(57)【要約】内視鏡システム（１）は、光束断面において明部および暗部が空間的に繰り返される強度分布を有する照明光（Ｌ）を被写体（Ａ）に照射する照明部（４）と、暗部の幅を変化させる強度分布変更部（５）と、暗部の幅が相互に異なる照明光（Ｌ）で照明されている被写体（Ａ）の複数の照明画像を取得する撮像部（６）と、各照明画像から第１の分離画像および第２の分離画像を作成し、第１の分離画像が被写体（Ａ）の深層の情報を第２の分離画像よりも多く含む、分離処理部（７）と、第１の分離画像間の変化および第２の分離画像間の変化に基づいて被写体（Ａ）内の特徴部の深さ情報を算出する演算部（８）とを備える。
2019234831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を被写体に照射し、前記照明光が、光軸に垂直な光束断面において明部および暗部が空間的に繰り返される強度分布を有する、照明部と、
前記照明光の前記強度分布における前記暗部の幅を変化させる強度分布変更部と、
前記暗部の幅が相互に異なる照明光で照明されている前記被写体の複数の照明画像を取得する撮像部と、
前記複数の照明画像の各々から第１の分離画像および第２の分離画像を作成し、前記第１の分離画像が、前記被写体の深層の情報を前記第２の分離画像よりも多く含む、分離処理部と、
前記複数の照明画像から作成された複数の前記第１の分離画像および複数の前記第２の分離画像に基づいて前記被写体内の特徴部の深さ情報を算出する演算部とを備え、
前記分離処理部が、前記強度分布の前記明部、前記暗部、および前記明部と前記暗部の間の強度を有する部分のそれぞれと対応する前記照明画像内の画素の強度値のうち、少なくとも２つの強度値に基づいて、前記第１および第２の分離画像を作成し、
前記演算部が、前記複数の第１の分離画像間の変化および前記複数の第２の分離画像間の変化に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する内視鏡システム。
【請求項２】
前記照明部が、前記撮像部と前記被写体との間の撮影距離に比例して前記被写体上での前記明部および前記暗部のパターンが拡大されるように、前記照明光を発散光束として射出する請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記撮像部と前記被写体との間の撮影距離を計測する撮影距離計測部を備え、
前記強度分布変更部は、前記被写体上での前記照明光の強度分布が前記撮像部と前記被写体との間の距離に依らずに一定となるように、前記撮影距離に基づいて前記強度分布における前記明部と暗部との周期を変更する請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記照明光が、互いに異なる波長を有する複数の光からなり、該複数の光は、波長が長い程、前記明部と前記暗部との周期が小さくなる前記強度分布を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記照明光の前記強度分布は、帯状の前記明部および前記暗部が幅方向に交互に繰り返される縞状である請求項１から請求項４のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記照明光の前記強度分布の、前記明部および前記暗部の前記幅方向における強度プロファイルが、略正弦波形状である請求項５に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記照明光の偏光状態を制御する偏光制御部と、
前記被写体から前記撮像部に入射する光の偏光状態を選択する偏光選択部とを備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記演算部は、前記暗部の幅と、前記第１の分離画像と前記第２の分離画像との間の分離深さとが相互に対応付けられた対応表に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する請求項１から請求項７のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記演算部が、前記複数組の第１および第２の分離画像の各々のコントラストを算出し、該コントラストおよび前記対応表に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する請求項８に記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヘモグロビンの吸光特性が異なる３つの波長帯域の画像信号の比を利用して、観察範囲内にある血管の太さおよび深さを算出する内視鏡システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１７４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内視鏡検査によって病変部が発見されたとき、病変部がどの程度深くまで到達しているかを知ることが、その後の対応の決定に重要である。