度Ｉｎｔmeanとしては、例えばＮ個のデータ点の平均値（Ｉaverage）が用いられる。平均輝度Ｉｎｔmeanは、ＲＯＩ７４がどのくらい明るいかを示すパラメータである。従って平均輝度Ｉｎｔmeanを所定の閾値と比較することで、観察対象１と観察対象１の背景とを識別することが可能である。図１３に示すように、輝度値（第１の強度）が８ｂｉｔスケール２５６階調で表される場合、平均輝度に関する条件は、Ｉｎｔmean≧３２と設定することで画像内の暗黒部分を解析から除外して計算速度を向上している。
【０１８０】
輝度振幅比は、配向性及び異方性がどの程度のレベルであるかを示すパラメータである。例えば、輝度振幅比が小さい場合には、配向性及び異方性が小さく、異方体５３ではない部位が観察されている可能性が高い。反対に輝度振幅比が大きい場合には、異方体５３を観察している可能性が高い。輝度振幅比に関する条件は、Ａｍｐ  ｒａｔｉｏ≧０．０４と設定される。
【０１８１】
残差平方和は、上記したように、第１の強度データと所定の関数ｆ（θ）とがどの程度一致しているかを表すパラメータである。すなわち、残差平方和が小さいほど、ｓｉｎ2（２θ）のフィッティング誤差が小さいといえる。この場合、第１の強度データは、入射偏光角θに対してπ／２の周期で振動する周期関数である可能性が高い。残差平方和に関する条件は、ＲＳＳ≦０．７と設定される。
【０１８２】
解析部４３は、上記の条件に基づいて、各ＲＯＩに異方体５３が含まれるか否かを識別する。例えば、ＲＯＩ＃１３３は、閾値パラメータの条件を満たす（Ｔｒｕｅ）と判定される。従ってＲＯＩ＃１３３には異方体５３が含まれていると識別される。また例えばＲＯＩ＃３９は、閾値パラメータの条件を満たさない（Ｆａｌｓｅ）と判定される。従ってＲＯＩ＃３９には異方体５３が含まれていないと識別される。ここでの閾値パラメータは測定対象や照明条件等により最適値は異なると予想される。したがって正確な識別には適宜パラメータの見直しは必要である。
【０１８３】
解析部４３は、識別結果に基づいて、観察対象１の生体組織情報として、観察対象１に異方体５３が含まれるか否かを識別する識別情報を算出する。すなわち各ＲＯＩに異方体５３が含まれるか否かを表す情報が識別情報として算出される。
【０１８４】
図１５は、直交ニコル観察による異方体５３の識別結果の一例を示す模式図である。異方体５３が含まれると識別されたＲＯＩ７４は、グレーの領域で示されている。図１５に示すように、筋層８４が露出している部位では、ほとんどのＲＯＩ７４で異方体５３が含まれると識別される。一方で、粘膜層８２や粘膜下層８３が露出している部位では、ほとんどのＲＯＩ７４で異方体５３が含まれないと識別される。
【０１８５】
このように、識別情報を算出することで、異方体５３を含む筋層８４とそれ以外の部位とを高精度に識別することが可能となる。また図１５に示す例では、筋層８４上で異方体５３が含まれていないと識別されたＲＯＩ７４ａや、粘膜層８２上で異方体５３が含まれていると識別されたＲＯＩ７４ｂ等が算出される。このような識別結果が得られる場合には、例えば筋層８４や粘膜層８２での局所的な異常等を検出するといったことも可能となる。
【０１８６】
識別処理が終了すると、異方体５３が含まれると識別されたＲＯＩ７４のフィッティング処理の処理結果が、生体組織情報として記憶される。例えば図１３に示すように、ＲＯＩ＃１３３については、第１の強度データに関する位相成分θ0及び振幅Ａｍｐ等が記憶される。他のＲＯＩ７４についても同様の処理が実行され、観察対象１の生体組織情報として記憶される。
【０１８７】
記憶された生体組織情報には、各ＲＯＩ７４での筋層８４の筋繊維の方向や、筋繊維の配向性及び異方性等の情報が含まれる。この他、生体組織情報として記憶されるデータの種類等は限定されない。生体組織情報を用いることで、異方体５３に関する所望の情報をマッピングするといったことが可能となる。
【０１８８】
図１６は、直交ニコル観察により算出される生体組織情報の一例を示す模式図である。図１６には、生体組織情報の一例として、各ＲＯＩ７４の輝度値がピークとなる入射偏光角θをマッピングした結果が示されている。ここでは、入射偏光角θは、０°から９０°までの角度に対応したカラーマップを用いて表される。これにより、輝度値がピークとなる入射偏光角θを容易に観察することが可能となる。
【０１８９】
例えば図１３に示すように、ＲＯＩ＃１３３では入射偏光角θ＝１．８°が輝度値のピークとなる。このように、フィッティング処理を用いることで、角度ステップθｓよりも詳細に、第１の強度の変化等を表すことが可能となる。この結果、異方体５３についての様々な特性を高精度に算出することが可能となり、観察対象１を詳細に観察することが可能となる。
【０１９０】
図１２に戻り、識別処理が終了して生体組織情報が記憶されると、異方体５３の繊維の方向５６を算出する処理が実行される（ステップ１０８）。本実施形態では、異方体５３の繊維の方向５６を算出するために、繊維の方向５６が含まれる象限を判定する処理が実行される（ステップ１０９）。この象限を判定する処理については、後に詳しく説明する。
【０１９１】
異方体５３の繊維の方向５６が算出されると、光学的異方性の異なる組織が強調して表示される（ステップ１１０）。例えば解析部４３により、異方体５３とそれ以外の組織との識別結果（図１５参照）に基づいて、異方体５３が含まれるＲＯＩ７４を強調した強調画像等が生成される。生成された強調画像は、表示ユニット５０に表示される。
【０１９２】
例えば、図１５に示すように、異方体５３が含まれると識別されたＲＯＩ７４を強調した画像は、本実施形態に係る強調画像に含まれる。また例えば、異方体５３の配向方向である繊維の方向５６、すなわち位相成分θ0が、図１６のマップのようにカラーマップを用いて色分けされて表示されてもよい。またカラーマップに限らず、例えば各ＲＯＩ７４の繊維の方向５６が矢印等を用いて表す強調画像が生成されてもよい。あるいは、カラーマップと矢印とが組み合わせて用いられてもよい。
【０１９３】
また例えば、異方体５３の配向性及び異方性の強度等がマッピングされた画像等が生成されてもよい。この他、解析部４３により生成される画像や表示される情報の種類等は限定されず、所望のパラメータが適宜表示されてよい。これにより、観察対象１である生体組織を十分詳細に観察することが可能となる。
【０１９４】
以下では、ステップ１０９の象限を判定する処理について説明する。象限を判定する処理では、生体組織情報として記憶された異方体５３の繊維の方向５６（配向方向）に関する情報が用いられる。まず図１７〜図１９を参照して直交ニコル観察により算出される繊維の方向に関する情報について説明する。
【０１９５】
図１７及び図１８は直交ニコル観察での入射偏光角θと繊維の方向との関係を説明するための図である。図１７Ａには、互いに直交する第１及び第２の偏光方向２９及び３７と、繊維の方向５６とが各方向を表す矢印により模式的に図示されている。なお繊維の方向５６は左下方から右上方にかけて延在するように設定されている。また上下方向７１と繊維の方向５６との間の角度はπ／４（４５°）である。
【０１９６】
図１７Ａに示すように、入射偏光角θ＝０の状態７８ａは、第１の偏光方向２９と上下方向７１とが平行な状態である。従ってθ＝０の場合、第１の偏光方向２９と繊維の方向５６との間の角度はπ／４となる。この場合、（２）式で説明したように、直交ニコル観察で検出される異方体５３からの反射光の強度（第１の強度）は最大となる。同様に、θ＝π／２（９０°）及びθ＝π（１８０°）の状態７８ｂ及び７８ｃにも、第１の強度は最大となる。すなわち、θ＝ｋ×π／２（ｋ：整数）の場合に、直交ニコル観察における第１の強度は最大となる。
【０１９７】
