(57)【要約】      （修正有）【課題】複屈折性を有していない生体組織であっても、生体組織の情報をより正確に非侵襲で画像化することが可能な、手術用生体組織撮像装置及び生体組織の撮像方法を提供する。【解決手段】生体組織に対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して前記偏光の状態が相違するように複数の照射条件で照射可能な照明装置と、前記複数の照射条件で照射された前記偏光の前記生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する撮像装置と、前記生体組織における同一の撮像部位からそれぞれ得られた前記偏光撮像画像を用いて、前記撮像部位における前記生体組織の内部構造を反映した構造情報画像を生成する構造情報画像生成部と、を備え、前記構造情報画像生成部は、得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成し、生成した差分画像を前記構造情報画像とする。【選択図】図５
2019033838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して前記偏光の状態が相違するように複数の照射条件で照射可能な照明装置と、
前記複数の照射条件で照射された前記偏光の前記生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する撮像装置と、
前記生体組織における同一の撮像部位からそれぞれ得られた前記偏光撮像画像を用いて、前記撮像部位における前記生体組織の内部構造を反映した構造情報画像を生成する構造情報画像生成部と、
を備え、
前記構造情報画像生成部は、得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成し、生成した差分画像を前記構造情報画像とする、手術用生体組織撮像装置。
【請求項２】
前記照明装置は、前記撮像部位に対して前記偏光を照射する際に、前記照明装置の光軸と前記撮像装置の光軸とのなす角、及び、前記偏光状態の少なくとも何れかを互いに相違させることで、非偏光状態も含む前記複数の照射条件を設定する、請求項１に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項３】
前記照明装置には、照射される前記偏光の偏光角を制御する偏光子が設けられており、
前記手術用生体組織撮像装置は、
前記照明装置から照射される前記偏光の照射条件を少なくとも制御する照明制御部と、
前記偏光子の状態を変化させる偏光子制御機構と、
を更に備え、
前記照明制御部は、前記偏光子制御機構により、前記照明装置の光軸を回転軸として前記偏光子を所定の角度回転させることで、前記偏光状態を変化させる、請求項２に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項４】
前記手術用生体組織撮像装置は、
前記照明装置から照射される前記偏光の照射条件を少なくとも制御する照明制御部と、
前記照明装置及び前記撮像装置の相対的な位置関係を変化させる位置関係制御機構と、
を更に備え、
前記照明制御部は、前記位置関係制御機構により前記照明装置及び前記撮像装置の少なくとも何れか一方の設置位置を変化させることで、前記偏光状態を変化させる、請求項２に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項５】
前記照明装置は、円弧状のアームにより保持されており、
前記照明制御部は、前記位置関係制御機構により前記照明装置を前記アームに沿って移動させることで、前記偏光状態を変化させる、請求項４に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項６】
前記手術用生体組織撮像装置は、
前記撮像装置により生成された前記偏光撮像画像を用いて前記生体組織の種別を認識する生体組織認識部と、
生体組織の種別に応じた前記複数の照射条件に関する設定情報を記憶する記憶部と、
前記照明装置から照射される前記偏光の照射条件を少なくとも制御する照明制御部と、
を更に備え、
前記照明制御部は、前記生体組織認識部による前記生体組織の種別の認識結果に基づき、前記記憶部から、前記認識結果に適合する前記複数の照射条件に関する設定情報を取得し、取得した前記設定情報を用いて前記偏光状態を変化させる、請求項２に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項７】
前記照明装置は、波長の異なる光を出射可能な１又は複数の光源で構成されており、
前記照明装置は、前記撮像部位に対して前記偏光を照射する際に、前記偏光の波長を互いに相違させることで、前記複数の照射条件を設定する、請求項１に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項８】
前記構造情報画像生成部は、
複数の前記偏光撮像画像又は複数の前記差分画像の少なくとも一部を用いて、画像強度を成分とする行列を生成した後、生成した前記行列の固有ベクトルを複数算出し、
算出した複数の前記固有ベクトルを用いて、前記撮像部位の所定の位置について、前記複数の固有ベクトルの混合比率を算出し、
算出した前記混合比率に基づき、前記撮像部位のうち互いに類似する部位を識別する、請求項１に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項９】
前記手術用生体組織撮像装置は、生成された前記構造情報画像の表示画面への出力を少なくとも制御する表示制御部を更に備え、
前記表示制御部は、生成された前記構造情報画像について、前記混合比率が類似する部位を強調するように前記表示画面へ表示させる、請求項８に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像装置は、撮像素子が実装された手術用顕微鏡である、請求項１に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像装置は、撮像素子が実装された手術用内視鏡である、請求項１に記載の手術用生体組織撮像装置。
【請求項１２】
生体組織に対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して前記偏光の状態が相違するように複数の照射条件で照射可能な照明装置により、前記生体組織における同一の撮像部位を、前記複数の照射条件でそれぞれ別個に照明することと、
前記複数の照射条件で照射された前記偏光の前記生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する撮像装置により、同一の撮像部位について、複数の照射条件下で照射された前記偏光の反射光を互いに区別して撮像して、複数の前記偏光撮像画像を生成することと、
前記同一の撮像部位から得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成し、生成した差分画像を、前記撮像部位における前記生体組織の内部構造を反映した構造情報画像とすることと、
を含む、生体組織の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、手術用生体組織撮像装置及び生体組織の撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野においては、各種の術中イメージングが行われるようになり、かかる術中イメージングは、手術の安全性に寄与している。また、手術用顕微鏡を用いて、光学的な形態イメージングだけでなく、蛍光色素を投与して病変部や生体組織の特徴を識別する等といった、種々の手法が実用化されている。ここで、蛍光色素等の薬剤は、生体組織の特徴を識別する上では有効であるが、薬剤による副作用の可能性などのように、生体への侵襲性を考慮することが重要である。
【０００３】
そこで、蛍光色素等の薬剤を用いずに、生体組織の特徴の視認性を高める方法について、各種の検討が行われており、例えば、試料の光吸収の差を利用した単色光による照明や、特定の波長の光強度を増加させた照明等を用いる方法が、実用化されている。
【０００４】
また、生体組織における光の散乱に着目して、生体組織の特徴を画像化する技術が、各種提案されている。例えば、以下の特許文献１では、偏光を生体組織に対して照射し、コラーゲン等の散乱による偏光度の解消によって、組織学的な構造情報を画像化する技術が提案されている。また、以下の特許文献２では、無偏光の照明光と生体組織の光学モデルとを用い、生体組織の散乱イメージング処理により生体組織の散乱特徴を画像化する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０８０６５８号
【特許文献２】特開２００４−２０２２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術を用いて撮像素子と同軸で照明を行い、反射光により生体組織の構造情報を得ようとする際に、生体組織が複屈折性を有していない場合には、無偏光の照明を用いた場合と大差のない画像が得られてしまう。これは、複屈折性を有していない生体組織は、照射する偏光の向きによらずに、同じ反射率を示すためである。そのため、上記特許文献１に開示されている技術を用いたとしても、複屈折性を有していない生体組織の構造情報を画像化することはできない。また、照明光の偏光の向きと、撮像素子に入射する反射光の偏光の向きとが、クロスニコルとなるように偏光子を配置することも考えられるが、かかる場合であっても、生体組織の表面からの正反射成分に起因する画像のぎらつきが除去されるだけであり、生体組織の構造情報を画像化することはできない。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示されている技術では、生体組織の散乱特徴を画像化する際に、生体組織の光学モデルを用いて各種の演算が行われるため、得られる画像の精度は、用いる光学モデルの精度に依存してしまう。その結果、十分な精度の光学モデルが構築されていない生体組織の散乱特徴を画像化した場合には、得られた画像に誤差が重畳してしまう。
【０００８】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、複屈折性を有していない生体組織であっても、生体組織の情報をより正確に非侵襲で画像化することが可能な、手術用生体組織撮像装置及び生体組織の撮像方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示によれば、生体組織に対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して前記偏光の状態が相違するように複数の照射条件で照射可能な照明装置と、前記複数の照射条件で照射された前記偏光の前記生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する撮像装置と、前記生体組織における同一の撮像部位からそれぞれ得られた前記偏光撮像画像を用いて、前記撮像部位における前記生体組織の内部構造を反映した構造情報画像を生成する構造情報画像生成部と、を備え、前記構造情報画像生成部は、得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成し、生成した差分画像を前記構造情報画像とする、手術用生体組織撮像装置が提供される。
【００１０】
また、本開示によれば、生体組織に対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して前記偏光の状態が相違するように複数の照射条件で照射可能な照明装置により、前記生体組織における同一の撮像部位を、前記複数の照射条件でそれぞれ別個に照明することと、前記複数の照射条件で照射された前記偏光の前記生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する撮像装置により、同一の撮像部位について、複数の照射条件下で照射された前記偏光の反射光を互いに区別して撮像して、複数の前記偏光撮像画像を生成することと、前記同一の撮像部位から得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成し、生成した差分画像を、前記撮像部位における前記生体組織の内部構造を反映した構造情報画像とすることと、を含む、生体組織の撮像方法が提供される。
【００１１】
本開示によれば、照明装置は、生体組織における同一の撮像部位に対して、撮像部位に照射される偏光の状態が相違するように、複数の照射条件下で照明光をそれぞれ別個に照射し、撮像装置は、複数の照射条件下で照射された偏光の反射光を互いに区別して撮像して、同一の撮像部位について、複数の偏光撮像画像を生成し、構造情報画像生成部は、同一の撮像部位から得られた複数の偏光撮像画像を用いて、撮像部位における生体組織の内部構造を反映した構造情報画像を生成する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本開示によれば、複屈折性を有していない生体組織であっても、生体組織の情報をより正確に非侵襲で画像化することが可能となる。
【００１３】
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、又は、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、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】屈折率の相異なる媒質界面での偏光の反射について説明するための説明図である。
【図２】媒質界面への偏光の入射角と反射率との関係の一例を示すグラフ図である。
【図３】屈折率の相異なる媒質界面での偏光の反射について説明するための説明図である。
【図４】屈折率の相異なる媒質界面での偏光の反射について説明するための説明図である。
【図５】本開示の実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の全体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図６】同実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の照明装置、撮像装置及び駆動制御機構を説明するための説明図である。
【図７】同実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の照明装置、撮像装置及び駆動制御機構を説明するための説明図である。
【図８】同実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の照明装置、撮像装置及び駆動制御機構を説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の照明装置、撮像装置及び駆動制御機構を説明するための説明図である。
【図１０】同実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の照明装置、撮像装置及び駆動制御機構を説明するための説明図である。
【図１１】同実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の演算処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】同実施形態に係る演算処理装置の統括制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】同実施形態に係る演算処理装置の構造情報画像生成部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】偏光撮像画像の一例について説明するための説明図である。
【図１５】偏光撮像画像の一例について説明するための説明図である。
【図１６】偏光撮像画像の一例について説明するための説明図である。
【図１７Ａ】偏光撮像画像の一例について説明するための説明図である。
【図１７Ｂ】偏光撮像画像の一例について説明するための説明図である。
【図１７Ｃ】偏光撮像画像の一例について説明するための説明図である。
【図１８】同実施形態に係る生体組織の撮像方法の流れの一例を示す流れ図である。
【図１９】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図２０】顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図２１】図２０に示す顕微鏡手術システムを用いた手術の様子を示す図である。