特許文献１の技術は、ヘモグロビンの吸光特性を利用しているため、深さを算出できる組織が血管に限られる。すなわち、正常部と比べて血管の変化が少ない病変部および血管を含まない病変部の深さを、特許文献１の技術によって算出することはできないという問題がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、被写体内の特徴部の深さ情報を特徴部の吸収特性に関わらず取得することができる内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、照明光を被写体に照射し、前記照明光が、光軸に垂直な光束断面において明部および暗部が空間的に繰り返される強度分布を有する、照明部と、前記照明光の前記強度分布における前記暗部の幅を変化させる強度分布変更部と、前記暗部の幅が相互に異なる照明光で照明されている前記被写体の複数の照明画像を取得する撮像部と、前記複数の照明画像の各々から第１の分離画像および第２の分離画像を作成し、前記第１の分離画像が、前記被写体の深層の情報を前記第２の分離画像よりも多く含む、分離処理部と、前記複数の照明画像から作成された複数の前記第１の分離画像および複数の前記第２の分離画像に基づいて前記被写体内の特徴部の深さ情報を算出する演算部とを備え、前記分離処理部が、前記強度分布の前記明部、前記暗部、および前記明部と前記暗部の間の強度を有する部分のそれぞれと対応する前記照明画像内の画素の強度値のうち、少なくとも２つの強度値に基づいて、前記第１および第２の分離画像を作成し、前記演算部が、前記複数の第１の分離画像間の変化および前記複数の第２の分離画像間の変化に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出する内視鏡システムである。【０００７】
本発明の一態様によれば、散乱体である被写体に照明光が照射されたときに、被写体の表面において鏡面反射された鏡面反射光（スペキュラ光）と、被写体内部の表層での散乱を経て被写体の表面から射出された表面散乱光と、被写体内部の深層での散乱を経て被写体の表面から射出された内部散乱光とが生じる。照明部から空間的に非一様な強度分布を有する照明光を被写体に照射することで、内部散乱光がスペキュラ光および表面散乱光とは空間的に分離される。すなわち、明部ではスペキュラ光、表面散乱光および内部散乱光が生じるのに対し、暗部では、明部から暗部まで回り込んだ内部散乱光が支配的に生じる。【０００８】
したがって、撮像部によって取得された照明画像内の暗部に対応する領域は、深層の情報を多く含み、明部に対応する領域は表面および表層の情報を多く含む。情報とは、生体組織に入射し、生体組織やその内部の構造物によって散乱、吸収などの変調を受けて生体組織から射出される光の光量などを意味する。分離処理部は、明部、暗部および明部と暗部の間の強度を有する部分のそれぞれと対応する画素の強度値のうち、少なくとも２つの強度値に基づいて、異なる深さの情報を多く含む第１および第２の分離画像を作成することができる。【０００９】
具体的には、分離処理部は、暗部に対応する領域の画素の強度値に基づいて、被写体の深層の情報を多く含む第１の分離画像（深層画像）を作成することができる。
また、分離処理部は、明部に対応する領域の画素の強度値に基づいて被写体の表面および表層の情報を多く含む第２の分離画像（表層画像）を作成することができる。あるいは、分離処理部は、明部と暗部の間の強度値を有する部分に対応する領域の画素の強度値に基づいて、深層よりも浅く表層よりも深い位置の情報を多く含む第２の分離画像を作成することができる。【００１０】
この場合に、被写体に照射される照明光の暗部の幅が、強度分布変更部によって変更され、暗部の幅が相互に異なる照明光で照明されている被写体の複数の照明画像が撮像部によって取得される。第１および第２の分離画像間の分離深さは、被写体における暗部の幅が大きい程、深くなる。分離深さとは、第１および第２の分離画像に含まれる情報の深さの大まかな境目である。すなわち、第１の分離画像は、分離深さよりも深い層の情報を主に含み、第２の分離画像は、分離深さよりも浅い層の情報を主に含む。暗部の幅が小さい程、第１の分離画像は、より浅い層の情報を含み、暗部の幅が大きい程、第２の分離画像は、より深い層の情報を含む。したがって、複数の照明画像から作成された複数の第１の分離画像の変化および第２の分離画像の変化に基づいて、被写体内の特徴部の深さ情報を取得することができる。また、特徴部による散乱光に基づく照明画像を用いることによって、特徴部の吸収特性に関わらず特徴部の深さ情報を取得することができる。【００１１】