図１７Ｂには、図１４に示すＲＯＩ＃１３３での入射偏光角θに対する第１の強度の変化を示すグラフが示されている。ＲＯＩ＃１３３が設定される位置では、異方体５３である筋層８４の繊維（筋繊維）の方向５６と上下方向７１との角度がπ／４（４５°）となっている。これは、図１７Ａで説明した繊維の方向５６と同様の配置である。従って図１７Ｂのグラフに示すように、入射偏光角θが０、π／２、及びπである場合に第１の強度のピーク値が検出される。
【０１９８】
図１８の上側には、繊維の方向５６と上下方向７１との角度がπ／４（４５°）である場合の、θ＝０の状態７８ａ、θ＝π／４の状態７８ｄ、及びθ＝π／２の状態７８ｂが図示されている。また図１８の下側には、繊維の方向５６と上下方向７１との角度が３／４π（１３５°）である場合の、θ＝０の状態７８ｅ、θ＝π／４の状態７８ｆ、及びθ＝π／２の状態７８ｇが図示されている。
【０１９９】
繊維の方向５６と上下方向７１との角度がπ／４である場合、入射偏光角θが０及びπ／２の状態７８ａ及び７８ｂでは第１の強度がピーク値となり、入射偏光角θがπ／４の状態７８ｄでは第１の強度がボトム値となる（図１７Ｂのグラフ参照）。同様に、繊維の方向５６と上下方向７１との角度が３／４πである場合にも、第１の強度は、入射偏光角θが０及びπ／２の状態７８ｅ及び７８ｇでピーク値となり、また入射偏光角θがπ／４の状態７８ｆでボトム値となる。
【０２００】
このように、繊維の方向５６が上下方向７１に対してπ／２回転された場合であっても、第１の強度はθ＝０及びπ／２にピーク値を持ち、π／４にボトム値を持つことになる。すなわち、直交ニコル観察により繊維の方向５６が互いにπ／２異なるような異方体５３をそれぞれ観察した場合、各異方体５３では互いに略同様の第１の強度の変化が検出されることになる。
【０２０１】
なお、繊維の方向５６と上下方向７１との角度に係らず、θ＝０の状態７８ａ（７８ｅ）及びθ＝π／４の状態７８ｄ（７８ｆ）は、第１の強度の値が異なる状態として区別される。同様にθ＝π／４の状態７８ｄ（７８ｆ）及びθ＝π／２の状態７８ｂ（７８ｇ）も第１の強度の値を用いて区別可能である。
【０２０２】
従って例えば、第１の強度の変化のピーク値またはボトム値が検出される入射偏光角θをＲＯＩごとに比較することで、各ＲＯＩでの繊維の方向５６の相対的な角度の違いを検出することが可能である。すなわち、直交ニコル観察では、０からπ／２までの範囲内の繊維の方向５６の相対角度が検出されるとも言える。
【０２０３】
図１９は、直交ニコル観察により算出された異方体５３の繊維の方向５６に関する情報を用いて繊維の方向５６を表示した場合の例を示す模式図である。なお図１９Ａ及び図１９Ｂでは、異方体５３が含まれると判定された各ＲＯＩについて、各ＲＯＩでの異方体５３の繊維の方向５６が棒線５９を用いて図示されている。すなわち各棒線５９の延在する方向が、各ＲＯＩでの繊維の方向５６に対応する。
【０２０４】
図１９Ａでは、繊維の方向５６と上下方向７１との角度が、位相成分θ0を用いて表されている。すなわち、位相成分θ0により表される方向と平行な方向が、繊維の方向５６としてプロットされている。なお筋層８４の繊維の方向５６は、上下方向７１に対して略４５°となるように配置されているため、図１９Ａに示す結果は、筋層８４の繊維の方向５６を適正に検出した結果であると言える。
【０２０５】
図１９Ｂには、繊維の方向５６と上下方向７１との角度が、位相成分θ0＋９０°となるように各繊維の方向５６が表示されている。図１８等を用いて説明したように、直交ニコル観察のみから算出された位相成分θ0を用いた場合、図１９Ｂに示すような繊維の方向５６が検出されているといった可能性も残ることになる。なお典型的な観察対象の場合には、対象物の繊維方向は解剖学的知見により想定する事が可能であることが多く、これまでの検出結果でも、十分に適正な繊維方向を検出可能な場合もありうる。
【０２０６】
本実施形態では、直交ニコル観察に加えて、開放ニコルでの観察対象１の観察（開放ニコル観察）が実行される。そして開放ニコル観察の観察結果に基づいて、異方体５３の繊維の方向５６に関する象限判定が実行される。なお、本実施形態において開放ニコル観察とは、第２の偏光素子３１が反射光４の光路から外された状態で行なわれる観察に相当する。すなわち開放ニコル観察は、第３の偏光部が構成された状態で行われる観察に相当する
【０２０７】
図２０は、開放ニコル観察による異方体５３の観察の一例を示す模式図である。図２０に示す構成は、図２及び図４等で説明した直交ニコル観察のための構成から、第２の偏光素子３１（第２の偏光軸３５を有する偏光板３６）を取り外した構成となっている。このような撮像系３０を構成することにより、撮像系３０では、観察対象１により反射された反射光４をその偏光状態を維持して抽出することが可能となっている。なお第１の偏光素子２２は、直交ニコル観察のときと同様に使用される。
【０２０８】
照明系２０から出射された第１の偏光方向を有する偏光３は、観察対象１により反射される。この反射光４は、偏光状態を維持して抽出されイメージセンサ３２に入射する。そしてイメージセンサ３２及び強度検出部４２により、抽出された反射光４の強度である第２の強度が検出される。すなわち、第２の強度は、第１の偏光素子２２を用いた開放ニコル観察により検出される反射光４の強度であるとも言える。
【０２０９】
図２０では、観察対象１の内部５２で異方体５３により反射された反射光４が模式的に図示されている。実際の観察では、偏光状態を維持して抽出される反射光４には、観察対象１での鏡面反射の成分や、非繊維組織５８で反射された成分等が含まれる。従って第２の強度には、異方体５３や非繊維組織５８による反射光４の強度と、鏡面反射の強度とが含まれる。
【０２１０】
本発明者は、異方体５３の反射光４を開放ニコル観察した場合に検出される第２の強度について、以下のように考察した。図２１は、その考察について説明するための模式図である。以下では、遅相軸５５に平行な方向が異方体５３の繊維の方向であると仮定して説明を行なう。また異方体５３の進相軸５４及び遅相軸５５の各軸に平行な方向の反射係数をＲｆ及びＲｓとする。
【０２１１】
入射光（偏光３）の電場ベクトルをＩｓｉｎ（ωｔ）とする。図２１の上側の図に示すように、入射光は進相軸成分ｆ及び遅相軸成分ｓに分解して表すことが可能である。進相軸５４と第１の偏光方向との間の角度をφとすると、異方体５３により反射される進相軸成分ｆ'及び遅相軸成分ｓ'の電場ベクトルは、それぞれ以下の式で表される。
ｆ'＝Ｉｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（φ）
ｓ'＝Ｉｓｉｎ（ωｔ−δ）ｓｉｎ（φ）
【０２１２】
異方体５３により反射される電場ベクトルの強度（第２の強度）は、図２１の下側の図に示すように、異方体５３により反射される進相軸成分ｆ'及び遅相軸成分ｓ'の振幅の２乗の和により表される。すなわち、異方体５３を開放ニコル観察した場合に検出される第２の強度Ｉopen2は、以下のようになる。
Ｉopen2＝（Ｒｆ×ｆ'）2＋（Ｒｓ×ｓ'）2
＝Ｒｆ2Ｉ2ｃｏｓ2（φ）＋Ｒｓ2Ｉ2ｓｉｎ2（φ）
＝Ｒｓ2×Ｉ2（（Ｒｆ2／Ｒｓ2）ｃｏｓ2（φ）＋ｓｉｎ2（φ））
≒Ｒｓ2Ｉ2ｓｉｎ2（φ）
【０２１３】
最後の近似では、ＲｆがＲｓよりも十分に小さい場合（Ｒｆ＜＜Ｒｓ）を仮定している。従って、第２の強度Ｉopen2は、ｓｉｎ2（φ）に比例して変化し（Ｉopen2∝ｓｉｎ2（φ））、
角度φに対してπの周期で振動する周期関数となる。なお角度φは、入射偏光角θ及び位相成分θ0を用いて置き換えることが可能である。従って第２の強度Ｉopen2は、入射偏光角θに対してもπの周期で振動することになる。もしＲｆがＲｓに近い場合は強度のφ依存性は小さく開放ニコルでの異方性の検出が難しいことを示している。
【０２１４】
このように、異方体５３を開放ニコル観察した場合に検出される第２の強度は、直交ニコル観察時に検出される第１の強度とは異なる振動周期で振動することになる。この振動周期の違いを利用して、異方体５３の繊維の方向５６が含まれる象限を判定する処理が実行される。
【０２１５】