【図２２】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図２３】図２２に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．生体組織の撮像原理について
２．第１の実施形態
２．１．手術用生体組織撮像装置の全体構成について
２．２．手術用生体組織撮像装置の照明装置、撮像装置、駆動制御機構について
２．３．手術用生体組織撮像装置の演算処理装置の構成について
２．４．生体組織の撮像方法について
２．５．演算処理装置のハードウェア構成について
３．応用例−顕微鏡手術システムへの応用
４．応用例−内視鏡手術システムへの応用
【００１７】
（生体組織の撮像原理について）
以下ではまず、本開示の実施形態に係る手術用生体組織撮像装置及び生体組織の撮像方法の基盤となる生体組織の撮像原理について、図１〜図４を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、屈折率の相異なる媒質界面での偏光の反射について説明するための説明図であり、図２は、媒質界面への偏光の入射角と反射率との関係の一例を示すグラフ図である。図３及び図４は、屈折率の相異なる媒質界面での偏光の反射について説明するための説明図である。
【００１８】
以下で詳述する、本開示の第１の実施形態に係る手術用生体組織撮像装置及び生体組織の撮像方法では、入射光の光軸及び反射光の光軸で規定される平面内に偏光軸を有するｐ偏光と、入射光の光軸及び反射光の光軸で規定される平面に対して垂直な偏光軸を有するｓ偏光が、空気と生体組織との界面において反射率が異なるという点に着目する。すなわち、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置及び生体組織の撮像方法では、生体組織に対して、偏光の状態が異なるようにして偏光を照射することで、生体組織の内部からの拡散反射の差を増大させて、生体組織の内部における組織情報を画像化する。
【００１９】
以下では、この撮像原理について、詳細に説明する。
まず、図１に示したような、屈折率がｎ０＝１である媒質０と、屈折率がｎ１である媒質１と、の界面に着目する。図１において、ｐ偏光は、紙面に平行な面内に偏光軸を有しており、ｓ偏光は、紙面に垂直な面内に偏光軸を有している。
【００２０】
かかる界面に対して、入射角φ０でｐ偏光、又は、ｓ偏光が入射すると、図１に模式的に示したように、一部は、屈折角φ１で屈折しながら媒質１の内部へと入射し、一部は、界面で反射していく。
【００２１】
この場合に、ｐ偏光のフレネル係数ｒｐは、以下の式（１１）で与えられ、ｓ偏光のフレネル係数ｒｓは、以下の式（１３）で与えられる。また、界面におけるｐ偏光の反射率Ｒｐ及びｓ偏光の反射率Ｒｓは、以下の式（１５）及び式（１７）に示すように、各フレネル係数の二乗で与えられる。
【００２２】
【数１】
2019033838.tif 000003
【００２３】
ここで、上記式（１１）及び式（１３）から明らかなように、フレネル係数は、偏光の入射角φ０に依存する。従って、媒質０中におけるｐ偏光／ｓ偏光の入射角φ０に応じて、界面において反射する光と、媒質１の内部へと浸透していく光と、の割合が変化することとなる。
【００２４】
図２に、媒質０における屈折率ｎ０＝１（すなわち、媒質１＝空気）とし、媒質１における屈折率ｎ１＝２．５とした場合における、入射角φ０と反射率Ｒとの関係を示した。図２から明らかなように、ｓ偏光の反射率Ｒｓは、入射角φ０が大きくなるにつれて単調に増加していくのに対し、ｐ偏光の反射率Ｒｓは、入射角φ０＝７０°付近までは減少していき、反射角φ０＝７０°を超えると増加していく挙動を示す。ｐ偏光の反射率Ｒｐが低下するということは、媒質１の内部に浸透していくｐ偏光の割合が増加することを意味している。このような媒質間での屈折率の差によって、媒質界面での反射によって戻ってくる光量が、偏光の種類（すなわち、ｐ偏光かｓ偏光か）、及び、偏光の媒質界面への入射角に応じて変化することがわかる。
【００２５】
続いて、図３に模式的に示したように、屈折率がｎ０である媒質０と、屈折率がｎ２である媒質２（生体組織）と、の界面に着目し、かかる界面に対し、強度Ｉ０の偏光が入射角ｘ０で入射する場合を考える。かかる場合において、屈折角ｘ２は、スネルの法則により、ｎ０×ｓｉｎｘ０＝ｎ２×ｓｉｎｘ２から求めることができる。
【００２６】
かかる場合において、ｐ偏光のフレネル係数ｒｐ０２は、以下の式（２１）で表され、ｓ偏光のフレネル係数ｒｓ０２は、以下の式（２３）で表される。また、界面での反射による光強度をＯ０と表すこととすると、界面で反射したｐ偏光の強度Ｏ０ｐと、ｓ偏光の強度Ｏ０ｓは、以下の式（２５）及び式（２７）で与えられる。
【００２７】
【数２】
2019033838.tif 000004
【００２８】
一方、生体組織等の散乱体の内部に入射した光は、内部散乱によって散乱光が界面まで到達し、界面に到達した内部散乱光は、界面から媒質０へと出射する。実際の生体組織においては、散乱体が球対称ではないために、散乱断面積がｐ偏光とｓ偏光とで相違する。生体組織内に浸透していき、内部散乱により界面から出射した光の強度をＯ２と表すこととする。ｐ偏光の強度Ｏ２ｐと、ｓ偏光の強度Ｏ２ｓは、内部散乱による戻り光の割合をｐ偏光及びｓ偏光のそれぞれでＳｐ、Ｓｓと表したときに、それぞれ以下の式（２９）及び式（３１）のようになる。
【００２９】
【数３】
2019033838.tif 000005
【００３０】
ここで、偏光子をクロスニコルにするなどして、界面における正反射（すなわち、Ｏ０）を除去した場合、生体組織の内部で散乱された戻り光の強度Ｏ２ｐ，Ｏ２ｓが観測されることとなる。
【００３１】
戻り光の強度Ｏ２ｐ，Ｏ２ｓは、上記のように、偏光の入射角ｘ０に応じて比率が変化する。そのため、入射角ｘ０を変えて偏光を界面に入射させ、界面からの反射光を撮像することで生成した偏光撮像画像を利用し、これら偏光撮像画像の差分、又は、非偏光を界面に入射させた場合の撮像画像と、偏光撮像画像との差分を用いて、生体組織の内部構造を反映した画像を生成することができる。
【００３２】
また、偏光の入射角ｘ０を変化させない場合であっても、ｐ偏光とｓ偏光の混合状態を、偏光子の回転角度等により制御した上で、かかる偏光を生体組織の内部に入射させればよい。上記のように、生体組織との界面では、ｐ偏光とｓ偏光とで反射挙動が異なることから、ｐ偏光とｓ偏光の混合状態を変化させた場合であっても、入射角ｘ０を変化させた場合と同様に、生体組織の内部構造を反映した画像を生成することができる。
【００３３】
続いて、図４に模式的に示したように、生体組織の上方に、屈折率ｎ１の透明膜が存在する場合について着目する。ここで、各界面において、スネルの法則に基づき、以下の２つの関係が成立する。
【００３４】
ｎ０×ｓｉｎｘ０＝ｎ１×ｓｉｎｘ１
ｎ１×ｓｉｎｘ１＝ｎ２×ｓｉｎｘ２
【００３５】
また、図３と同様にして、各界面においてフレネル係数を考えると、媒質０／媒質１の界面におけるｐ偏光及びｓ偏光のフレネル係数は、それぞれ、以下の式（４１）及び式（４３）で与えられる。同様に、媒質１／媒質２の界面におけるｐ偏光及びｓ偏光のフレネル係数は、それぞれ、以下の式（４５）及び式（４７）で与えられる。
【００３６】
【数４】
2019033838.tif 000006
【００３７】
ここで、媒質０／媒質１の界面において界面反射した光の強度をＯ０とし、媒質１／媒質２の界面において界面反射した光の強度をＯ１とし、媒質２（生体組織）の内部で散乱された戻り光の強度をＯ２とする。この場合に、ｐ偏光及びｓ偏光のそれぞれにおけるＯ０，Ｏ１，Ｏ２は、以下の式（４９）〜（５９）で表される。
【００３８】
【数５】
2019033838.tif 000007
【００３９】
かかる場合に、偏光子をクロスニコルにするなどして、媒質０／媒質１の界面における正反射（すなわち、Ｏ０）を除去した場合、生体組織の内部で散乱された戻り光の強度は、ｐ偏光については、以下の式（６１）に示すようにＯｐ＝Ｏ１ｐ＋Ｏ２ｐが観測され、ｓ偏光については、以下の式（６３）に示すようにＯｓ＝Ｏ１ｓ＋Ｏ２ｓが観測されることとなる。
【００４０】
【数６】
2019033838.tif 000008
【００４１】
上記式（６１）及び式（６３）から明らかなように、媒質１（透明膜）を透過することによって、ｐ偏光及びｓ偏光の戻り光強度のそれぞれにおいて、媒質１に由来する戻り光成分（上記式（６１）及び式（６３）における左辺の中括弧の第２項）が生じる。そのため、入射角ｘ０で偏光を入射させて反射光の撮像を行ったとしても、例えば、式（２５）及び式（２７）と、式（６１）及び式（６３）と、に示したように、透明膜がある場合と無い場合とでは戻り光の強度に差が生じ、透明膜の有無を判別することができる。
【００４２】
以上、図１〜図４を参照しながら、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置及び生体組織の撮像方法の基盤となる生体組織の撮像原理について、詳細に説明した。
【００４３】
（第１の実施形態）
＜手術用生体組織撮像組織の全体構成について＞
次に、図５を参照しながら、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の全体構成について説明する。図５は、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の全体的な構成の一例を示すブロック図である。
【００４４】
本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０は、手術の際に医師等の医療従事者によって操作され、手術中に大気に露出している各種臓器等の生体組織の撮像を行う装置である。ここで、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０が撮像対象とする生体組織は、特に限定されるものではなく、生物における任意の生体組織（特に、手術中に大気中に露出する各種臓器を構成する様々な生体組織）が撮像対象となる。
【００４５】
かかる手術用生体組織撮像装置１０は、図５に模式的に示したように、照明装置１００と、撮像装置２００と、駆動制御機構３００と、演算処理装置４００と、を有する。
【００４６】
照明装置１００は、生体組織Ｓに対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して偏光の状態が相違するように、複数の照射条件で照射する。かかる照明装置１００は、生体組織Ｓを照明するための照明光を出射する照明光源と、照明光源から出射した照明光を、所定の偏光状態を有する偏光とする偏光子と、を少なくとも有する。これら照明装置１００の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００４７】
撮像装置２００は、複数の照射条件で照射された偏光の生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する。かかる撮像装置２００は、所定の撮像素子が実装され、必要に応じて各種レンズ等の結像光学系が設けられた各種のカメラや分光カメラで構成される。また、かかる撮像装置２００には、生体組織Ｓの表面からの正反射を除去するために、更に、偏光子が設けられていてもよい。かかる撮像装置２００についても、以下で改めて詳細に説明する。
【００４８】
駆動制御機構３００は、生体組織Ｓに照射される偏光の状態を変化させるために、照明装置１００及び撮像装置２００に設けられた各種の機構を所望の状態となるように駆動させる。これにより、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０では、生体組織Ｓに照射される偏光の状態を所望の状態に制御することが可能となり、非偏光の照明光をも実現することが可能となる。かかる駆動制御機構３００についても、以下で改めて説明する。
【００４９】
演算処理装置４００は、各種のコンピュータ等により実現される。演算処理装置４００は、照明装置１００、撮像装置２００及び駆動制御機構３００の各種動作を制御する。また、演算処理装置４００は、撮像装置２００により生成された、生体組織Ｓにおける同一の撮像部位からそれぞれ得られた偏光撮像画像を用いて、撮像部位における生体組織の内部構造を反映した構造情報画像を生成する機能を少なくとも有する。かかる演算処理装置４００についても、以下で改めて詳細に説明する。
【００５０】
本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０は、以上のような、照明装置１００、撮像装置２００、駆動制御機構３００及び演算処理装置４００が互いに連携して機能することで、複屈折性を有していない生体組織であっても、生体組織の情報をより正確に非侵襲で画像化することが可能となる。
【００５１】
＜照明装置、撮像装置及び駆動制御機構について＞
続いて、図６〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０が備える照明装置１００、撮像装置２００及び駆動制御機構３００について、より詳細に説明する。図６〜図１０は、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の照明装置、撮像装置及び駆動制御機構を説明するための説明図である。
【００５２】
本実施形態に係る照明装置１００は、図６に示したように、生体組織Ｓを照明するための照明光を出射する照明光源１０１と、照明光源から出射した照明光を、所定の偏光状態を有する偏光とする偏光子１０３と、を少なくとも有する。
【００５３】
ここで、照明光源１０１は、所望の波長の光を所望の強度で出射可能なものであれば、特に限定されるものではなく、公知の各種の光源を用いることができる。かかる照明光源１０１として、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ又は重水素ランプのような各種のランプや、単一波長又は狭帯域波長の光を出射可能な各種のレーザ又は発光ダイオード等を挙げることができる。
【００５４】
なお、図６等では、照明装置１００が１つの照明光源１０１から構成される場合を例に挙げて図示しているが、照明装置１００は、波長の異なる光を出射可能な１又は複数の光源で構成されていてもよい。
【００５５】
照明光源１０１と、生体組織Ｓとの間の光軸上には、照明光源１０１から出射した照明光を所定の偏光状態を有する偏光とするための偏光子１０３が設けられる。ここで、偏光子１０３は、所望の偏光状態を実現可能なものであれば、特に限定されるものではなく、公知の各種の偏光子を用いることが可能である。このような偏光子１０３として、例えば、ワイヤーグリッド型の偏光子、各種の結晶性材料を用いた結晶型の偏光子、光学多層膜を用いた偏光子、グラントムソンプリズム等の複屈折結晶を組み合わせた偏光子、樹脂フィルムを用いた樹脂偏光子、無機吸収型の偏光子等を挙げることができる。
【００５６】
かかる偏光子１０３は、駆動制御機構３００の一例である偏光子制御機構３０１によって、照明光源１０１の光軸上への偏光子の配置位置（すなわち、偏光と非偏光との切り替え）や、照明光源１０１の光軸を回転軸とした偏光子１０３の回転等が制御され、所望の偏光状態が実現される。
【００５７】
本実施形態に係る撮像装置２００としては、所定の撮像素子２０１が実装されており、必要に応じて、各種のレンズ等から構成される結像光学系２０３が設けられたカメラを用いることが可能であり、手術用顕微鏡や手術用内視鏡を撮像装置２００として利用することも可能である。ここで、撮像装置２００に実装される撮像素子２０１は、特に限定されるものではなく、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等といった、各種の公知の撮像素子を用いることが可能である。また、図６では、結像光学系２０３として、１つのレンズのみを代表させて図示を行っているが、かかる結像光学系２０３は、例えば、球面レンズや非球面レンズ等といった公知の複数のレンズ等から構成されたレンズ群であってもよい。
【００５８】
また、撮像素子２０１及び結像光学系２０３の前段の光軸上には、図６に模式的に示したように、偏光子２１１が設けられてもよい。撮像装置２００に偏光子２１１を設け、照明装置１００の偏光子１０３の回転角と偏光子２１１の回転角とをクロスニコルとなるように設定することで、生体組織Ｓからの反射光のうち、生体組織Ｓの表面からの正反射成分を、除去することが可能となる。かかる偏光子２１１は、駆動制御機構３００の一例である偏光子制御機構３１１によって、撮像装置２００の光軸上への偏光子の配置位置（すなわち、偏光子２１１の使用有無）や、撮像装置２００の光軸を回転軸とした偏光子２１１の回転等が制御される。
【００５９】