上記態様においては、前記照明部が、前記撮像部と前記被写体との間の撮影距離に比例して前記被写体上での前記明部および前記暗部のパターンが拡大されるように、前記照明光を発散光束として射出してもよい。
この構成によって、撮影距離を変更するだけで被写体上での暗部の幅を変更させることができる。【００１２】
上記態様においては、前記撮像部と前記被写体との間の撮影距離を計測する撮影距離計測部を備え、前記強度分布変更部が、前記被写体上での前記照明光の強度分布が前記撮像部と前記被写体との間の距離に依らずに一定となるように、前記撮影距離に基づいて前記強度分布における前記明部と暗部との周期を変更してもよい。
この構成によって、照明部での暗部の幅と被写体上での暗部の幅との関係を、撮影距離に依らずに一定にすることができる。【００１３】
上記態様においては、前記照明光が、互いに異なる波長を有する複数の光からなり、該複数の光は、波長が長い程、前記明部と前記暗部との周期が小さくなる前記強度分布を有していてもよい。
被写体内に入射した光は、波長が長い程、深い位置まで到達するので、より長い波長の光の内部散乱光は、より深い層の情報を含む。波長が長い程、明部と暗部との周期を小さくすることによって、波長の違いによる情報の深さの違いを低減することができる。【００１４】
上記態様においては、前記照明光の前記強度分布は、帯状の前記明部および前記暗部が幅方向に交互に繰り返される縞状であってもよい。
この構成によって、簡便な明暗パターンで内部散乱光を効果的に分離することができる。また、解像度の高い第１および第２の分離画像の作成には、明部および暗部の位置が相互に異なる照明光で照明されている被写体の２枚以上の照明画像が使用される。強度分布を縞の幅方向にのみ変化させることによって、明部と暗部との位置を簡単に時間変化させることができる。【００１５】
上記態様においては、前記照明光の前記強度分布の、前記明部および前記暗部の前記幅方向における強度プロファイルが、略正弦波形状であってもよい。
正弦波状に強度が空間的に変化する照明光を被写体に照射することによって、最も強度の高い光が当てられているときの第２の分離画像用の強度値と、最も強度が低い光が当てられているときの第１の分離画像用の強度値とを、位相シフト法によって計算することができる。これにより、解像度の高い第１および第２の分離画像を少ない枚数の照明画像から作成することができる。【００１６】
上記態様においては、前記照明光の偏光状態を制御する偏光制御部と、前記被写体から前記撮像部に入射する光の偏光状態を選択する偏光選択部とを備えていてもよい。
被写体に照明光が照射されたときに、表面散乱光および内部散乱光に加えて、鏡面反射光（スペキュラ光）も発生し得る。スペキュラ光は、被写体の表面において鏡面反射された光であり、第２の分離画像に含まれる。スペキュラ光は照明光と同一の偏光状態を有するのに対し、表面散乱光および内部散乱光は特定の偏光状態を有しない。したがって、偏光選択部によってスペキュラ光以外の光を選択的に撮像部に入射させることにより、スペキュラ光を含まない第２の分離画像を作成することができる。そして、スペキュラ光を含まない第２の分離画像に基づいて、特徴部のより正確な深さ情報を取得することができる。【００１７】
上記態様においては、前記演算部は、前記暗部の幅と、前記第１の分離画像と前記第２の分離画像との間の分離深さとが相互に対応付けられた対応表に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出してもよい。
この構成によって、各分離画像がどの程度の深さの層の情報を含んでいるかを、対応表において暗部の幅と対応付けられている分離深さから知ることができる。したがって、特徴部を含む分離画像の分離深さを対応表から取得することによって、特徴部の深さ情報を簡単に算出することができる。【００１８】
上記態様においては、前記演算部が、前記複数組の第１および第２の分離画像の各々のコントラストを算出し、該コントラストおよび前記対応表に基づいて前記特徴部の深さ情報を算出してもよい。