図２２は、異方体５３の繊維の方向５６が含まれる象限について説明するための模式図である。図２１の左側には、互いに直交するＸ軸９０及びＹ軸９１が示されている。Ｘ軸９０及びＹ軸９１は、観察画像７３（イメージセンサ３２の撮像範囲７０）の上下方向７１及び左右方向７２と平行に設定される。なお本実施形態では、撮像範囲７０の上下方向７１は、配向方向の基準となる基準方向に相当する。また撮像範囲７０の左右方向７２は、基準方向と直交する直交方向に相当する。
【０２１６】
以下では、図２２に示すように、Ｘ軸９０の正の方向（上方向）及びＹ軸９１の正の方向（右方向）の間の領域を第１象限とする。またＸ軸９０の負の方向（下方向）及びＹ軸９１の正の方向（右方向）の間の領域を第２象限とする。またＸ軸９０の負の方向（下方向）及びＹ軸９１の負の方向（左方向）の間の領域を第３象限とする。またＸ軸９０の正の方向（上方向）及びＹ軸９１の負の方向（左方向）の間の領域を第４象限とする。
【０２１７】
例えば図２２に示すように、直交ニコル観察により位相成分θ0がα（０≦α＜π／２）と算出されたとする。この場合、θ＝αにより表される方向か、あるいはその方向に直交する方向が、異方体５３の繊維の方向５６となる。
【０２１８】
図２２に示すように、θ＝αにより表される方向９２ａは、第１象限に含まれる。この第１象限に含まれる方向９２ａと、第３象限に含まれるθ＝α−πにより表される方向９２ｂとは同じ繊維の方向５６を表すことになる。またθ＝αにより表される方向９２ａと直交するθ＝π−αにより表される方向９２ｃは、第２象限に含まれる。この場合も第２象限に含まれる方向９２ｃと、第４象限に含まれるθ＝２π−αにより表される方向９２ｄとは同じ繊維の方向５６を表すことになる。
【０２１９】
つまり繊維の方向５６は、図２２の右側に示すように、奇数象限９３（第１象限及び第３象限）及び偶数象限９４（第２象限及び第４象限）のどちらか一方に含まれる。従って、異方体５３の繊維の方向５６が含まれる象限を判定する処理では、第１象限〜第４象限のどの象限に含まれるかを判定する必要はなく、奇数象限９３及び偶数象限９４のどちらに含まれるかを判定すればよい。本実施形態では、奇数象限９３及び偶数象限９４は、配向方向の基準となる基準方向と基準方向と直交する直交方向とにより定められる象限に含まれる。
【０２２０】
本実施形態では、解析部４３により、異方体５３の繊維の方向５６（配向方向）が含まれる象限が判定される。すなわち、解析部４３により、異方体５３の繊維の方向５６が、奇数象限９３及び偶数象限９４のどちらに含まれているかを判定する判定処理が実行される。
【０２２１】
図２３は、異方体５３を直交ニコル観察した場合に検出される第１の強度の一例を示す図である。例えば異方体５３を直交ニコル観察して、図２３のグラフに示すような第１の強度の変化が観察されたとする。第１の強度の変化に基づいて算出される位相成分θ0は、上記したように異方体５３の繊維の方向５６に平行な方向または直交する方向を表す。判定処理では、開放ニコル観察を用いて、この位相成分θ0により表される方向（繊維の方向５６）が含まれる象限の判定が行なわれる。
【０２２２】
図２４は、繊維の方向５６が含まれる象限の判定処理の一例について説明するための図である。図２４の上側の図は、開放ニコル観察での、第１の偏光方向２９と繊維の方向５６との関係を示す模式図である。図２４には、繊維の方向５６と上下方向７１との角度がπ／４（３／４π）である場合の、θ＝π／４の状態７９ａ（７９ｃ）と、θ＝３／４πの状態７９ｂ（７９ｄ）とが模式的に図示されている。
【０２２３】
図２４のグラフには、開放ニコル観察を用いて異方体５３を観察した場合に検出される第２の強度の変化を示す第１のデータ８５及び第２のデータ８６が示されている。第１のデータ８５は、繊維の方向５６と上下方向７１との角度がπ／４（４５°）である場合の第２の強度の変化を示している。第２のデータ８６は、繊維の方向５６と上下方向７１との角度が３／４π（１３５°）である場合の第２の強度の変化を示している。
【０２２４】
図２１を参照して説明したように、第２の強度は入射偏光角θに対してπ（１８０°）の周期で振動する周期関数である。従って図２４のグラフに示すように、第１及び第２のデータ８５及び８６は、ともに周期πで振動することになる。また第１及び第２のデータ８５及び８６が検出される異方体５３の繊維の方向５６は互いに直交する。このため、各データで表される振動の位相のずれは９０°となる。
【０２２５】
繊維の方向５６と上下方向７１との角度がπ／４である場合、すなわち繊維の方向５６が奇数象限９３に含まれる場合、第１のデータ８５は、θ＝π／４の状態７９ａでピーク値となり、θ＝３／４πの状態７９ｂでボトム値となる。また繊維の方向５６と上下方向７１との角度が３／４πである場合、すなわち繊維の方向５６が偶数象限９４に含まれる場合、第１のデータ８５は、θ＝π／４の状態７９ｃでボトム値となり、θ＝３／４πの状態７９ｄでピーク値となる。このように、開放ニコル観察では、繊維の方向５６が含まれる象限が奇数象限９３である場合と偶数象限９４である場合とで、第１の偏光方向の回転に応じた第２の強度の変化が異なってくる。
【０２２６】
例えば、回転制御部４１により、第１の偏光方向２９が所定の角度Ωで回転されたとする。この場合、所定の角度Ωの回転に応じて、第２の強度は、第１のデータ８５あるいは第２のデータ８６に沿って変化する。解析部４３は、第２の強度が第１及び第２のデータ８５及び８６のどちらに沿って変化したかを判定する。これにより繊維の方向５６が含まれる象限を判定することが可能となる。判定結果は、生体組織情報である繊維の方向に関する情報として記憶される。
【０２２７】
なお第２の強度は、所定の角度Ωの値に応じて変化する。従って所定の角度Ωを適宜設定することにより、第２の強度の増減量等を制御することが可能である。所定の角度Ωについては、後で詳しく説明する。
【０２２８】
このように本実施形態では、回転制御部４１により、第１の偏光方向が所定の角度Ω回転される。そして、解析部４３により、第１の偏光方向２９の所定の角度Ωの回転に応じた第２の強度の変化に基づいて、観察対象１に含まれる異方体５３の繊維の方向５６に関する情報が算出される。
【０２２９】
図２５は、繊維の方向５６が含まれる象限の判定処理の一例を示すフローチャートである。図２５に示すように、象限を判定する処理の実行が開始されると（図１２のステップ１０９）、撮像系３０は、開放ニコル観察を行うための構成に移行される。すなわち第２の偏光素子３１が観察対象１の反射光４の光路から除外される（図２０参照）。
【０２３０】
まず回転制御部４１により、第１の偏光方向２９の入射偏光角θが位相成分θ0の開始状態に設定され、第１の偏光方向を有する偏光３が観察対象１に出射される（ステップ２０１）。そしてイメージセンサ３２により観察対象からの反射光４による画像信号Ｐ１が生成される（ステップ２０２）。
【０２３１】
図２４のグラフに示すように、θ＝θ0の状態（開始状態）は、第２の強度がピーク値（第１のデータ８５）あるいはボトム値（第２のデータ８６）となる状態である。本実施形態では、開始状態は、第１の強度の変化に基づいて設定される所定の状態に相当する。
【０２３２】
なおθ＝θ0の状態から第１の偏光方向２９を±π／２回転させた状態では、第１のデータ８５はボトム値となり、第２のデータ８６はピーク値となる。従って、開始状態から±π／２回転させた状態は、繊維の方向５６が含まれる象限に係らず、第２の強度の変化量は最大となる。
【０２３３】
回転制御部４１により、開始状態から、第１の偏光方向が所定の角度Ω回転される。本実施形態では、所定の角度は、±９０°（±π／２）に設定される。この結果、第２の強度の変化が最大となり、第２の強度の変化を高精度に検出することが可能となる。なお図２５では、所定の角度Ωとして＋π／２が用いられる。従って第１の偏光方向２９は、入射偏光角θ＝θ0＋π／２となるように設定される。
【０２３４】