また、偏光子２１１を設けることで、上記のように正反射成分を除去して、撮像素子２０１のダイナミックレンジを上げることが可能となるが、撮像素子２０１のダイナミックレンジが大きい場合や、後段の演算処理により正反射成分を除去可能な場合には、偏光子２１１は設けなくともよい。
【００６０】
なお、かかる偏光子２１１についても、照明装置１００の偏光子１０３と同様に特に限定されるものではなく、公知の各種の偏光子を用いることが可能である。
【００６１】
また、本実施形態に係る撮像装置２００は、所定の検知器の実装された、分光機能を有する分光カメラであってもよい。撮像装置２００として分光カメラを用いることで、生体組織Ｓからの戻り光を波長ごとに分光して、スペクトル画像を得ることができる。
【００６２】
更に、偏光子２１１と、結像光学系２０３と、の間に、偏光状態を保持したまま光路を分岐させることが可能な、ビームスプリッタや多分岐プリズム等の分岐光学系（図示せず。）を設け、光路を２つ以上に分岐させてもよい。これにより、一般的な（分光機能を有しない）カメラと、分光カメラと、を併用することが可能となる。
【００６３】
以上説明したような照明装置１００と撮像装置２００とは、図６に模式的に示したように、所定のアームにより互いに連結されていることが好ましい。かかるアームが、駆動制御機構３００の一例である位置関係制御機構３２１によって駆動されることで、照明装置１００の光軸と、撮像装置２００の光軸とのなす角度θ（ひいては、生体組織Ｓへの偏光の入射角φ）を、所望の状態に制御することができる。
【００６４】
ここで、手術用生体組織撮像装置１０に設けられる、偏光子制御機構３０１，３１１や位置関係制御機構３２１等の駆動制御機構３００は、例えばアクチュエータ等の公知の駆動機構を用いて構成することが可能であり、その具体的な構成は、限定されるものではない。
【００６５】
本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０では、先だって言及したような、偏光の状態が相違するような複数の照射条件を設定するために、照明装置１００が生体組織Ｓの撮像部位に対して偏光を照射する際に、（１）照明装置１００の光軸と撮像装置２００の光軸とのなす角θ、及び、（２）偏光状態、の少なくとも何れかを互いに相違させることが好ましい。
【００６６】
ここで、上記（１）に示した、照明装置１００の光軸と撮像装置２００の光軸とのなす角θは、図７に模式的に示したように、位置関係制御機構３２１によってアームを駆動させて、照明装置１００と撮像装置２００との相対的な位置関係を変化させることで、角度θ１、角度θ２・・・のように、所望の状態に制御することができる。また、上記（２）に示した偏光状態は、例えば、照明装置１００に設けられた偏光子１０３の回転角によって変化させることができる。
【００６７】
ここで、照明装置１００の光軸と撮像装置２００の光軸とのなす角θは、ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率との差が大きくなるような角度に少なくとも設定されることが好ましい。例えば図２に示したように、角度θを、４０°〜７０°程度の範囲内の値（より好ましくは、６０°前後の値）を少なくとも１つ含むように設定することで、ｐ偏光の戻り光強度と、ｓ偏光の戻り光強度との差分がより明確なものとなり、より正確に生体組織Ｓの内部構造の違いを反映させることが可能となる。この際に、角度θ＝０°近傍としたときの撮像画像とのコントラストが大きくなるような角度θを例えばブリュースター角のような角度に大まかに設定した後、設定角度の周辺で角度θを微調整するようにして、複数の照明条件を設定するようにしてもよい。
【００６８】
また、例えば図２に示したように、角度θが例えば０°近傍の小さな値である場合（換言すれば、照明装置１００の光軸と撮像装置２００の光軸とが、ほぼ同軸となる場合）には、ｐ偏光の反射率（換言すれば、生体組織への内部浸透比率）とｓ偏光の反射率とはほぼ等しくなるため、非偏光を照明光として用いた場合と同様の撮像画像を得ることができる。従って、本実施形態に係る複数の照射条件は、様々な偏光状態のみならず、非偏光とみなすことが可能な状態（更には、非偏光状態）をも含むものとなる。
【００６９】
また、偏光子１０３の回転角については、特に規定するものではないが、ｐ偏光成分がなるべく多くなり、得られる偏光撮像画像のコントラストも高くなるように、回転角を設定することが好ましい。ｐ偏光成分をより多く含む偏光は、生体組織Ｓの内部により深く浸透していくために、かかる偏光を用いることで、生体組織Ｓの内部構造がより反映された偏光撮像画像を得ることが可能となる。
【００７０】
なお、上記（１）及び（２）に示した方法以外にも、照明装置１００から照射される偏光の波長を変化させることで、複数の照射条件を設定することも可能である。
【００７１】
ここで、上記（１）に示した、照明装置１００の光軸と撮像装置２００の光軸とのなす角θの具体的な制御方法の一つとして、例えば図８に模式的に示したように、照明装置１００及び偏光子１０３を、円弧状の保持アーム（照明装置保持アーム）に保持した上で、位置関係制御機構３２１によって照明装置１００及び偏光子１０３ごと、照明装置保持アームに沿って移動させるようにしてもよい。図８に示した例では、撮像装置２００及び偏光子２１１は、撮像装置保持アームによって保持されており、かかる撮像装置保持アームは、所定の架台（図示せず。）に結合されている。また、照明装置保持アームは、撮像装置保持アームに結合されており、照明装置１００及び偏光子１０３は、照明装置保持アームに沿って移動する。
【００７２】
また、図９に模式的に示したように、複数種類の角度θが実現可能なように、予め複数の光ファイバＯＦを円弧状に設置しておき、照明装置１００から照射された偏光を、これら光ファイバＯＦの一つに接続させてもよい。
【００７３】
また、例えば図１０に模式的に示したように、例えば平凸レンズ等の導光光学系を、生体組織Ｓと、照明装置１００及び撮像装置２００と、の間に配置しておき、導光光学系の光軸からの距離が相違するように偏光を入射させてもよい。この場合、図１０のＡの位置に入射した偏光と撮像装置２００の光軸とのなす角は、角度θＡとなるのに対し、図１０のＢの位置に入射した偏光と撮像装置２００の光軸とのなす角は、角度θＢとなって、角度θの大きさを容易に変化させることが可能となる。図１０に示したような導光光学系は、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０の小型化を図り、例えば手術用内視鏡に適用する場合などに有用である。
【００７４】
以上、図６〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０が備える照明装置１００、撮像装置２００及び駆動制御機構３００について、詳細に説明した。
【００７５】
＜演算処理装置４００の構成について＞
次に、図１１〜図１７Ｃを参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置４００の構成について、詳細に説明する。
図１１は、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置の演算処理装置の構成の一例を示すブロック図である。図１２は、本実施形態に係る演算処理装置の統括制御部の構成の一例を示すブロック図であり、図１３は、本実施形態に係る演算処理装置の構造情報画像生成部の構成の一例を示すブロック図である。図１４〜図１７Ｃは、演算処理装置４００における演算処理に供される偏光撮像画像の一例について説明するための説明図である。
【００７６】
本実施形態に係る演算処理装置４００は、先だって簡単に言及したように、照明装置１００、撮像装置２００及び駆動制御機構３００の各種動作を制御する。また、演算処理装置４００は、撮像装置２００により生成された、生体組織Ｓにおける同一の撮像部位からそれぞれ得られた偏光撮像画像を用いて、撮像部位における生体組織の内部構造を反映した構造情報画像を生成する機能を少なくとも有する。
【００７７】
かかる演算処理装置４００は、図１１に模式的に示したように、統括制御部４０１、データ取得部４０３、構造情報画像生成部４０５、処理結果出力部４０７、表示制御部４０９及び記憶部４１１を主に有している。また、本実施形態に係る演算処理装置４００は、上記のような処理部に加えて、更に、生体組織認識部４１３を有していてもよい。
【００７８】
統括制御部４０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。統括制御部４０１は、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０の全般的な動作を統括的に制御する。より詳細には、統括制御部４０１は、照明装置１００、撮像装置２００及び駆動制御機構３００における各種の動作を所望の状態に制御して、以下で説明する構造情報画像の生成処理に適した複数の偏光撮像画像を生成させる。
【００７９】
この統括制御部４０１は、図１２に模式的に示したように、照明制御部４２１と、撮像制御部４２３と、を有している。
【００８０】
照明制御部４２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。照明制御部４２１は、照明装置１００から照射される偏光の照射条件を少なくとも制御する。より詳細には、照明制御部４２１は、駆動制御機構３００のうち偏光子制御機構３０１及び位置関係制御機構３２１を制御することで、偏光子１０３の回転角や、照明装置１００の光軸と撮像装置２００の光軸とのなす角θを制御する。また、照明制御部４２１は、照明装置１００が有する照明光源１０１から照射される照明光の波長を制御したり、照射タイミング等を制御したりする。
【００８１】
撮像制御部４２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。撮像制御部４２３は、撮像装置２００における撮像処理を全般的に制御する。より詳細には、撮像制御部４２３は、駆動制御機構３００のうち偏光子制御機構３１１を制御することで、偏光子２１１の回転角を制御して、偏光子２１１をクロスニコルの状態としたり、クロスニコルではない状態にしたりする。また、撮像制御部４２３は、撮像装置２００における露光時間やシャッタースピードや合焦状態や撮像タイミング等を制御して、適切な偏光撮像画像が生成されるようにする。
【００８２】
データ取得部４０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ取得部４０３は、撮像装置２００から出力される偏光撮像画像の実体データを取得して、後述する構造情報画像生成部４０５や、生体組織認識部４１３等に出力する。また、データ取得部４０３は、取得した偏光撮像画像の実体データに対し、当該実体データを取得した日時等に関す時刻情報を関連付けた上で、履歴情報として、後述する記憶部４１１等に格納してもよい。
【００８３】
構造情報画像生成部４０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。構造情報画像生成部４０５は、生体組織Ｓにおける同一の撮像部位からそれぞれ得られた偏光撮像画像を用いて、撮像部位における生体組織Ｓの内部構造を反映した構造情報画像を生成する。また、かかる構造情報画像生成部４０５は、偏光撮像画像や、偏光撮像画像を用いて生成された２次データ等を用いて、生体組織Ｓの撮像部位のうち、互いに類似する部位を識別する類似部位識別処理を実施することが可能である。かかる構造情報画像生成部４０５の詳細な構成及び機能については、以下で改めて説明する。
【００８４】
処理結果出力部４０７は、構造情報画像生成部４０５により生成された、生体組織Ｓの内部構造を反映した構造情報画像等を含む各種の処理結果を、手術用生体組織撮像装置１０の使用者へと出力する。例えば、処理結果出力部４０７は、構造情報画像に関する情報を、表示制御部４０９へと出力することが可能である。これにより、構造情報画像に関する情報が、手術用生体組織撮像装置１０が備える表示部（図示せず。）や、手術用生体組織撮像装置１０の外部に設けられた表示部（例えば、外部のモニタ等）に出力されることとなる。また、処理結果出力部４０７は、得られた構造情報画像に関する情報等を、印刷物として出力したり、データとして外部の情報処理装置やサーバ等に出力したりすることが可能である。
【００８５】
表示制御部４０９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部４０９は、処理結果出力部４０７から出力された構造情報画像に関する各種の処理結果を、手術用生体組織撮像装置１０が備えるディスプレイ等の出力装置や手術用生体組織撮像装置１０の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、手術用生体組織撮像装置１０の使用者は、構造情報画像に関する各種の処理結果を、その場で把握することが可能となる。
【００８６】
記憶部４１１は、演算処理装置４００が備える記憶装置の一例であり、ＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部４１１には、本実施形態に係る演算処理装置４００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部４１１は、統括制御部４０１、データ取得部４０３、構造情報画像生成部４０５、処理結果出力部４０７、表示制御部４０９、生体組織認識部４１３等が、自由にリード／ライト処理を実施することが可能である。
【００８７】
生体組織認識部４１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。生体組織認識部４１３は、撮像装置２００により生成された偏光撮像画像を用いて、撮像対象となっている生体組織Ｓの種別（例えば、臓器名等）を認識する。かかる生体組織Ｓの種別の認識処理には、公知の画像認識技術等のような、各種の認識技術を利用することが可能であり、その詳細は特に限定されるものではない。このようにして認識された生体組織Ｓの認識結果を利用することで、照明装置１００等で実施される複数の照射条件の設定処理を、半自動化したり、自動化したりすることが可能となる。
【００８８】
この際、記憶部４１１等に、生体組織の種別に応じた、複数の照射条件に関する設定情報が、予めデータベースとして格納されているものとする。ここで、複数の照射条件に関する設定情報は、例えば、生体組織の種別ごとに、偏光の波長、偏光子１０３及び偏光子２１１の回転角、照明装置１００の光軸と撮像装置２００の光軸とのなす角θ等といった偏光状態に関する条件や、シャッタースピードや露光時間等の撮像条件等に関する設定情報が、互いに関連づけられたものであることが好ましい。
【００８９】
上記のような生体組織Ｓの認識結果と、複数の照射条件に関する設定情報と、を利用することで、統括制御部４０１の照明制御部４２１は、生体組織の種別の認識結果に基づき、記憶部４１１から、認識結果に適合する複数の照射条件に関する設定情報を取得し、取得した設定情報を用いて、偏光状態を変化させることが可能となる。
【００９０】
なお、上記のような複数の照射条件に関する設定情報は、任意のタイミングで更新されることが好ましい。また、かかる複数の照射条件に関する設定情報は、各種の教師データを用いた公知の各種の機械学習技術を用いて構築したり、更新したりすることが可能である。
【００９１】
［構造情報画像生成部４０５の構成について］
続いて、図１３〜図１７Ｃを参照しながら、本実施形態に係る構造情報画像生成部４０５の構成について、詳細に説明する。
【００９２】
本実施形態に係る構造情報画像生成部４０５は、差分画像生成部４３１を主に有しており、固有ベクトル算出部４３３と、混合比率算出部４３５と、類似部位識別部４３７と、を更に有することが好ましい。
【００９３】
差分画像生成部４３１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。差分画像生成部４３１は、生体組織Ｓにおける同一の撮像部位からそれぞれ得られた偏光撮像画像を用い、得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成する。
【００９４】
先だって説明した原理のように、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０では、所定の偏光状態を有する偏光を撮像対象である生体組織Ｓに照射し、偏光の状態に応じて生体組織Ｓの内部への浸透度合いが異なることを利用して、偏光の状態の異なる撮像画像間において、戻り光の光強度に生じる差に着目している。従って、同一の撮像部位からそれぞれ得られた複数の偏光撮像画像を用いて生成した差分画像は、生体組織Ｓの内部構造を反映した撮像画像である、構造情報画像として取り扱うことができる。生成された構造情報画像は、処理結果出力部４０７へと出力される。