特徴部を含む分離画像のコントラストは、特徴部を含まない分離画像のコントラストに比べて高くなる。したがって、特徴部を含む分離画像をコントラストに基づいて容易に特定することができる。そして、特定された分離画像の暗部の幅と対応付けられている分離深さを対応表から取得することによって、特徴部の深さ情報を算出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、被写体内の特徴部の深さ情報を特徴部の吸収特性に関わらず取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内視鏡システムの全体構成図である。
【図２】照明光の明暗パターンの時間変化の一例を示す図である。
【図３】分離処理部による表層画像および深層画像の作成方法を説明する図である。
【図４Ａ】照明光の暗部の幅と分離深さとの関係を説明する図である。
【図４Ｂ】照明光の暗部の幅と分離深さとの関係を説明する図である。
【図５Ａ】生体組織に照射される照明光の明暗パターンのピッチと、分離深さとの関係を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａの生体組織の表層画像および深層画像を示す図であり、分離深さと表層画像および深層画像のコントラストとの関係を説明する図である。
【図６】分離深さと、表層画像および深層画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【図７】照明光の明暗パターンのピッチと、表層画像および深層画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【図８】照明光の明暗パターンのピッチと、分離深さとの関係を示すグラフである。
【図９】図１の内視鏡システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】照明部および強度分布変更部の他の構成例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの照明部によって生成される照明光の明暗パターンおよびその時間変化を説明する図である。
【図１０Ｃ】照明部および強度分布変更部の他の構成例を示す図である。
【図１１Ａ】照明光の強度分布の時間変化の他の例を説明する図である。
【図１１Ｂ】図１１ＡのＩ−Ｉ線における照明光の強度の空間プロファイルを示す図である。
【図１２】偏光制御部および偏光選択部を備える内視鏡システムの変形例の部分構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態に係る内視鏡システム１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示されるように、体内を観察する内視鏡２と、内視鏡２の基端に接続された本体部３とを備えている。
また、内視鏡システム１は、体内の生体組織（被写体）Ａを明暗パターンを有する照明光Ｌで照明する照明部４と、照明光Ｌの明暗パターンを変化させる強度分布変更部５と、照明光Ｌで照明されている生体組織Ａの照明画像を取得する撮像部６と、照明画像から表層画像（第２の分離画像）および深層画像（第１の分離画像）を作成する分離処理部７と、表層画像および深層画像に基づいて生体組織Ａ内の特徴部Ｅ（図５Ａ参照。）の深さの情報を算出する演算部８とを備えている。特徴部Ｅは、生体組織Ａ内に存在する組織であり、例えば、血管または病変部である。
【００２２】
照明部４は、光軸に垂直な光束断面において空間的に非一様な強度分布を有する照明光Ｌを生成し、内視鏡２の先端から生体組織Ａに向かって照明光Ｌを射出する。照明光Ｌは、例えば、白色光、赤外光等の単波長光、赤、緑、青等の単色光、または、波長が異なる複数の光の混合光である。照明光Ｌは、一般に、光束の中心から周縁に向かって明るさが漸次低下する強度の勾配を有する。このような光束断面の全体的な強度勾配とは別に、照明光Ｌは、光束断面において、高強度の明部と該明部よりも低強度の暗部とが交互に繰り返される明暗パターンを有する。明暗パターンは、図２に示されるように、真っ直ぐな帯状の明部および暗部が、明部および暗部の長手方向に直交する幅方向にのみ交互に繰り返される縞パターンである。図２において、白い領域は明部を表し、黒い領域は暗部を表す。図２の明暗パターンでは、明部の幅と暗部の幅が相互に等しいが、明部の幅と暗部の幅は相互に異なっていてもよい。
【００２３】
照明部４は、図１に示されるように、本体部３に設けられた発光部４ａ、リフレクタ４ｂおよびマスク４ｃを備えている。また、照明部４は、内視鏡２に設けられたイメージガイドファイバ４ｄおよび投影レンズ４ｅを備えている。発光部４ａから出力された光は、リフレクタ４ｂによって集光され、マスク４ｃを照明する。マスク４ｃは、光を透過させる透光領域と、光を遮断する遮光領域とを有し、明暗パターンに対応する投影パターンが透光領域および遮光領域から形成されている。光がマスク４ｃを透過することによって明暗パターンを有する照明光Ｌが生成される。マスク４ｃは、光が入射する入射領域内の各位置の光透過率を電気的に制御することができる液晶素子である。マスク４ｃによって生成された照明光Ｌは、明暗パターンを保存しながらイメージガイドファイバ４ｄによって導光され、投影レンズ４ｅによって内視鏡２の先端から射出される。