入射偏光角θ＝θ0＋π／２で、第１の偏光方向を有する偏光３が観察対象１に出射される（ステップ２０３）。イメージセンサ３２により観察対象からの反射光４による画像信号Ｐ２が生成される（ステップ２０４）。
【０２３５】
図２６は、開放ニコル観察で撮像された観察対象１の画像の一例を示す模式図である。図２６の左側には、画像信号Ｐ１により構成される観察画像７３の模式図が示されている。また右側には、画像信号Ｐ２により構成される観察画像７３の模式図が示されている。
【０２３６】
なお、開放ニコル観察で観察対象１を撮像した場合、観察対象１の表面で反射された鏡面反射の成分が検出される場合がある。図２６の右側及び左側の模式図では、鏡面反射が強い領域がグレーの領域６６により模式的に図示されている。
【０２３７】
解析部４３により、画像信号Ｐ１により構成される観察画像７３を分割するＲＯＩごとに、ＲＯＩ内の平均輝度が算出される（ステップ２０５）。この平均輝度は、ＲＯＩ内で検出された第２の強度の平均値に相当する。算出された各ＲＯＩの平均輝度の情報は、画像信号Ｐ１'として保存される。同様に、画像信号Ｐ２により構成される観察画像７３についてもＲＯＩごとの平均輝度が算出され、画像信号Ｐ２'が保存される。
【０２３８】
画像信号Ｐ１'及びＰ２'のＲＯＩごとに、平均輝度の差分を算出して差分画像信号ΔＰ（ｘ，ｙ）が算出される（ステップ２０６）。具体的には、θ＝θ0での平均輝度（画像信号Ｐ１'）から、θ＝θ0＋π／２での平均輝度（画像信号Ｐ２'）が減算される。従って差分画像信号ΔＰ（ｘ，ｙ）には、入射偏光角θがθ0及びθ0＋π／２である場合に検出された各ＲＯＩの平均輝度（第２の強度の平均値）の変化が記憶される。なお、ｘ及びｙは、各ＲＯＩの位置を表すパラメータである。
【０２３９】
差分画像信号ΔＰ（ｘ，ｙ）に基づいて、ＲＯＩごとに象限判定が実行される（ステップ２０７）。象限判定には、以下の条件式が用いられる。
ΔＰ（ｘ，ｙ）≧０
【０２４０】
あるＲＯＩについて、ΔＰ（ｘ，ｙ）が０以上であると判定されたとする（ステップ２０７のＹｅｓ）。この場合、図２４のグラフに示すように、θ＝θ0でピーク値が検出され、θ＝θ0＋π／２でボトム値が検出されたと考えられる。従って、ΔＰ（ｘ，ｙ）が０以上であると判定されたＲＯＩについて、当該ＲＯＩに含まれる異方体５３の繊維の方向５６が含まれる象限は、奇数象限９３に設定される（ステップ２０８）。
【０２４１】
一方で、ΔＰ（ｘ，ｙ）が０未満（マイナス）であると判定された場合（ステップ２０７のＹｅｓ）、ＲＯＩに含まれる異方体５３の繊維の方向５６が含まれる象限は、偶数象限９４に設定される（ステップ２０８）。
【０２４２】
図２７は、繊維の方向５６が含まれる象限の判定処理の処理結果を示す図である。図２７の左側には、画素ごとに象限判定を行なった場合の処理結果が示されている。これは、ＲＯＩのサイズを１ｐｉｘｅｌ×１ｐｉｘｅｌに設定した場合と同様の結果である。また図２７の右側には、ＲＯＩのサイズを６４ｐｉｘｅｌ×６４ｐｉｘｅｌに設定した場合の処理結果が示されている。
【０２４３】
図２７の各処理結果では、異方体５３の繊維の方向５６が奇数象限９３に含まれると判定されたＲＯＩ（画素）が明るい色を用いて表示されている。図２７に示すように、観察対象１の筋層８４に対応するＲＯＩでは、筋層８４（異方体５３）の繊維の方向５６が奇数象限９３に含まれと判定される。すなわち繊維の方向５６は、位相成分θ0（略π／４）で表される方向であると判定される。
【０２４４】
ＲＯＩごとの判定結果に基づいて、ＲＯＩに含まれる異方体５３の繊維の方向５６を表す光学軸方位が設定される（ステップ２１０）。異方体５３の光学軸方位とは、異方体５３の遅相軸５５及び進相軸５４の方向を表す角度である。本実施形態では、光学軸方位として遅相軸５５の方向、すなわち繊維の方向５６を表す角度が設定される。
【０２４５】
例えば繊維の方向５６が奇数象限９３に含まれると判定されたとする。この場合、位相成分θ0は０≦θ0＜９０の範囲の角度であるため、位相成分θ0により表される方向がそのまま繊維の方向５６となる。すなわち、繊維の方向５６と観察画像７３の上下方向７１との間の角度が、位相成分θ0により表される。また例えば、例えば繊維の方向５６が偶数象限９４に含まれると判定された場合、繊維の方向５６は位相成分θ0により表される方向と直交する方向となる。この場合、繊維の方向５６と観察画像７３の上下方向７１との間の角度が、位相成分θ0＋π／２により表される。
【０２４６】
このように解析部４３は、繊維の方向５６と観察画像７３の上下方向７１との間の角度を算出する。算出された角度は、光学軸方位として設定される。光学軸方位を設定する処理はＲＯＩごとに実行される。以下では、光学軸方位を、位相成分θ0と同じ符号を用いて、光学軸方位θ0と記載する場合がある。本実施形態では、光学軸方位θ0は、配向角度に相当する。
【０２４７】
ＲＯＩごとに設定された光学軸方位θ0は、象限判定結果θ0（ｘ，ｙ）として、図１２に示すステップ１０８以降の処理に用いられる。すなわち、解析部４３により、象限判定結果に基づいて、各ＲＯＩに含まれる繊維の方向５６等がマッピングされた画像が生成され、表示ユニット５０に表示される。
【０２４８】
以上、本実施形態に係る内視鏡装置１００では、第１の偏光方向２９を有する偏光３が観察対象１に出射される。観察対象１により反射された反射光のうち、第１の偏光方向２９と交差する第２の偏光方向３７を有する偏光成分５が抽出される。第１及び第２の偏光方向２９及び３７の交差角度が維持されるように回転され、その回転動作に応じた偏光成分５の強度の変化に基づいて、生体組織情報が算出される。これにより、観察対象１を詳細に観察することが可能となる。
【０２４９】
偏光した光を照射して生体組織を観察する方法として、生体組織に含まれる繊維組織及び非繊維組織の識別を行なう方法が考えられる。この方法では、異方体５３である繊維組織が含まれる位置や領域等を識別することが可能である。一方で、繊維組織及び非繊維組織を識別するだけでは、異方体５３の特性等を観察することは難しい場合があり得る。
【０２５０】
本実施形態では、第１及び第２の偏光方向２９及び３７を回転して、観察対象１の直交ニコル観察が行われる。解析部４３は、直交ニコル観察により検出された第１の強度の回転動作に応じた変化を解析して、観察対象１に関する生体組織情報を算出する。
【０２５１】
第１の強度の変化を解析することで、異方体５３の有無を高精度に判定することが可能となる。これにより、繊維組織５７及び非繊維組織５８の識別を高精度に行なうことが可能となる。この結果、内視鏡的粘膜剥離術（ＥＳＤ：Endoscopic Submucosal Dissection）を用いて腫瘍等の切除を行なう際に、意図しない穿孔等に伴う筋層の露出を高精度に識別するといったことが可能となる。もちろんＥＳＤに限定されず、内視鏡的粘膜切除術（ＥＭＲ:Endoscopic Mucosal Resection）等の手技に本技術が用いられてもよい。
【０２５２】
また本実施形態では、開放ニコル観察を併用することにより、異方体５３の繊維の方向５６が含まれる象限が判定される。すなわち、直交ニコル観察により算出される相対的な繊維の方向５６を、象限も含めた方向として扱うことが可能となる。これにより、繊維の方向５６やその境界等を精度良く観察することが可能となる。この結果、例えば筋肉等を構成する筋繊維の向き等を詳細に観察することが可能となる。
【０２５３】
解析部４３により算出される生体組織情報には、配向性及び異方性に関する情報が含まれる。従って、例えば異方体５３の配向性あるいは異方性等をマッピングするといったことが可能となる。この結果、筋肉内部での筋繊維の劣化、肥大型心筋症における心筋細胞の配向異常、あるいは冠動脈の狭窄部等による心筋の壊死部分を可視化することが可能となる。このように、異方体５３で構成される組織（繊維組織５７）内での劣化や病変等を詳細に観察することが可能となる。