【００９５】
ここで、本実施形態に係る照明装置１００及び撮像装置２００では、互いの光軸のなす角θを０°近傍の小さな値とすることで、非偏光を用いた撮像画像（以下、非偏光撮像画像ともいう。）とみなすことが可能な撮像画像を得ることもできる。しかしながら、このような非偏光撮像画像間で差分画像を生成したとしても、生成された差分画像は、生体組織Ｓの内部構造を反映したものとはならない可能性が高い。従って、差分画像生成部４３１は、非偏光撮像画像と判断される画像間では、差分画像を生成しないようにすることが好ましい。
【００９６】
なお、非偏光撮像画像とみなすことが可能な偏光撮像画像と、その他の偏光撮像画像との間の差分画像は、生体組織Ｓの内部構造をより一層反映したものと考えられるため、このような差分画像を利用することが好ましい。
【００９７】
このようにして生成される差分画像（構造情報画像）では、生体組織Ｓの内部構造の違いがより一層強調される。そのため、生体組織Ｓの内部構造が類似した部分は、差分画像中で同じような映り込み方をする一方で、生体組織Ｓの内部構造が周囲とは異なる部分については、その映り込み方が周囲と相違するようになる。そのため、かかる差分画像（構造情報画像）に着目することで、撮像部位内に、周囲と内部構造が異なるような部位が存在するのか否かを、容易に判別することが可能となる。
【００９８】
また、生体組織Ｓの表面に透明膜が存在している部分と存在していない部分についても、上記と同様な違いが生じることとなるため、かかる差分画像（構造情報画像）に着目することで、撮像部位内に、透明膜が存在している部分が存在しているか否かについても、容易に判別することが可能となる。
【００９９】
その結果、平面性を有していることが少なく、組織も均一ではないことが多い生体組織Ｓについて、複屈折性を有していない場合であっても、生体組織の情報をより正確に非侵襲で画像化することが可能となる。本実施形態に係る差分画像（構造情報画像）に着目することで、手術を行っている医師は、例えば、生体組織Ｓにおける病変部と正常部との区別等を容易に行うことが可能となる。
【０１００】
以下では、実際に撮像された各種の偏光撮像画像を例に挙げながら、本実施形態に係る偏光撮像画像について、具体的に説明する。
【０１０１】
まず、図１４及び図１５を参照しながら、生体組織Ｓとして、豚の胃を切りだしたものを利用した場合について、具体的に説明する。かかるサンプルの撮像に際して、照明光源１０１として、キセノンランプを用い、撮像装置２００として、分光測定が可能な分光カメラを用いた。
【０１０２】
かかる撮像処理に際して、図１４に示したように、互いの光軸のなす角θ、照明装置１００側の偏光子１０３の有無、撮像装置２００側の偏光子２１１の有無、及び、露光時間を測定パラメータとし、１６種類の照明条件を設定した。なお、図１４に示した表の「撮像装置」の「偏光子」という項目について、「無」と記載されているものは、偏光子２１１を設置しなかったことを意味し、具体的な角度が記載されているものは、偏光子２１１の回転角の値を示している。
【０１０３】
図１４に示したそれぞれの測定パラメータにおいて、撮像装置側の偏光子の角度が１４０°であるものが、互いの偏光子の偏光角がクロスニコルの状態にある場合に対応している。また、Ｎｏ．１２の例が、非偏光を用いて一般的な方法で生体組織を撮像した例に対応している。
【０１０４】
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６のそれぞれの例について、良好な偏光撮像画像が得られたが、得られた偏光撮像画像を白黒画像として図面化すると、その差異が不明瞭となるため、本明細書では、全ての偏光撮像画像を記載していない。得られた偏光撮像画像のうち、Ｎｏ．７の偏光撮像画像、及び、Ｎｏ．１６の偏光撮像画像を取り上げ、図１５に示した。図１５に示した２つの偏光撮像画像は、互いの光軸のなす角θが異なるだけで、それ以外の測定パラメータは共通であり、クロスニコルの状態にある偏光子によって、生体組織表面からの正反射成分が除去された画像となっている。
【０１０５】
白黒画像ではその差異は分かりづらくなってしまうが、Ｎｏ．１６の偏光撮像画像は、Ｎｏ．７の偏光撮像画像と比較して全体的に暗い画像となっており、また、生体組織Ｓの白味が減少したものとなっていた。
【０１０６】
また、図１５では、偏光撮像画像において破線で囲った部位についてのスペクトルを、あわせて示している。これらのスペクトルの強度は、波長７００ｎｍ近辺の輝線の強度で規格化したものとなっている。これらのスペクトルを比較すると、Ｎｏ．７の偏光撮像画像では、Ｎｏ．１６の偏光撮像画像と比較して、波長５００ｎｍ付近の強度が増加していることがわかる。かかる結果は、より広い角度で入射する偏光を用いたＮｏ．１６では、生体組織の内部構造に由来する吸収及び散乱が増加したことを示唆している。
【０１０７】
続いて、生体組織Ｓとして豚の脳を用いた偏光撮像画像について、図１６〜図１７Ｃを参照しながら説明する。豚の脳は、透明な髄膜で覆われているが、本例では、その髄膜の一部を部分的に剥離して、テフロン（登録商標）シートの上に折り返している。図６において、中央の白い部分（テフロン（登録商標）シート）上に存在している、破線で囲った部分が、髄膜のみが存在している部分であり、その右隣りに存在している、破線で囲った部分が、髄膜が剥離されて、脳組織が露出した部分となっている。豚の脳のその他の部分は、脳組織が髄膜で被覆された状態を保持している。
【０１０８】
本例についても、照明光源１０１として、キセノンランプを用い、撮像装置２００として、分光測定が可能な分光カメラを用いた。互いの光軸のなす角度θを、２２°又は６０°の２種類とし、照明装置１００側の偏光子１０３の回転角を、平行又はクロスニコル（２７０°）の２種類として、それぞれの組み合わせについて撮像を行った。
【０１０９】
本例においても、４種類の照射条件のそれぞれにおいて、良好な偏光撮像画像が得られたが、得られた偏光撮像画像を白黒画像として図面化すると、その差異が不明瞭となるため、本明細書では、得られた偏光撮像画像は記載していない。しかしながら、角度θ＝２２°で撮像した偏光撮像画像では、髄膜剥離部分の色の違いは殆ど認められなかった一方で、角度θ＝６０°で撮像した偏光撮像画像では、剥離した結果露出している脳の組織が、やや灰色（白）がかって観察された。これは、角度θ＝６０°で偏光を照射することにより、ｐ偏光成分が豚脳のより深い部分まで浸透し、内部の血液成分の薄い組織の散乱を反映したことを示している。
【０１１０】
また、図１７Ａ〜図１７Ｃに、角度θ＝２２°、２つの偏光子の偏光方向＝平行となる状態で撮像した偏光撮像画像から得られた、各部位のスペクトルを示した。図１７Ａ〜図１７Ｃにおいて、「Ａ」で示したスペクトルは、図１６に例示したサンプルにおいて、髄膜のみが存在している部分のスペクトルであり、「Ｂ」で示したスペクトルは、髄膜剥離部分のスペクトルであり、「Ｃ」で示したスペクトルは、豚の脳が髄膜で覆われている部分のスペクトルである。
【０１１１】
まず、図１７Ａ〜図１７Ｃ全体を俯瞰してわかるように、３つの部位のスペクトル強度は、互いに相違しており、生体組織の内部構造の違い（すなわち、髄膜のみ、脳のみ、髄膜＋脳という構造の違い）を反映したものとなっている。
【０１１２】
また、図１７Ａに示した波長帯域において、「Ａ」で示したスペクトルには、図中矢印で示したように、５３０〜５４０ｎｍ付近に、ヘモグロビン由来の２つの吸収ピーク（反射強度の低下）が認められた。ヘモグロビン由来の吸収ピークが存在するということは、これら波長帯域の光がヘモグロビンによって吸収される結果、赤味がかった画像が得られることを意味している。髄膜が残存している部分に対応する「Ｃ」で示したスペクトルにおいても、同様のピークの痕跡が認められるが、髄膜を剥離した部位（「Ｂ」で示したスペクトル）には、これらのピークは、殆ど認められなかった。
【０１１３】
このように、角度θ＝２２°での偏光撮像画像ではスペクトル的にしか判別できなかった色味が、角度θ＝６０°での偏光撮像画像では強調された。また、角度θ＝６０°での偏光撮像画像では、他の部位に比べ髄膜を剥離した部位で、灰色がかった画像を得ることができた。
【０１１４】
以上説明したように、本実施形態に係る手術用生体組織撮像装置１０を用いて撮像した偏光撮像画像に着目するだけで、上記のような生体組織の内部構造の違いについて特定することが可能となる。このような偏光撮像画像を用いて更に差分画像（構造情報画像）を生成することで、上記のような生体組織の内部構造の違いがより一層強調されることがわかる。
【０１１５】
以下では、再び図１３に戻って、本実施形態に係る構造情報画像生成部４０５の構成について、説明を続ける。
固有ベクトル算出部４３３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。固有ベクトル算出部４３３は、複数の偏光撮像画像、又は、複数の差分画像の少なくとも一部を用いて、画像強度を成分とする行列を生成した後、生成した行列の固有ベクトルを複数算出する。
【０１１６】
以下、固有ベクトルの算出処理について、詳細に説明する。
いま、幅Ｗ（画素）×高さＨ（画素）の偏光撮像画像（又は、差分画像）がｎ種類存在する（換言すれば、ｎ種類の照射条件が存在する）ものとする。以下では、ｎ種類の画像の全てを用いて、固有ベクトルを算出する場合を例にとり、詳細に説明する。
【０１１７】
この場合、固有ベクトル算出部４３３が生成する行列をＡとすると、行列Ａの各成分は、画素位置（ｘ，ｙ）（０≦ｘ≦Ｗ、０≦ｙ≦Ｈ）と、照射条件ｎの関数となり、行列Ａは、Ｗ・Ｈ行×ｎ列の行列となる。この場合に、固有ベクトル算出部４３３は、行列Ａに関するｎ個の固有値及び固有ベクトルを算出する。かかる固有ベクトルは、用いた画像中の組織を、照射条件（例えば、角度θ等）で展開した独立成分となる。
【０１１８】
具体的には、固有ベクトル算出部４３３は、行列Ａが正方行列ではない場合には、転置行列ｔＡを用いてｔＡ・Ａという行列演算により正方行列を生成した上で、正方行列の固有方程式を解く等といった公知の数値演算方法等により、着目する行列の固有値λｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）を算出する。その後、固有ベクトル算出部４３３は、算出した固有値λｎを用いて、ｎ個の固有ベクトルｖｎを算出する。ここで、算出した固有値を用いる固有ベクトルの算出方法については、特に限定されるものではなく、公知の方法を利用することができる。
【０１１９】
固有ベクトル算出部４３３は、以上のようにして固有値及び固有ベクトルを算出すると、得られた結果を、混合比率算出部４３５へと出力する。
【０１２０】
なお、生成する行列Ａの成分数については、特に限定するものではなく、以下に具体例を示すように、Ｗ×Ｈが３程度であり、ｎが３種類程度であってもよい。行列Ａの成分数を多くすることで、より複雑な混合比率を算出することが可能となるが、固有値・固有ベクトルの求解に要する演算リソースや演算時間等も増加することとなる。従って、処理に用いることが許容される演算リソースや演算時間等に応じて、行列Ａの成分数を適宜決定すればよい。
【０１２１】
混合比率算出部４３５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。混合比率算出部４３５は、算出された複数の固有ベクトルを用いて、撮像部位の所定の位置について、複数の固有ベクトルの混合比率を算出する。
【０１２２】
具体的には、固有ベクトルからなる行列をＢ（ｎ行×ｎ列の行列）とし、着目する撮像部位における画素位置（ｘ，ｙ）の強度からなるｎ成分のベクトルをａ（ｘ，ｙ）としたときに、混合比率算出部４３５は、Ｂｋ＝ａ（ｘ，ｙ）で表される連立方程式を求解することで、各画素を構成する固有ベクトルの混合比率を表すｎ成分のベクトルｋを算出する。
【０１２３】
得られた混合比率ｋを用いることで、例えば各画素位置において貢献度の高い固有ベクトルを、ＲＧＢに割り振って表示することで、撮像部位の各位置を弁別することができる。
【０１２４】
混合比率算出部４３５は、以上のようにして、固有ベクトルの混合比率を算出すると、得られた混合比率に関する情報を、類似部位識別部４３７へと出力する。
【０１２５】
類似部位識別部４３７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。類似部位識別部４３７は、算出された混合比率ｋに基づき、撮像部位のうち互いに類似する部位を識別する。生体組織Ｓの内部構造が類似した部分は、固有ベクトルの混合比率が類似してくると考えられる。そこで、類似部位識別部４３７は、算出された混合比率ｋが類似している部分を特定することで、内部構造の類似した部分を推定する。ここで、混合比率ｋの値が類似しているか否かの判断手法については、特に限定されるものではなく、公知の手法により類比判断を行えばよい。
【０１２６】
類似部位識別部４３７は、類似部位の識別結果に関する情報（類似部位識別情報）を、処理結果出力部４０７に出力する。処理結果出力部４０７及び表示制御部４０９は、構造情報画像を出力する際に、かかる類似部位識別情報を参照し、生成された構造情報画像について、混合比率が類似する部位を強調するように表示画面へ表示させることができる。
【０１２７】
以下では、図１６〜図１７Ｃに示したような偏光撮像画像（ただし、以下の例では、角度θ＝２２°、４０°、６０°の３種類としている。）において、Ａ、Ｂ、Ｃの３つの部分におけるＲ画素の輝度値を用いて、固有ベクトル及び混合比率を算出した例を示す。
【０１２８】
Ａ、Ｂ，Ｃのそれぞれの位置における角度θ＝２２°のＲ画素の強度の組み合わせに着目すると、（Ａ、Ｂ，Ｃ）＝（１６８，１３３，１１４）であった。同様に、Ａ、Ｂ，Ｃのそれぞれの位置における角度θ＝４０°のＲ画素の強度の組み合わせは、（Ａ、Ｂ，Ｃ）＝（１５７，１２６，１０８）であり、Ａ、Ｂ，Ｃのそれぞれの位置における角度θ＝６０°のＲ画素の強度の組み合わせは、（Ａ、Ｂ，Ｃ）＝（１４４，１１６，９９）であった。この場合、行列Ａとして、以下の３×３の行列を規定することができる。かかる行列Ａを利用して、３つの固有ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３を算出すると、以下のようになった。また、固有ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３に対応する固有値λ１、λ２、λ３は、それぞれ、３９１．８５３、１．３７４９３、−０．２２８２９７と算出された。
【０１２９】
【数７】
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【０１３０】
得られた３つの固有ベクトルを用いて、図１６に示した髄膜部分Ａ、髄膜剥離部分Ｂ、及び、その他の部分Ｃの混合比率ｋを求めたところ、以下のようになった。従って、以下のような混合比率に基づき、図１６に示したような偏光撮像画像又は差分画像を強調表示することで、内部構造の相違をより明瞭に表示することが可能となる。
Ａ：（ｖ１，ｖ２，ｖ３）＝（２１７，２２，８）
Ｂ：（ｖ１，ｖ２，ｖ３）＝（２７２，２６，９）
Ｃ：（ｖ１，ｖ２，ｖ３）＝（１８６，１９，７）
【０１３１】
以上、本実施形態に係る構造情報画像生成部４０５の構成について、詳細に説明した。
【０１３２】
以上、本実施形態に係る演算処理装置４００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１３３】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１３４】
＜生体組織の撮像方法について＞
次に、図１８を参照しながら、本実施形態に係る生体組織の撮像方法の流れの一例について、簡単に説明する。図１８は、本実施形態に係る生体組織の撮像方法の流れの一例を示す流れ図である。
【０１３５】
本実施形態に係る生体組織の撮像方法では、以上説明したような手術用生体組織撮像装置１０の照明装置１００により、生体組織の同一の撮像部位に対して、偏光の状態が相違するように複数の照射条件下で偏光が照射される（ステップＳ１０１）。手術用生体組織撮像装置１０の撮像装置２００は、複数の照射条件下で照射された偏光の生体組織からの反射光をそれぞれ撮像する（ステップＳ１０３）。これにより、複数の偏光撮像画像が生成され、生成された複数の偏光撮像画像は、演算処理装置４００へと出力される。
【０１３６】
演算処理装置４００の構造情報画像生成部４０５は、先だって説明したような方法により、複数の偏光撮像画像を用いて、構造情報画像を生成する（ステップＳ１０５）。また、構造情報画像生成部４０５は、複数の偏光撮像画像や生成した構造情報画像を用いて、固有ベクトル及び固有ベクトルの混合比率を算出し、類似部位識別情報を生成することが好ましい。
【０１３７】
続いて、演算処理装置４００の処理結果出力部４０７は、生成された構造情報画像を各種の方法により出力する（ステップＳ１０７）。この際に、演算処理装置４００の表示制御部４０９は、生成された類似部位識別情報を用いて、生成された構造情報画像について、混合比率が類似する部位を強調するように表示画面へ表示させてもよい。
【０１３８】
かかる流れで処理が行われることで、本実施形態に係る生体組織の撮像方法では、複屈折性を有していない生体組織であっても、生体組織の情報をより正確に非侵襲で画像化することが可能となる
【０１３９】
以上、図１８を参照しながら、本実施形態に係る生体組織の撮像方法の流れの一例について、簡単に説明した。
【０１４０】
＜演算処理装置のハードウェア構成について＞
次に、図１９を参照しながら、本開示の実施形態に係る演算処理装置４００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１９は、本開示の実施形態に係る演算処理装置４００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１４１】
演算処理装置４００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置４００は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
【０１４２】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又はリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置４００内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１４３】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１４４】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置４００の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、演算処理装置４００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１４５】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、演算処理装置４００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置４００が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１４６】
ストレージ装置９１９は、演算処理装置４００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１４７】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置４００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０１４８】
接続ポート９２３は、機器を演算処理装置４００に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、演算処理装置４００は、外部接続機器９２９から直接各種データを取得したり、外部接続機器９２９に各種データを提供したりする。
【０１４９】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１５０】
以上、本開示の実施形態に係る演算処理装置４００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１５１】
（応用例：顕微鏡手術システムへの応用）
以上説明したような本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、患者の微細部位を拡大観察しながら行う、いわゆるマイクロサージェリーに用いられる顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１５２】
図２０は、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システム５３００の概略的な構成の一例を示す図である。図２０を参照すると、顕微鏡手術システム５３００は、顕微鏡装置５３０１と、制御装置５３１７と、表示装置５３１９と、から構成される。なお、以下の顕微鏡手術システム５３００についての説明において、「ユーザ」とは、術者及び助手等、顕微鏡手術システム５３００を使用する任意の医療スタッフのことを意味する。
【０１５３】
顕微鏡装置５３０１は、観察対象（患者の術部）を拡大観察するための顕微鏡部５３０３と、顕微鏡部５３０３を先端で支持するアーム部５３０９と、アーム部５３０９の基端を支持するベース部５３１５と、を有する。
【０１５４】
顕微鏡部５３０３は、略円筒形状の筒状部５３０５と、当該筒状部５３０５の内部に設けられる撮像部（図示せず）と、筒状部５３０５の外周の一部領域に設けられる操作部５３０７と、から構成される。顕微鏡部５３０３は、撮像部によって電子的に撮像画像を撮像する、電子撮像式の顕微鏡部（いわゆるビデオ式の顕微鏡部）である。
【０１５５】
筒状部５３０５の下端の開口面には、内部の撮像部を保護するカバーガラスが設けられる。観察対象からの光（以下、観察光ともいう）は、当該カバーガラスを通過して、筒状部５３０５の内部の撮像部に入射する。なお、筒状部５３０５の内部には例えばＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）等からなる光源が設けられてもよく、撮像時には、当該カバーガラスを介して、当該光源から観察対象に対して光が照射されてもよい。
【０１５６】
撮像部は、観察光を集光する光学系と、当該光学系が集光した観察光を受光する撮像素子と、から構成される。当該光学系は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成され、その光学特性は、観察光を撮像素子の受光面上に結像するように調整されている。当該撮像素子は、観察光を受光して光電変換することにより、観察光に対応した信号、すなわち観察像に対応した画像信号を生成する。当該撮像素子としては、例えばＢａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。当該撮像素子は、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサ又はＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）イメージセンサ等、各種の公知の撮像素子であってよい。撮像素子によって生成された画像信号は、ＲＡＷデータとして制御装置５３１７に送信される。ここで、この画像信号の送信は、好適に光通信によって行われてもよい。手術現場では、術者が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信で画像信号が送信されることにより、低レイテンシで撮像画像を表示することが可能となる。
【０１５７】
なお、撮像部は、その光学系のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って移動させる駆動機構を有してもよい。当該駆動機構によってズームレンズ及びフォーカスレンズが適宜移動されることにより、撮像画像の拡大倍率及び撮像時の焦点距離が調整され得る。また、撮像部には、ＡＥ（Auto  Exposure）機能やＡＦ（Auto  Focus）機能等、一般的に電子撮像式の顕微鏡部に備えられ得る各種の機能が搭載されてもよい。
【０１５８】
また、撮像部は、１つの撮像素子を有するいわゆる単板式の撮像部として構成されてもよいし、複数の撮像素子を有するいわゆる多板式の撮像部として構成されてもよい。撮像部が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、当該撮像部は、立体視（３Ｄ表示）に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、当該撮像部が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、光学系も複数系統が設けられ得る。
【０１５９】
操作部５３０７は、例えば十字レバー又はスイッチ等によって構成され、ユーザの操作入力を受け付ける入力手段である。例えば、ユーザは、操作部５３０７を介して、観察像の拡大倍率及び観察対象までの焦点距離を変更する旨の指示を入力することができる。当該指示に従って撮像部の駆動機構がズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させることにより、拡大倍率及び焦点距離が調整され得る。また、例えば、ユーザは、操作部５３０７を介して、アーム部５３０９の動作モード（後述するオールフリーモード及び固定モード）を切り替える旨の指示を入力することができる。なお、ユーザが顕微鏡部５３０３を移動させようとする場合には、当該ユーザは筒状部５３０５を握るように把持した状態で当該顕微鏡部５３０３を移動させる様態が想定される。従って、操作部５３０７は、ユーザが筒状部５３０５を移動させている間でも操作可能なように、ユーザが筒状部５３０５を握った状態で指によって容易に操作しやすい位置に設けられることが好ましい。
【０１６０】
アーム部５３０９は、複数のリンク（第１リンク５３１３ａ〜第６リンク５３１３ｆ）が、複数の関節部（第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆ）によって互いに回動可能に連結されることによって構成される。
【０１６１】
第１関節部５３１１ａは、略円柱形状を有し、その先端（下端）で、顕微鏡部５３０３の筒状部５３０５の上端を、当該筒状部５３０５の中心軸と平行な回転軸（第１軸Ｏ１）まわりに回動可能に支持する。ここで、第１関節部５３１１ａは、第１軸Ｏ１が顕微鏡部５３０３の撮像部の光軸と一致するように構成され得る。これにより、第１軸Ｏ１まわりに顕微鏡部５３０３を回動させることにより、撮像画像を回転させるように視野を変更することが可能になる。
【０１６２】
第１リンク５３１３ａは、先端で第１関節部５３１１ａを固定的に支持する。具体的には、第１リンク５３１３ａは略Ｌ字形状を有する棒状の部材であり、その先端側の一辺が第１軸Ｏ１と直交する方向に延伸しつつ、当該一辺の端部が第１関節部５３１１ａの外周の上端部に当接するように、第１関節部５３１１ａに接続される。第１リンク５３１３ａの略Ｌ字形状の基端側の他辺の端部に第２関節部５３１１ｂが接続される。
【０１６３】
第２関節部５３１１ｂは、略円柱形状を有し、その先端で、第１リンク５３１３ａの基端を、第１軸Ｏ１と直交する回転軸（第２軸Ｏ２）まわりに回動可能に支持する。第２関節部５３１１ｂの基端には、第２リンク５３１３ｂの先端が固定的に接続される。
【０１６４】
第２リンク５３１３ｂは、略Ｌ字形状を有する棒状の部材であり、その先端側の一辺が第２軸Ｏ２と直交する方向に延伸しつつ、当該一辺の端部が第２関節部５３１１ｂの基端に固定的に接続される。第２リンク５３１３ｂの略Ｌ字形状の基端側の他辺には、第３関節部５３１１ｃが接続される。
【０１６５】
第３関節部５３１１ｃは、略円柱形状を有し、その先端で、第２リンク５３１３ｂの基端を、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と互いに直交する回転軸（第３軸Ｏ３）まわりに回動可能に支持する。第３関節部５３１１ｃの基端には、第３リンク５３１３ｃの先端が固定的に接続される。第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりに顕微鏡部５３０３を含む先端側の構成を回動させることにより、水平面内での顕微鏡部５３０３の位置を変更するように、当該顕微鏡部５３０３を移動させることができる。つまり、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりの回転を制御することにより、撮像画像の視野を平面内で移動させることが可能になる。
【０１６６】
第３リンク５３１３ｃは、その先端側が略円柱形状を有するように構成されており、当該円柱形状の先端に、第３関節部５３１１ｃの基端が、両者が略同一の中心軸を有するように、固定的に接続される。第３リンク５３１３ｃの基端側は角柱形状を有し、その端部に第４関節部５３１１ｄが接続される。
【０１６７】
第４関節部５３１１ｄは、略円柱形状を有し、その先端で、第３リンク５３１３ｃの基端を、第３軸Ｏ３と直交する回転軸（第４軸Ｏ４）まわりに回動可能に支持する。第４関節部５３１１ｄの基端には、第４リンク５３１３ｄの先端が固定的に接続される。
【０１６８】
第４リンク５３１３ｄは、略直線状に延伸する棒状の部材であり、第４軸Ｏ４と直交するように延伸しつつ、その先端の端部が第４関節部５３１１ｄの略円柱形状の側面に当接するように、第４関節部５３１１ｄに固定的に接続される。第４リンク５３１３ｄの基端には、第５関節部５３１１ｅが接続される。
【０１６９】
第５関節部５３１１ｅは、略円柱形状を有し、その先端側で、第４リンク５３１３ｄの基端を、第４軸Ｏ４と平行な回転軸（第５軸Ｏ５）まわりに回動可能に支持する。第５関節部５３１１ｅの基端には、第５リンク５３１３ｅの先端が固定的に接続される。第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５は、顕微鏡部５３０３を上下方向に移動させ得る回転軸である。第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５まわりに顕微鏡部５３０３を含む先端側の構成を回動させることにより、顕微鏡部５３０３の高さ、すなわち顕微鏡部５３０３と観察対象との距離を調整することができる。
【０１７０】
第５リンク５３１３ｅは、一辺が鉛直方向に延伸するとともに他辺が水平方向に延伸する略Ｌ字形状を有する第１の部材と、当該第１の部材の水平方向に延伸する部位から鉛直下向きに延伸する棒状の第２の部材と、が組み合わされて構成される。第５リンク５３１３ｅの第１の部材の鉛直方向に延伸する部位の上端近傍に、第５関節部５３１１ｅの基端が固定的に接続される。第５リンク５３１３ｅの第２の部材の基端（下端）には、第６関節部５３１１ｆが接続される。
【０１７１】
第６関節部５３１１ｆは、略円柱形状を有し、その先端側で、第５リンク５３１３ｅの基端を、鉛直方向と平行な回転軸（第６軸Ｏ６）まわりに回動可能に支持する。第６関節部５３１１ｆの基端には、第６リンク５３１３ｆの先端が固定的に接続される。
【０１７２】
第６リンク５３１３ｆは鉛直方向に延伸する棒状の部材であり、その基端はベース部５３１５の上面に固定的に接続される。
【０１７３】
第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆの回転可能範囲は、顕微鏡部５３０３が所望の動きを可能であるように適宜設定されている。これにより、以上説明した構成を有するアーム部５３０９においては、顕微鏡部５３０３の動きに関して、並進３自由度及び回転３自由度の計６自由度の動きが実現され得る。このように、顕微鏡部５３０３の動きに関して６自由度が実現されるようにアーム部５３０９を構成することにより、アーム部５３０９の可動範囲内において顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を自由に制御することが可能になる。従って、あらゆる角度から術部を観察することが可能となり、手術をより円滑に実行することができる。
【０１７４】
なお、図示するアーム部５３０９の構成はあくまで一例であり、アーム部５３０９を構成するリンクの数及び形状（長さ）、並びに関節部の数、配置位置及び回転軸の方向等は、所望の自由度が実現され得るように適宜設計されてよい。例えば、上述したように、顕微鏡部５３０３を自由に動かすためには、アーム部５３０９は６自由度を有するように構成されることが好ましいが、アーム部５３０９はより大きな自由度（すなわち、冗長自由度）を有するように構成されてもよい。冗長自由度が存在する場合には、アーム部５３０９においては、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が固定された状態で、アーム部５３０９の姿勢を変更することが可能となる。従って、例えば表示装置５３１９を見る術者の視界にアーム部５３０９が干渉しないように当該アーム部５３０９の姿勢を制御する等、術者にとってより利便性の高い制御が実現され得る。