【０２５４】
＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の観察装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した内視鏡装置１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【０２５５】
上記の実施形態では、観察対象１に対して開放ニコル観察が実行され、異方体５３の繊維の方向５６が含まれる象限が判定された。本実施形態では、開放ニコル観察の観察結果に基づいて、異方体５３の繊維の方向５６を算出する処理が実行される。
【０２５６】
開放ニコル観察により異方体５３を観察した場合、検出される反射光４の強度（第２の強度）はπの周期で振動する（図２４のグラフ参照）。このπ周期の振動で表される反射光４の強度の変化を解析することにより、異方体５３の繊維の方向５６が算出される。
【０２５７】
例えば図２４に示す第１のデータ８５では、第１のデータ８５がピーク値となる入射偏光角θ（π／４）が、異方体５３の繊維の方向５６を表す角度（光学軸方位θ0）に相当する。また第２のデータ８６では、第２のデータ８６がピーク値となる入射偏光角θ（３／４π）が、光学軸方位θ0に相当する。
【０２５８】
従って、第２の強度がピーク値となる入射偏光角θを算出することで、異方体５３の光学軸方位θ0、すなわち異方体５３の繊維の方向５６を算出することが可能である。このように、開放ニコル観察では、異方体５３の繊維の方向５６を直接算出することが可能である。
【０２５９】
異方体５３の繊維の方向５６を算出する処理としては、例えば第２強度の変化を表す周期関数（ｓｉｎ2（θ）等）を用いたフィッティング処理等が実行される。これにより、異方体５３の光学軸方位θ0（ピーク値となる入射偏光角θ）を高精度に算出することが可能である。この他、繊維の方向５６を算出する処理は限定されず、任意の方法が用いられてよい。
【０２６０】
なお、開放ニコル観察を行うことが可能な構成、すなわちπの周期で振動する反射光４の強度を検出可能な構成は、図２０に示す構成に限定されるわけではなく、他の構成が用いられてもよい。
【０２６１】
図２８は、開放ニコル観察を行うための別の構成例を示す模式図である。図２８に示す構成は、図２及び図４等で説明した直交ニコル観察のための構成から、第１の偏光素子２２（第１の偏光軸２７を有する偏光板２８）を取り外した構成となっている。
【０２６２】
図２８に示すように、光源２１からは、特定の偏光方向を持たない無偏光である照明光２が観察対象１に出射される。本実施形態では、照明系２０から第１の偏光素子２２を取り外すことで、無偏光を生体組織に出射する第４の偏光部が実現される。なお第２の偏光素子３１は、直交ニコル観察のときと同様に使用される。
【０２６３】
照明系２０から出射された照明光２は、観察対象１により反射される。この反射光４は第２の偏光素子３１に入射する。第２の偏光素子３１は、反射された照明光２のうち第２の偏光方向を有する偏光成分５を抽出する。第２の偏光方向を有する偏光成分５は、イメージセンサ３２に入射する。イメージセンサ３２は入射した偏光成分５に基づいて画像信号を生成し、当該画像信号を強度検出部４２に出力する。
【０２６４】
このように、イメージセンサ３２及び強度検出部４２は、観察対象１により反射された無偏光のうち、第２の偏光素子３１により抽出された第２の偏光方向を有する偏光成分５の強度である第３の強度を検出する。すなわち第３の強度は、第２の偏光素子３１を用いた開放ニコル観察により検出される反射光４の強度であるとも言える。なお、第２の偏光素子３１を用いた開放ニコル観察は、第４の偏光部が構成された状態で行われる観察に相当する。なお第４の偏光部を実現する方法は限定されず、任意の方法が用いられてよい。
【０２６５】
第２の偏光方向３７を回転して異方体５３を観察した場合、検出される反射光４の強度（第３の強度）は、例えば図２４のグラフに示す第２の強度（第１のデータ８５あるいは第２のデータ８６）と同様に変化する。すなわち、第３の強度は、第２の偏光方向３７の回転に対してπの周期で振動する。
【０２６６】
例えば第２の偏光方向３７が、所定の角度Ω'で回転されたとする。この場合、所定の角度Ω'の回転に応じて検出される第３の強度の変化に基づいて、異方体５３の繊維の方向が含まれる象限を判定することが可能である。また例えば、第３の強度の変化を表すデータが生成される場合には、生成されたデータに対してフィッティング処理等を実行することにより、異方体５３の繊維の方向５６を表す角度（光学軸方位θ0）等を算出することが可能である。
【０２６７】
このように、図２８に示す構成を用いて行われる開放ニコル観察では、回転制御部４１により、第２の偏光方向が所定の角度Ω'回転される。そして解析部４３により、第２の偏光方向の所定の角度Ω'の回転に応じた第３の強度の変化に基づいて、観察対象１に含まれる異方体５３の繊維の方向５６に関する情報が算出される。なお、所定の角度Ω'を設定する方法等は限定されず、例えば所望の精度で繊維の方向５６に関する情報が算出可能なように適宜設定されてよい。
【０２６８】
なお図２８では、観察対象１の内部５２で異方体５３により反射された反射光４が模式的に図示されている。実際の観察では、観察対象１により反射される反射光４には、観察対象１での鏡面反射の成分や、非繊維組織５８で反射された成分等が含まれる。従って第３の強度には、異方体５３や非繊維組織５８による反射光４の強度と、鏡面反射の強度とが含まれる。
【０２６９】
このように、第１の偏光素子２２を取り外した構成を用いた場合にも、πの周期で振動する第３の強度を検出することが可能である。すなわち直交ニコル観察を行う構成から、撮像系３０の偏光素子（第２の偏光素子３１）を取り外した構成（図２０の構成）、及び照明系２０の偏光素子（第１の偏光素子２２）を取り外した構成（図２８の構成）のどちらの構成を用いた場合でも、開放ニコル観察を行うことが可能である。
【０２７０】
以下では、第２の偏光素子３１を取り外した構成、すなわち照明系２０の第１の偏光素子２２を用いた構成で行われる開放ニコル観察を、照明側の開放ニコル観察と記載する。また第２の偏光素子３１を取り外した構成、すなわち撮像系３０の第２の偏光素子３１を用いた構成で行われる開放ニコル観察を、撮像側の開放ニコル観察と記載する。
【０２７１】
図２９は、開放ニコル観察を用いた繊維の方向５６の検出結果が示されている。図２９Ａには、照明側の開放ニコル観察（図２０の構成）により算出された繊維の方向５６が示されている。図２９Ｂには、撮像側の開放ニコル観察（図２８の構成）により算出された繊維の方向５６が示されている。
【０２７２】
図２９Ａ及び図２９Ｂに示すように、異方体５３である筋層８４の各位置（各ＲＯＩ７４）では、上下方向７１に対して略π／４傾いた繊維の方向５６が算出されている。従って、照明側及び撮像側のどちらの開放ニコル観察を用いた場合であっても、筋繊維の方向が適正に観察されていると言える。
【０２７３】
図３０は、直交ニコル観察と開放ニコル観察との検出結果を用いた繊維の方向５６の算出処理の一例を示す図である。図３０の左の図は、直交ニコル観察を用いて算出された繊維の方向５６に関する情報の一例を示す図であり、図１７と同様に各ＲＯＩの輝度値がピーク値となる入射偏光角θ＝θmaxをマッピングした結果が示されている。また図３０の右の図には、直交ニコル観察と開放ニコル観察とを用いて算出された繊維の方向５６が示されている。
【０２７４】
本実施形態では、図３０に示すように、直交ニコル観察を用いて算出された繊維の方向５６に関する情報と、開放ニコル観察を用いて算出された繊維の方向５６（角度解析結果）とを用いて、異方体５３の繊維の方向５６を算出する処理が実行される。直交ニコル観察及び開放ニコル観察を用いて繊維の方向５６を算出する処理は、限定されず、各観察で算出された情報を用いた任意の処理が実行されてよい。