【０１７５】
ここで、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆには、モータ等の駆動機構、及び各関節部における回転角度を検出するエンコーダ等が搭載されたアクチュエータが設けられ得る。そして、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆに設けられる各アクチュエータの駆動が制御装置５３１７によって適宜制御されることにより、アーム部５３０９の姿勢、すなわち顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が制御され得る。具体的には、制御装置５３１７は、エンコーダによって検出された各関節部の回転角度についての情報に基づいて、アーム部５３０９の現在の姿勢、並びに顕微鏡部５３０３の現在の位置及び姿勢を把握することができる。制御装置５３１７は、把握したこれらの情報を用いて、ユーザからの操作入力に応じた顕微鏡部５３０３の移動を実現するような各関節部に対する制御値（例えば、回転角度又は発生トルク等）を算出し、当該制御値に応じて各関節部の駆動機構を駆動させる。なお、この際、制御装置５３１７によるアーム部５３０９の制御方式は限定されず、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式が適用されてよい。
【０１７６】
例えば、術者が、図示しない入力装置を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じて制御装置５３１７によってアーム部５３０９の駆動が適宜制御され、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、顕微鏡部５３０３を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、当該入力装置としては、術者の利便性を考慮して、例えばフットスイッチ等、術者が手に術具を有していても操作可能なものが適用されることが好ましい。また、ウェアラブルデバイスや手術室内に設けられるカメラを用いたジェスチャ検出や視線検出に基づいて、非接触で操作入力が行われてもよい。これにより、清潔域に属するユーザであっても、不潔域に属する機器をより自由度高く操作することが可能になる。あるいは、アーム部５３０９は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５３０９は、手術室から離れた場所に設置される入力装置を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【０１７７】
また、力制御が適用される場合には、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５３０９が移動するように第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆのアクチュエータが駆動される、いわゆるパワーアシスト制御が行われてもよい。これにより、ユーザが、顕微鏡部５３０３を把持して直接その位置を移動させようとする際に、比較的軽い力で顕微鏡部５３０３を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で顕微鏡部５３０３を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０１７８】
また、アーム部５３０９は、ピボット動作をするようにその駆動が制御されてもよい。ここで、ピボット動作とは、顕微鏡部５３０３の光軸が空間上の所定の点（以下、ピボット点という）を常に向くように、顕微鏡部５３０３を移動させる動作である。ピボット動作によれば、同一の観察位置を様々な方向から観察することが可能となるため、より詳細な患部の観察が可能となる。なお、顕微鏡部５３０３が、その焦点距離を調整不可能に構成される場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が固定された状態でピボット動作が行われることが好ましい。この場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離を、顕微鏡部５３０３の固定的な焦点距離に調整しておけばよい。これにより、顕微鏡部５３０３は、ピボット点を中心とする焦点距離に対応する半径を有する半球面（図２０に概略的に図示する）上を移動することとなり、観察方向を変更しても鮮明な撮像画像が得られることとなる。一方、顕微鏡部５３０３が、その焦点距離を調整可能に構成される場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が可変な状態でピボット動作が行われてもよい。この場合には、例えば、制御装置５３１７は、エンコーダによって検出された各関節部の回転角度についての情報に基づいて、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離を算出し、その算出結果に基づいて顕微鏡部５３０３の焦点距離を自動で調整してもよい。あるいは、顕微鏡部５３０３にＡＦ機能が設けられる場合であれば、ピボット動作によって顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が変化するごとに、当該ＡＦ機能によって自動で焦点距離の調整が行われてもよい。
【０１７９】
また、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆには、その回転を拘束するブレーキが設けられてもよい。当該ブレーキの動作は、制御装置５３１７によって制御され得る。例えば、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を固定したい場合には、制御装置５３１７は各関節部のブレーキを作動させる。これにより、アクチュエータを駆動させなくてもアーム部５３０９の姿勢、すなわち顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が固定され得るため、消費電力を低減することができる。顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を移動したい場合には、制御装置５３１７は、各関節部のブレーキを解除し、所定の制御方式に従ってアクチュエータを駆動させればよい。
【０１８０】
このようなブレーキの動作は、上述した操作部５３０７を介したユーザによる操作入力に応じて行われ得る。ユーザは、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を移動したい場合には、操作部５３０７を操作し、各関節部のブレーキを解除させる。これにより、アーム部５３０９の動作モードが、各関節部における回転を自由に行えるモード（オールフリーモード）に移行する。また、ユーザは、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を固定したい場合には、操作部５３０７を操作し、各関節部のブレーキを作動させる。これにより、アーム部５３０９の動作モードが、各関節部における回転が拘束されたモード（固定モード）に移行する。
【０１８１】
制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１及び表示装置５３１９の動作を制御することにより、顕微鏡手術システム５３００の動作を統括的に制御する。例えば、制御装置５３１７は、所定の制御方式に従って第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆのアクチュエータを動作させることにより、アーム部５３０９の駆動を制御する。また、例えば、制御装置５３１７は、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆのブレーキの動作を制御することにより、アーム部５３０９の動作モードを変更する。また、例えば、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１の顕微鏡部５３０３の撮像部によって取得された画像信号に各種の信号処理を施すことにより、表示用の画像データを生成するとともに、当該画像データを表示装置５３１９に表示させる。当該信号処理では、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise  reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）及び／又は拡大処理（すなわち、電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が行われてよい。
【０１８２】
なお、制御装置５３１７と顕微鏡部５３０３との通信、及び制御装置５３１７と第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆとの通信は、有線通信であってもよいし無線通信であってもよい。有線通信の場合には、電気信号による通信が行われてもよいし、光通信が行われてもよい。この場合、有線通信に用いられる伝送用のケーブルは、その通信方式に応じて電気信号ケーブル、光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルとして構成され得る。一方、無線通信の場合には、手術室内に伝送ケーブルを敷設する必要がなくなるため、当該伝送ケーブルによって医療スタッフの手術室内の移動が妨げられる事態が解消され得る。
【０１８３】
制御装置５３１７は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイコン若しくは制御基板等であり得る。制御装置５３１７のプロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した各種の機能が実現され得る。なお、図示する例では、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１と別個の装置として設けられているが、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１のベース部５３１５の内部に設置され、顕微鏡装置５３０１と一体的に構成されてもよい。あるいは、制御装置５３１７は、複数の装置によって構成されてもよい。例えば、顕微鏡部５３０３や、アーム部５３０９の第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆにそれぞれマイコンや制御基板等が配設され、これらが互いに通信可能に接続されることにより、制御装置５３１７と同様の機能が実現されてもよい。
【０１８４】
表示装置５３１９は、手術室内に設けられ、制御装置５３１７からの制御により、当該制御装置５３１７によって生成された画像データに対応する画像を表示する。つまり、表示装置５３１９には、顕微鏡部５３０３によって撮影された術部の画像が表示される。なお、表示装置５３１９は、術部の画像に代えて、又は術部の画像とともに、例えば患者の身体情報や手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を表示してもよい。この場合、表示装置５３１９の表示は、ユーザによる操作によって適宜切り替えられてよい。あるいは、表示装置５３１９は複数設けられてもよく、複数の表示装置５３１９のそれぞれに、術部の画像や手術に関する各種の情報が、それぞれ表示されてもよい。なお、表示装置５３１９としては、液晶ディスプレイ装置又はＥＬ（Electro  Luminescence）ディスプレイ装置等、各種の公知の表示装置が適用されてよい。
【０１８５】
図２１は、図２０に示す顕微鏡手術システム５３００を用いた手術の様子を示す図である。図２１では、術者５３２１が、顕微鏡手術システム５３００を用いて、患者ベッド５３２３上の患者５３２５に対して手術を行っている様子を概略的に示している。なお、図２１では、簡単のため、顕微鏡手術システム５３００の構成のうち制御装置５３１７の図示を省略するとともに、顕微鏡装置５３０１を簡略化して図示している。
【０１８６】
図２１に示すように、手術時には、顕微鏡手術システム５３００を用いて、顕微鏡装置５３０１によって撮影された術部の画像が、手術室の壁面に設置される表示装置５３１９に拡大表示される。表示装置５３１９は、術者５３２１と対向する位置に設置されており、術者５３２１は、表示装置５３１９に映し出された映像によって術部の様子を観察しながら、例えば患部の切除等、当該術部に対して各種の処置を行う。
【０１８７】
以上、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システム５３００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として顕微鏡手術システム５３００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、顕微鏡装置５３０１は、その先端に顕微鏡部５３０３に代えて他の観察装置や他の術具を支持する、支持アーム装置としても機能し得る。当該他の観察装置としては、例えば内視鏡が適用され得る。また、当該他の術具としては、鉗子、攝子、気腹のための気腹チューブ、又は焼灼によって組織の切開や血管の封止を行うエネルギー処置具等が適用され得る。これらの観察装置や術具を支持アーム装置によって支持することにより、医療スタッフが人手で支持する場合に比べて、より安定的に位置を固定することが可能となるとともに、医療スタッフの負担を軽減することが可能となる。本開示に係る技術は、このような顕微鏡部以外の構成を支持する支持アーム装置に適用されてもよい。
【０１８８】
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、顕微鏡装置５３０１及び制御装置５３１７に好適に適用され得る。具体的には、本開示に係る技術のうち、撮像装置２００と、駆動制御機構３００の一部の機能と、を、上記顕微鏡装置５３０１に適用し、演算処理装置４００の機能を、制御装置５３１７に適用することができる。その上で、本開示に係る技術のうち、照明装置１００と、駆動制御機構３００の一部の機能と、を別途設ければよい。本開示に係る技術を適用することで、手術中に、生体組織の内部構造が反映された構造情報画像を得ることができるため、生体組織の分別をより安全かつ確実に実施することが可能となり、ひいては、手術そのものをより安全にかつより確実に行うことが可能になる。
【０１８９】
（応用例：内視鏡手術システムへの応用）
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１９０】
図２２は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム６０００の概略的な構成の一例を示す図である。図２２では、術者（医師）６０６７が、内視鏡手術システム６０００を用いて、患者ベッド６０６９上の患者６０７１に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム６０００は、内視鏡６００１と、その他の術具６０１７と、内視鏡６００１を支持する支持アーム装置６０２７と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート６０３７と、から構成される。
【０１９１】
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ６０２５ａ〜６０２５ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ６０２５ａ〜６０２５ｄから、内視鏡６００１の鏡筒６００３や、その他の術具６０１７が患者６０７１の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具６０１７として、気腹チューブ６０１９、エネルギー処置具６０２１及び鉗子６０２３が、患者６０７１の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具６０２１は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具６０１７はあくまで一例であり、術具６０１７としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
【０１９２】
内視鏡６００１によって撮影された患者６０７１の体腔内の術部の画像が、表示装置６０４１に表示される。術者６０６７は、表示装置６０４１に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具６０２１や鉗子６０２３を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ６０１９、エネルギー処置具６０２１及び鉗子６０２３は、手術中に、術者６０６７又は助手等によって支持される。
【０１９３】
（支持アーム装置）
支持アーム装置６０２７は、ベース部６０２９から延伸するアーム部６０３１を備える。図示する例では、アーム部６０３１は、関節部６０３３ａ、６０３３ｂ、６０３３ｃ、及びリンク６０３５ａ、６０３５ｂから構成されており、アーム制御装置６０４５からの制御により駆動される。アーム部６０３１によって内視鏡６００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡６００１の安定的な位置の固定が実現され得る。
【０１９４】
（内視鏡）
内視鏡６００１は、先端から所定の長さの領域が患者６０７１の体腔内に挿入される鏡筒６００３と、鏡筒６００３の基端に接続されるカメラヘッド６００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒６００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡６００１を図示しているが、内視鏡６００１は、軟性の鏡筒６００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０１９５】
鏡筒６００３の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡６００１には光源装置６０４３が接続されており、当該光源装置６０４３によって生成された光が、鏡筒６００３の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者６０７１の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡６００１は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０１９６】
カメラヘッド６００５の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Camera  Control  Unit）６０３９に送信される。なお、カメラヘッド６００５には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
【０１９７】
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド６００５には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒６００３の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
【０１９８】
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ６０３９は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等によって構成され、内視鏡６００１及び表示装置６０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ６０３９は、カメラヘッド６００５から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。ＣＣＵ６０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置６０４１に提供する。また、ＣＣＵ６０３９は、カメラヘッド６００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
【０１９９】
表示装置６０４１は、ＣＣＵ６０３９からの制御により、当該ＣＣＵ６０３９によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡６００１が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置６０４１としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置６０４１として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置６０４１が設けられてもよい。
【０２００】
光源装置６０４３は、例えばＬＥＤ（light  emitting  diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡６００１に供給する。
【０２０１】
アーム制御装置６０４５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置６０２７のアーム部６０３１の駆動を制御する。
【０２０２】
入力装置６０４７は、内視鏡手術システム６０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置６０４７を介して、内視鏡手術システム６０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置６０４７を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置６０４７を介して、アーム部６０３１を駆動させる旨の指示や、内視鏡６００１による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示、エネルギー処置具６０２１を駆動させる旨の指示等を入力する。
【０２０３】
入力装置６０４７の種類は限定されず、入力装置６０４７は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置６０４７としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ６０５７及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置６０４７としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置６０４１の表示面上に設けられてもよい。
【０２０４】
あるいは、入力装置６０４７は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head  Mounted  Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置６０４７は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置６０４７は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置６０４７が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者６０６７）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
【０２０５】
処置具制御装置６０４９は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具６０２１の駆動を制御する。気腹装置６０５１は、内視鏡６００１による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者６０７１の体腔を膨らめるために、気腹チューブ６０１９を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ６０５３は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ６０５５は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０２０６】
以下、内視鏡手術システム６０００において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
【０２０７】
（支持アーム装置）
支持アーム装置６０２７は、基台であるベース部６０２９と、ベース部６０２９から延伸するアーム部６０３１と、を備える。図示する例では、アーム部６０３１は、複数の関節部６０３３ａ、６０３３ｂ、６０３３ｃと、関節部６０３３ｂによって連結される複数のリンク６０３５ａ、６０３５ｂと、から構成されているが、図２２では、簡単のため、アーム部６０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部６０３１が所望の自由度を有するように、関節部６０３３ａ〜６０３３ｃ及びリンク６０３５ａ、６０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部６０３３ａ〜６０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部６０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部６０３１の可動範囲内において内視鏡６００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡６００１の鏡筒６００３を患者６０７１の体腔内に挿入することが可能になる。
【０２０８】
関節部６０３３ａ〜６０３３ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部６０３３ａ〜６０３３ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置６０４５によって制御されることにより、各関節部６０３３ａ〜６０３３ｃの回転角度が制御され、アーム部６０３１の駆動が制御される。これにより、内視鏡６００１の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置６０４５は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部６０３１の駆動を制御することができる。
【０２０９】
例えば、術者６０６７が、入力装置６０４７（フットスイッチ６０５７を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置６０４５によってアーム部６０３１の駆動が適宜制御され、内視鏡６００１の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部６０３１の先端の内視鏡６００１を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部６０３１は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部６０３１は、手術室から離れた場所に設置される入力装置６０４７を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【０２１０】
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置６０４５は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部６０３１が移動するように、各関節部６０３３ａ〜６０３３ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部６０３１に触れながらアーム部６０３１を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部６０３１を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡６００１を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０２１１】
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡６００１が支持されていた。これに対して、支持アーム装置６０２７を用いることにより、人手によらずに内視鏡６００１の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
【０２１２】
なお、アーム制御装置６０４５は必ずしもカート６０３７に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置６０４５は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置６０４５は、支持アーム装置６０２７のアーム部６０３１の各関節部６０３３ａ〜６０３３ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置６０４５が互いに協働することにより、アーム部６０３１の駆動制御が実現されてもよい。
【０２１３】
（光源装置）
光源装置６０４３は、内視鏡６００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置６０４３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置６０４３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド６００５の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０２１４】
また、光源装置６０４３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド６００５の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０２１５】
また、光源装置６０４３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow  Band  Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置５０４３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０２１６】
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図２３を参照して、内視鏡６００１のカメラヘッド６００５及びＣＣＵ６０３９の機能についてより詳細に説明する。図２３は、図２２に示すカメラヘッド６００５及びＣＣＵ６０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０２１７】
図２３を参照すると、カメラヘッド６００５は、その機能として、レンズユニット６００７と、撮像部６００９と、駆動部６０１１と、通信部６０１３と、カメラヘッド制御部６０１５と、を有する。また、ＣＣＵ６０３９は、その機能として、通信部６０５９と、画像処理部６０６１と、制御部６０６３と、を有する。カメラヘッド６００５とＣＣＵ６０３９とは、伝送ケーブル６０６５によって双方向に通信可能に接続されている。
【０２１８】
まず、カメラヘッド６００５の機能構成について説明する。レンズユニット６００７は、鏡筒６００３との接続部に設けられる光学系である。鏡筒６００３の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド６００５まで導光され、当該レンズユニット６００７に入射する。レンズユニット６００７は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット６００７は、撮像部６００９の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
【０２１９】
撮像部６００９は撮像素子によって構成され、レンズユニット６００７の後段に配置される。レンズユニット６００７を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部６００９によって生成された画像信号は、通信部６０１３に提供される。
【０２２０】
撮像部６００９を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者６０６７は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
【０２２１】