【０２７５】
なお、角度解析結果としては、照明側の開放ニコル観察での結果（図２９Ａ）が用いられてもよいし、撮像側の開放ニコル観察での結果（図２９Ｂ）が用いられてもよい。
【０２７６】
直交ニコル観察では、鏡面反射等の影響が小さく異方体５３を精度良く観察可能である。一方で、開放ニコル観察では、異方体５３の光学軸方位θ0を直接算出することが可能である。従って、直交ニコル観察で算出された繊維の方向の情報に加え、開放ニコル観察で算出された光学軸方位θ0を用いることで、異方体５３の繊維の方向を十分高精度に算出することが可能となる。この結果、生体組織の繊維の方向等を詳細に観察することが可能となる。
【０２７７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、開放ニコル観察で検出される反射光４の強度についての閾値処理が実行され、閾値処理の結果に基づいて異方体５３の繊維の方向５６が算出される。この閾値処理は、照明側及び撮像側の開放ニコル観察の両方に対して適用可能である。
【０２７８】
図３１は、照明側の開放ニコル観察での反射について説明するための図である。図３１Ａの右側の図は、照明側の開放ニコル観察での異方体５３による反射の一例を示す模式図である。図３１Ａのグラフは、異方体５３からの反射光４の成分が他の反射光の成分よりも大きい場合の第２の強度のグラフである。
【０２７９】
開放ニコル観察では、異方体５３の繊維の方向５６と同じ向きの偏光３が最も強く反射される。図３１Ａに示す例では、異方体５３の進相軸５４の方向が撮像範囲７０の上下方向７１に設定され、遅相軸５５の方向（繊維の方向５６）が左右方向７２に設定されている。このような配置では、第２の強度は、ｓｉｎ2（θ）に比例して変化する。従って、図３１Ａのグラフに示すように、異方体５３を開放ニコル観察した場合に検出される第２の強度は、入射偏光角θ＝９０°で最大となる。
【０２８０】
図３１Ｂの右側の図は、照明側の開放ニコル観察での鏡面反射の一例を示す模式図である。図３１Ｂのグラフは、観察対象１の表面での鏡面反射の成分が他の反射光の成分よりも大きい場合の第２の強度のグラフである。一般に、鏡面反射では、入射面に垂直なＳ偏光成分が強く反射される。ここで入射面とは異方体５３に入射する偏光３の光路９５と、反射光４の光路９６とが含まれる面であり、図３１に示す例では撮像範囲７０の上下方向７１と平行な方向である。なお図３１Ｂの右側の図では、入射面に垂直な方向が丸印を使って模式的に表されている。
【０２８１】
鏡面反射の成分が支配的な場合、図３１Ｂのグラフに示すように、第１の偏光方向２９が入射面に垂直な状態（θ＝０°または１８０°）で第２の強度が最大となる。また第２の強度は、第１の偏光方向２９が入射面に平行な状態（θ＝９０°）で最小となる。このとき、第２の強度はｃｏｓ2（θ）に比例することになる。
【０２８２】
このように照明側の開放ニコル観察では、鏡面反射の成分が大きい場合、第２の強度が入射偏光角θに対してπ（１８０°）の周期で変化することがあり得る。従って、鏡面反射の成分が大きい状態では、異方体５３の繊維の方向５６を適正に算出することが難しくなる場合があり得る。
【０２８３】
なお、図３１で説明した内容は、撮像側の開放ニコル観察を実行して第３の強度が検出される場合にも当てはまる。以下では、照明側及び撮像側の開放ニコル観察で算出される第２及び第３の強度を、開放ニコル観察の検出強度と記載する。
【０２８４】
図３２は、開放ニコル観察の検出強度についての閾値処理の一例を示す図である。図３２の左側の図は、開放ニコル観察の検出強度のマッピング結果を示す図である。明るい色で表示される領域は、検出強度が大きい領域である。
【０２８５】
一般に、観察対象１の表面で反射された反射光４（鏡面反射の成分）の輝度は、観察対象１の内部等で反射された反射光４の輝度よりも大きくなる。従って、図３２の右側の図で明るく表示されている領域は、鏡面反射が検出されている可能性の高い領域と考えられる。
【０２８６】
本実施形態では、開放ニコル観察で検出される輝度（検出強度）に関する第１の閾値が設定される。そして開放ニコル観察の検出強度が第１の閾値以下であるか否かが判定される。これにより鏡面反射の成分が大きい領域とそれ以外の領域とを識別することが可能となる。
【０２８７】
第１の閾値は、例えば観察対象１での輝度分布の平均値Ｉmean（各画素の輝度値の平均値）に、輝度分布の分散σを加えた値（Ｉmean＋σ）に設定される。すなわち輝度値Ｉが、Ｉ≧Ｉmean＋σとなる場合、鏡面反射の成分が大きい領域であると判定される。この判定は、各画素について実行される。
【０２８８】
このように観察対象１での輝度分布を基準に閾値を設定することで、例えば撮像条件等が変更された場合であっても、鏡面反射が強い領域を精度良く検出することが可能となる。なお、第１の閾値を設定する方法等は限定されず、例えば鏡面反射の成分が大きい領域を適正に識別可能となるように、第１の閾値が適宜設定されてよい。
【０２８９】
図３２の右側の図は、鏡面反射の成分が強い領域を除外した場合の繊維の方向５６を示すマップである。鏡面反射が強い画素が判定されると、その判定結果に基づいて、ＲＯＩ７４ごとに、鏡面反射が強い画素が含まれる割合が算出される。例えば、鏡面反射が強い画素が含まれる割合が所定の割合よりも高いＲＯＩ７４は、鏡面反射が強い領域に設定されたＲＯＩ７４として除外される。所定の割合は、例えば鏡面反射の成分が支配的なＲＯＩを適正に除外することが可能となるように適宜設定される。
【０２９０】
図３２の右側の図に示すように、鏡面反射の成分が強い領域（例えば図中の左下の領域）については、繊維の方向５６を表すＲＯＩが表示されない。これにより、鏡面反射が十分に強い領域が除外され、異方体５３からの反射光４が強い領域等を抽出して観察することが可能となる。
【０２９１】
図３３は、第１の閾値を用いた閾値処理の結果を示す図である。図３３の左側の図には、閾値処理を実行する前の各ＲＯＩ７４の繊維の方向５６が示されている。また図３３の右側の図には、閾値処理を実行した後の各ＲＯＩ７４の繊維の方向５６が示されている。なお図３３の左側及び右側の図は、図３２の右側に示す検出強度に基づいて算出された結果である。
【０２９２】
図３３の左側の図に示すように、鏡面反射が強い領域（例えば図中の左下の領域）では、上下方向７１に略平行な方向が算出される。このように鏡面反射が強い領域では、異方体５３の繊維の方向５６とは異なる方向が算出され、誤検出が生じる可能性がある。
【０２９３】
開放ニコル観察の検出強度に対して、第１の閾値を用いた閾値処理を実行することにより、誤検出が生じるＲＯＩ７４が除外される。これにより異方体５３の繊維の方向を適正に検出することが可能となり、精度の高い観察を実現することが可能となる。
【０２９４】
第１の閾値を用いた閾値処理が実行されるタイミングは限定されない。例えば、図３３に示すように、各ＲＯＩ７４について異方体５３の繊維の方向５６を算出する処理が実行されてから、第１の閾値を用いた閾値処理が実行されてもよい。また例えば、閾値処理により鏡面反射の成分が強いＲＯＩ７４を除外した後に、異方体５３の繊維の方向５６が算出されてもよい。これにより、計算量を抑制することが可能となり、処理時間を短縮することが可能となる。
【０２９５】
なお、開放ニコル観察では、例えば図３３の右側の図の点線で囲まれた領域９７のように、検出強度が第１の閾値よりも小さく、かつ鏡面反射の成分が支配的な領域が観察される場合があり得る。このような領域では、例えば非繊維組織等での鏡面反射が生じている可能性が考えられる。
【０２９６】
図３４は、開放ニコル観察の検出強度についての他の閾値処理の結果を示す図である。本実施形態では、開放ニコル観察の検出強度の振幅に関する第２の閾値が設定され、第２の閾値を用いた閾値処理が実行される。第２の閾値は、非繊維組織等での鏡面反射と、異方体５３での反射とを識別可能なように適宜設定される。
【０２９７】