また、撮像部６００９を構成する撮像素子は、３Ｄ表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成される。３Ｄ表示が行われることにより、術者６０６７は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部６００９が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット６００７も複数系統設けられる。
【０２２２】
また、撮像部６００９は、必ずしもカメラヘッド６００５に設けられなくてもよい。例えば、撮像部６００９は、鏡筒６００３の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０２２３】
駆動部６０１１は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部６０１５からの制御により、レンズユニット６００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部６００９による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０２２４】
通信部６０１３は、ＣＣＵ６０３９との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部６０１３は、撮像部６００９から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル６０６５を介してＣＣＵ６０３９に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者６０６７が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部６０１３には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル６０６５を介してＣＣＵ６０３９に送信される。
【０２２５】
また、通信部６０１３は、ＣＣＵ６０３９から、カメラヘッド６００５の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部６０１３は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部６０１５に提供する。なお、ＣＣＵ６０３９からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部６０１３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部６０１５に提供される。
【０２２６】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ６０３９の制御部６０６３によって自動的に設定される。つまり、いわゆるＡＥ（Auto  Exposure）機能、ＡＦ（Auto  Focus）機能及びＡＷＢ（Auto  White  Balance）機能が内視鏡５００１に搭載される。
【０２２７】
カメラヘッド制御部６０１５は、通信部６０１３を介して受信したＣＣＵ６０３９からの制御信号に基づいて、カメラヘッド６００５の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部６０１５は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部６００９の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部６０１５は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部６０１１を介してレンズユニット６００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部６０１５は、更に、鏡筒６００３やカメラヘッド６００５を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
【０２２８】
なお、レンズユニット６００７や撮像部６００９等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド６００５について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
【０２２９】
次に、ＣＣＵ６０３９の機能構成について説明する。通信部６０５９は、カメラヘッド６００５との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部６０５９は、カメラヘッド６００５から、伝送ケーブル６０６５を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５０５９には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５０５９は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部６０６１に提供する。
【０２３０】
また、通信部６０５９は、カメラヘッド６００５に対して、カメラヘッド６００５の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
【０２３１】
画像処理部６０６１は、カメラヘッド６００５から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise  reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部６０６１は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
【０２３２】
画像処理部６０６１は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部６０６１が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部６０６１は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
【０２３３】
制御部６０６３は、内視鏡６００１による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部６０６３は、カメラヘッド６００５の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部６０６３は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡６００１にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部６０６３は、画像処理部６０６１による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
【０２３４】
また、制御部６０６３は、画像処理部６０６１によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置６０４１に表示させる。この際、制御部６０６３は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部６０６３は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具６０２１使用時のミスト等を認識することができる。制御部６０６３は、表示装置６０４１に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者６０６７に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
【０２３５】
カメラヘッド６００５及びＣＣＵ６０３９を接続する伝送ケーブル６０６５は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０２３６】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル６０６５を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド６００５とＣＣＵ６０３９との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル６０６５を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル６０６５によって妨げられる事態が解消され得る。
【０２３７】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム６０００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム６０００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
【０２３８】
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、カメラヘッド６００５、ＣＣＵ６０３９及び光源装置６０４３に好適に適用され得る。具体的には、本開示に係る技術のうち、照明装置１００と、駆動制御機構３００の一部の機能と、を光源装置６０４３に適用し、撮像装置２００と、駆動制御機構３００の一部の機能と、を、上記カメラヘッド６００５に適用し、演算処理装置４００の機能を、ＣＣＵ６０３９に適用することができる。本開示に係る技術を適用することで、手術中に、生体組織の内部構造が反映された構造情報画像を得ることができるため、生体組織の分別をより安全かつ確実に実施することが可能となり、ひいては、手術そのものをより安全にかつより確実に行うことが可能になる。
【０２３９】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０２４０】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０２４１】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
［１］生体組織に対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して前記偏光の状態が相違するように複数の照射条件で照射可能な照明装置と、
前記複数の照射条件で照射された前記偏光の前記生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する撮像装置と、
前記生体組織における同一の撮像部位からそれぞれ得られた前記偏光撮像画像を用いて、前記撮像部位における前記生体組織の内部構造を反映した構造情報画像を生成する構造情報画像生成部と、
を備え、
前記構造情報画像生成部は、得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成し、生成した差分画像を前記構造情報画像とする、手術用生体組織撮像装置。
［２］前記照明装置は、前記撮像部位に対して前記偏光を照射する際に、前記照明装置の光軸と前記撮像装置の光軸とのなす角、及び、前記偏光状態の少なくとも何れかを互いに相違させることで、非偏光状態も含む前記複数の照射条件を設定する、［１］に記載の手術用生体組織撮像装置。
［３］前記照明装置には、照射される前記偏光の偏光角を制御する偏光子が設けられており、
前記手術用生体組織撮像装置は、
前記照明装置から照射される前記偏光の照射条件を少なくとも制御する照明制御部と、
前記偏光子の状態を変化させる偏光子制御機構と、
を更に備え、
前記照明制御部は、前記偏光子制御機構により、前記照明装置の光軸を回転軸として前記偏光子を所定の角度回転させることで、前記偏光状態を変化させる、［２］に記載の手術用生体組織撮像装置。
［４］前記手術用生体組織撮像装置は、
前記照明装置から照射される前記偏光の照射条件を少なくとも制御する照明制御部と、
前記照明装置及び前記撮像装置の相対的な位置関係を変化させる位置関係制御機構と、
を更に備え、
前記照明制御部は、前記位置関係制御機構により前記照明装置及び前記撮像装置の少なくとも何れか一方の設置位置を変化させることで、前記偏光状態を変化させる、［２］又は［３］に記載の手術用生体組織撮像装置。
［５］前記照明装置は、円弧状のアームにより保持されており、
前記照明制御部は、前記位置関係制御機構により前記照明装置を前記アームに沿って移動させることで、前記偏光状態を変化させる、［４］に記載の手術用生体組織撮像装置。
［６］前記手術用生体組織撮像装置は、
前記撮像装置により生成された前記偏光撮像画像を用いて前記生体組織の種別を認識する生体組織認識部と、
生体組織の種別に応じた前記複数の照射条件に関する設定情報を記憶する記憶部と、
前記照明装置から照射される前記偏光の照射条件を少なくとも制御する照明制御部と、
を更に備え、
前記照明制御部は、前記生体組織認識部による前記生体組織の種別の認識結果に基づき、前記記憶部から、前記認識結果に適合する前記複数の照射条件に関する設定情報を取得し、取得した前記設定情報を用いて前記偏光状態を変化させる、［２］〜［５］の何れか１つに記載の手術用生体組織撮像装置。
［７］前記照明装置は、波長の異なる光を出射可能な１又は複数の光源で構成されており、
前記照明装置は、前記撮像部位に対して前記偏光を照射する際に、前記偏光の波長を互いに相違させることで、前記複数の照射条件を設定する、［１］〜［６］の何れか１つに記載の手術用生体組織撮像装置。
［８］前記構造情報画像生成部は、
複数の前記偏光撮像画像又は複数の前記差分画像の少なくとも一部を用いて、画像強度を成分とする行列を生成した後、生成した前記行列の固有ベクトルを複数算出し、
算出した複数の前記固有ベクトルを用いて、前記撮像部位の所定の位置について、前記複数の固有ベクトルの混合比率を算出し、
算出した前記混合比率に基づき、前記撮像部位のうち互いに類似する部位を識別する、［１］〜［７］の何れか１つに記載の手術用生体組織撮像装置。
［９］前記手術用生体組織撮像装置は、生成された前記構造情報画像の表示画面への出力を少なくとも制御する表示制御部を更に備え、
前記表示制御部は、生成された前記構造情報画像について、前記混合比率が類似する部位を強調するように前記表示画面へ表示させる、［８］に記載の手術用生体組織撮像装置。
［１０］前記撮像装置は、撮像素子が実装された手術用顕微鏡である、［１］に記載の手術用生体組織撮像装置。
［１１］前記撮像装置は、撮像素子が実装された手術用内視鏡である、［１］に記載の手術用生体組織撮像装置。
［１２］生体組織に対して、所定の偏光状態を有する偏光を、同一の撮像部位に対して前記偏光の状態が相違するように複数の照射条件で照射可能な照明装置により、前記生体組織における同一の撮像部位を、前記複数の照射条件でそれぞれ別個に照明することと、
前記複数の照射条件で照射された前記偏光の前記生体組織からの反射光を互いに区別して撮像して、偏光を用いた生体組織の撮像画像である偏光撮像画像を複数生成する撮像装置により、同一の撮像部位について、複数の照射条件下で照射された前記偏光の反射光を互いに区別して撮像して、複数の前記偏光撮像画像を生成することと、
前記同一の撮像部位から得られた複数の前記偏光撮像画像を用いて差分画像を生成し、生成した差分画像を、前記撮像部位における前記生体組織の内部構造を反映した構造情報画像とすることと、
を含む、生体組織の撮像方法。
【符号の説明】
【０２４２】
１０    手術用生体組織撮像装置
１００    照明装置
１０１    照明光源
１０３    偏光子
２００    撮像装置
２０１    撮像素子
２０３    結像光学系
２１１    偏光子
３００    駆動制御機構
３０１，３１１    偏光子制御機構
３２１    位置関係制御機構
４００    演算処理装置
４０１    統括制御部
４０３    データ取得部
４０５    構造情報画像生成部
４０７    処理結果出力部
４０９    表示制御部
４１１    記憶部
４１３    生体組織認識部
４３１    差分画像生成部
４３３    固有ベクトル算出部
４３５    混合比率算出部
４３７    類似部位識別部
【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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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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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