図３４に示すように、第２の閾値を用いた識別処理を実行することで、非繊維組織等での鏡面反射が生じている領域９７に設定されたＲＯＩ７４が除外される。この結果、異方体５３での繊維の方向５６が適正に算出されているＲＯＩ７４を抽出することが可能となる。
【０２９８】
図３５は、比較例として挙げる開放ニコル観察を用いた繊維の方向５６の観察結果の一例を示す図である。図３５の左側の図は、開放ニコル観察を用いて撮像された観察画像７３の一例を示す模式図であり、鏡面反射が強い領域６６がグレーの領域により模式的に図示されている。開放ニコル観察の検出強度をそのまま使用して異方体５３の繊維の方向５６を算出した場合、図３５の右側の図に示すように、鏡面反射が強い領域６６では、誤った角度が繊維の方向５６として算出される可能性が生じる。
【０２９９】
これに対して、本実施形態では、開放ニコル観察の検出強度に関する閾値処理を実行することにより、繊維の方向５６の誤検出が十分に抑制される。すなわち、図３３の右側の図や図３４等に示すように、誤検出の可能性が高いＲＯＩ７４を除外して、適正な検出結果が表示することが可能となる。この結果、開放ニコル観察を用いた信頼性の高い観察を実現することが可能となる。
【０３００】
なお、本実施形態に係る閾値処理を用いた開放ニコル観察は、単独で実行されてもよい。すなわち、直交ニコル観察を行わずに、閾値処理を用いた開放ニコル観察が実行され、その観察結果が強調画像等として表示されてもよい。これにより、観察時間を短縮することが可能となり、装置の使い勝手が向上する。もちろん、閾値処理を用いた開放ニコル観察が、図３０で説明したように、直交ニコル観察と合わせて実行されてもよい。
【０３０１】
＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０３０２】
図３６は、本技術の他の実施形態に係る撮像装置である内視鏡装置２００の構成例を模式的に示す図である。内視鏡装置２００は、挿入ユニット２１０、照明系２２０、撮像系２３０、コントローラ２４０、及び表示ユニット２５０を有する。内視鏡装置２００は、腹腔鏡手術や耳鼻咽喉科領域での観察等で用いられる硬性内視鏡として構成される。なお、図３６に示すコントローラ２４０及び表示ユニット２５０は、図１に示すコントローラ４０及び表示ユニット５０と同様に構成される。
【０３０３】
挿入ユニット２１０は、硬性部２１１と、先端部２１２と、操作部２１３とを有する。硬性部２１１は、細い管状の構造を有し、ステンレス等の硬い材質で構成される。硬性部２１１の材質やサイズ等は限定されず、手術や観察等の用途に応じて適宜設定されてよい。
【０３０４】
先端部２１２は、硬性部２１１の一方の端に設けられる。先端部２１２は、患者の腹部にあけられた孔等から観察対象１の近くまで挿入される。先端部２１２には、図示しない照明用開口部と撮像用開口部とが設けられる。この他、先端部２１２には、水や空気等の出口となるノズルや、鉗子等が出し入れされる処置具出口等が適宜設けられてよい。
【０３０５】
操作部２１３は、先端部２１２とは反対側の硬性部２１１の端に設けられる。操作部２１３は、スコープホルダー２１４及び光ポート２１５を有する。光ポート２１５として、例えば鉗子等の処置具を出し入れする鉗子ポート等が用いられてもよい。この他、操作部２１３には、挿入ユニット２１０の操作等に必要なレバーやスイッチ等が適宜設けられてよい。
【０３０６】
照明系２２０は、光源２２１、第１の偏光素子２２２、偏光保持ファイバ２２３、及び照明レンズ２２４を有する。光源２２１及び第１の偏光素子２２２は、図１に示す光源２１及び第１の偏光素子２２と同様の構成を有する。偏光保持ファイバ２２３は、第１の偏光素子２２２から光ポート２１５に導入され、硬性部２１１の内部を通って先端部２１２まで配置される。照明レンズ２２４は、先端部２１２の照明用開口部に設けられる。
【０３０７】
照明系２２０では、光源２２１から出射された照明光２が、第１の偏光素子２２２により第１の偏光方向に偏光され、偏光保持ファイバ２２３及び照明レンズ２２４を介して観察対象１に向けて出射される。
【０３０８】
撮像系２３０は、リレー光学系２３６、第２の偏光素子２３１、及びイメージセンサ２３２を有する。リレー光学系２３６は、撮像用開口部からスコープホルダー２１４までを繋ぐ光学系であり、挿入ユニット２１０の内部に設けられる。リレー光学系２３６は、反射光４の偏光方向を保持可能なように適宜構成される。図８に示すように、観察対象１で反射された反射光４は、挿入ユニット２１０の内部に配置されたリレー光学系２３６を通って出射される。
【０３０９】
第２の偏光素子２３１は、スコープホルダー２１４の外側に配置される。第２の偏光素子２３１として、液晶可変波長板２３３と偏光板２３４とを備えた液晶偏光子が用いられる。図８に示すように、第２の偏光素子２３１は、液晶可変波長板２３３をスコープホルダー２１４に向けて配置される。
【０３１０】
液晶可変波長板２３３には、リレー光学系２３６を通って出射された観察対象１からの反射光４が入射する。第２の偏光素子２３１は、反射光４のうち第２の偏光方向を有する偏光成分５を抽出して偏光板２３４から出射する。
【０３１１】
イメージセンサ２３２は、第２の偏光素子２３１を挟んでスコープホルダー２１４の反対側に配置される。従って、イメージセンサ２３２には、第２の偏光素子２３１により抽出された第２の偏光方向を有する偏光成分５が入射する。
【０３１２】
内視鏡装置２００では、第１の実施形態と同様に、第１及び第２の偏光素子２２２及び２３１が制御され、直交ニコル観察（略直交ニコル観察）が行われる。また第１の偏光素子２２２あるいは第２の偏光素子２３１のどちらか一方を外した状態で、開放ニコル観察が実行され、異方体の繊維の方向が含まれる象限を判定する処理が実行される。そして、観察対象１に含まれる異方体の繊維の方向、配向性、及び異方性等を表す強調画像が表示ユニット２５０に表示される。
【０３１３】
このように、硬性内視鏡として構成された内視鏡装置２００であっても、略直交ニコル観察が可能となり、生体組織を高精度に観察することが可能となる。これにより、軟性内視鏡を用いた消化器内科領域の観察のみならず、腹腔鏡手術や、耳鼻咽喉科領域での観察等においても、生体組織を詳細に観察することが可能となる。
【０３１４】
上記では、観察装置として内視鏡装置１００及び２００が構成された。これに限定されず観察装置は他の構成をとることも可能である。例えば、観察装置として手術用の顕微鏡が構成されてもよい。すなわち、第１の偏光素子及び第２の偏光素子等を備えた手術顕微鏡が適宜構成されてもよい。例えば、図１２及び図２５に示す処理にそって、第１及び第２の偏光方向の回転を制御することで、光学異方性を有する生体組織（異方体）を詳細に観察することが可能となる。これにより、例えば異方体を拡大して観察することが可能となる。
【０３１５】
また医師等により操作されるコンピュータと、ネットワーク等を介して通信可能な他のコンピュータとが連動することで、本技術に係る観察方法、及びプログラムが実行され、本技術に係る観察装置が構築されてもよい。
【０３１６】
すなわち本技術に係る観察方法、及びプログラムは、単体のコンピュータにより構成されたコンピュータシステムのみならず、複数のコンピュータが連動して動作するコンピュータシステムにおいても実行可能である。なお本開示において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれもシステムである。
【０３１７】
コンピュータシステムによる本技術に係る観察方法、及びプログラムの実行は、例えば第１及び第２の偏光方向の回転の制御、生体組織情報の算出等が、単体のコンピュータにより実行される場合、及び各処理が異なるコンピュータにより実行される場合の両方を含む。また所定のコンピュータによる各処理の実行は、当該処理の一部または全部を他のコンピュータに実行させその結果を取得することを含む。
【０３１８】
すなわち本技術に係る観察方法、及びプログラムは、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成にも適用することが可能である。
【０３１９】
また医療・生物分野のみならず、他の種々の分野における観察装置や観察システム等に、本技術を適用することも可能である。
【０３２０】
以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【０３２１】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射する第１の偏光部と、
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出する第２の偏光部と、
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させる回転制御部と、
前記回転制御部による回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出する算出部と
を具備する観察装置。
（２）（１）に記載の観察装置であって、さらに、
前記回転動作に応じて、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度である第１の強度を検出する検出部を具備し、
前記算出部は、前記検出部により検出された前記第１の強度に基づいて、前記回転動作に応じた前記第１の強度の変化に関する第１の強度データを算出する
観察装置。
（３）（２）に記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記第１の強度データに対して所定の関数を用いたフィッティング処理を実行し、前記フィッティング処理の処理結果に基づいて前記生体組織情報を算出する
観察装置。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の観察装置であって、
前記生体組織情報は、前記生体組織に光学異方体が含まれるか否かを識別する識別情報を含む
観察装置。
（５）（４）に記載の観察装置であって、
前記生体組織情報は、前記光学異方体の配向方向に関する第１の情報と、前記光学異方体の配向性及び異方性に関する第２の情報との少なくとも一方を含む
観察装置。
（６）（５）に記載の観察装置であって、
前記算出部は、所定の周期関数を用いたフィッティング処理を実行し、前記フィッティング処理の処理結果として得られる前記所定の周期関数の位相情報に基づいて前記第１の情報を算出し、前記周期関数の振幅情報に基づいて前記第２の情報を算出する
観察装置。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の観察装置であって、
前記検出部は、前記回転動作に応じて、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分に基づいて前記生体組織の画像信号を生成し、前記生成された画像信号に基づいて前記第１の強度を検出する
観察装置。
（８）（７）に記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記画像信号により構成される画像を分割する複数の対象領域を設定し、前記複数の対象領域の各々について前記生体組織情報を算出する
観察装置。
（９）（２）から（８）のうちいずれか１つに記載の観察装置であって、さらに、
前記生体組織により反射された前記反射光を、前記反射光の偏光状態を維持して抽出する第３の偏光部を具備し、
前記検出部は、前記第３の偏光部により抽出された前記反射光の強度である第２の強度を検出する
観察装置。
（１０）（９）に記載の観察装置であって、
前記回転制御部は、前記第１の偏光方向を所定の角度回転し、
前記算出部は、前記第１の偏光方向の前記所定の角度の回転に応じた前記第２の強度の変化に基づいて、前記生体組織に含まれる光学異方体の配向方向に関する情報を算出する
観察装置。
（１１）（１０）に記載の観察装置であって、
前記回転制御部は、前記第１の強度の変化に基づいて設定される所定の状態から、前記第１の偏光方向を前記所定の角度回転する
観察装置。
（１２）（１０）又は（１１）に記載の観察装置であって、
前記所定の角度は、±９０°である
観察装置。
（１３）（１０）から（１２）のうちいずれか１つに記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記配向方向の基準となる基準方向と前記基準方向と直交する直交方向とにより定められる象限のうち、前記配向方向が含まれる前記象限を判定する
観察装置。
（１４）（１３）に記載の観察装置であって、
前記算出部は、前記配向方向と前記基準方向との間の配向角度を算出する
観察装置。
（１５）（２）から（８）のうちいずれか１つに記載の観察装置であって、さらに、
無偏光を前記生体組織に出射する第４の偏光部を具備し、
前記検出部は、前記生体組織により反射された前記無偏光のうち、前記第２の偏光部により抽出された前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度である第３の強度を検出する
観察装置。
（１６）（１５）に記載の観察装置であって、
前記回転制御部は、前記第２の偏光方向を所定の角度回転し、
前記算出部は、前記第２の偏光方向の前記所定の角度の回転に応じた前記第３の強度の変化に基づいて、前記生体組織に含まれる光学異方体の配向方向に関する情報を算出する
観察装置。
（１７）（１）から（１６）のうちいずれか１つに記載の観察装置であって、
前記交差角度は、９０°±２°の範囲の角度である
観察装置。
（１８）（１）から（１７）のうちいずれか１つに記載の観察装置であって、
内視鏡又は顕微鏡として構成される
観察装置。
（１９）第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射し、
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出し、
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させ、
前記第１及び前記第２の偏光方向の回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出する
ことをコンピュータシステムが実行する観察方法。
（２０）第１の偏光方向を有する偏光を生体組織に出射するステップと、
前記生体組織により反射された前記偏光である反射光のうち、前記第１の偏光方向と交差する第２の偏光方向を有する偏光成分を抽出するステップと、
前記第１及び前記第２の偏光方向の交差角度が維持されるように、前記第１及び前記第２の偏光方向の各々を回転させるステップと、
前記第１及び前記第２の偏光方向の回転動作に応じた前記第２の偏光方向を有する偏光成分の強度の変化に基づいて、前記生体組織に関する生体組織情報を算出するステップと
をコンピュータシステムに実行させるプログラム。
【符号の説明】
【０３２２】
Φ…交差角度
ω…回転角度
Ω、Ω'…所定の角度
１…観察対象
３…偏光
４、４ａ〜４ｃ…反射光
５、５ａ、５ｂ…偏光成分
２０、２２０…照明系
２１、２２１…光源
２２、２２２…第１の偏光素子
３１、２３１…第２の偏光素子
３２、２３２…イメージセンサ
４０、２４０…コントローラ
２９…第１の偏光方向
３７…第２の偏光方向
４１…回転制御部
４２…強度検出部
４３…解析部
５３…異方体
５６…繊維の方向
７４…ＲＯＩ
９３…奇数象限
９４…偶数象限
１００、２００…内視鏡装置
【図１】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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