【００２４】
強度分布変更部５は、図２に示されるように、明暗パターンにおける明部および暗部の位置と、明暗パターンのピッチ（明部および暗部の周期）Ｐとを時間変化させる。ピッチＰ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の変化によって、暗部の幅Ｗｄが変化する。
具体的には、強度分布変更部５は、明暗パターンを明部および暗部の幅方向に時間変化させ、明部と暗部の位置を相互に入れ替える。図２において、横方向が時間の流れを表している。これにより、生体組織Ａの表面Ｂ上の照明光Ｌの照射範囲内の各位置には、明部および暗部が投影される。強度分布変更部５は、明部および暗部の位置を時間変化させた後、ピッチＰを変更し、明部および暗部の位置を再び時間変化させる。強度分布変更部５は、ピッチＰの変更と、明部および暗部の位置の変更とを繰り返す。
【００２５】
強度分布変更部５は、マスク４ｃの入射領域内の各位置の光透過率を制御する制御素子を備える。液晶素子からなるマスク４ｃは、任意の投影パターンを形成することができ、任意の投影パターンを自由に時間変化させることができる。強度分布変更部５は、予め設定されたプログラムに従ってマスク４ｃの各位置の光透過率を制御することによって、照明光ＬのピッチＰおよび幅Ｗｄを時間変化させる。
【００２６】
撮像部６は、内視鏡２の先端に設けられ生体組織Ａからの光を集める撮像レンズ６ａと、撮像レンズ６ａによって形成された生体組織Ａの像を撮影する撮像素子６ｂとを備えている。撮像素子６ｂによって取得された照明画像は、撮像素子６ｂから分離処理部７に送信される。
【００２７】
ここで、生体組織Ａに照射される照明光Ｌの強度分布は、図２に示されるように強度分布変更部５によって時間変化する。撮像素子６ｂは、明暗パターンのピッチが相互に異なる複数組の第１照明画像および第２照明画像を取得する。第１照明画像および第２照明画像は、暗部と明部とが相互に入れ替わっている照明光Ｌで照明されている生体組織Ａの画像である。したがって、図３に示されるように、第１照明画像および第２照明画像は、明部の投影領域と暗部の投影領域とが相互に反転し、明部の投影領域同士および暗部の投影領域同士が補完し合う画像である。図３の第１照明画像および第２照明画像において、白い領域は明部の投影領域を表し、黒い領域は暗部の投影領域を表す。
したがって、強度分布変更部５による強度分布の変更のタイミングと撮像素子６ｂによる撮影のタイミングとが互いに同期するように、強度分布変更部５および撮像素子６ｂの動作は、本体部３内に設けられた図示しない制御装置によって制御される。
【００２８】
分離処理部７は、図３に示されるように、各組の第１照明画像および第２照明画像から１組の表層画像および深層画像を作成する。第１および第２照明画像の各位置の画素について、明部が投影されているときの強度値Ｉｍａｘと、暗部が投影されているときの強度値Ｉｍｉｎとが取得される。分離処理部７は、下式（１）から表層画像の各画素の強度値Ｉｓを算出し、強度値Ｉｓを有する表層画像を作成する。また、分離処理部７は、下式（２）から深層画像の各画素の強度値Ｉｄを算出し、強度値Ｉｄを有する深層画像を作成する。
Ｉｓ＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ      …（１）
Ｉｄ＝Ｉｍｉｎ×２      …（２）
【００２９】
散乱体である生体組織Ａに明暗パターンを有する照明光Ｌが照射されたときに、生体組織Ａからは、鏡面反射光（スペキュラ光）、表面散乱光および内部散乱光が発生する。
スペキュラ光は、生体組織Ａの表面Ｂで鏡面反射された照明光Ｌの反射光であり、明部の投影領域において発生する。
表面散乱光は、明部の投影領域から生体組織Ａ内に入射し、散乱を繰り返しながら表層Ｃを通過し、表面Ｂから射出された照明光Ｌの散乱光である。表面散乱光のほとんどは、明部の投影領域から射出される。
内部散乱光は、明部の投影領域から生体組織Ａ内に入射し、散乱を繰り返しながら深層Ｄを通過し、表面Ｂから射出された照明光Ｌの散乱光である。内部散乱光の一部は明部の投影領域から射出され、他の部分は暗部の投影領域まで伝播して暗部の投影領域から射出される。
【００３０】
すなわち、第１および第２照明画像内の暗部の投影領域の強度値Ｉｍｉｎは、主に内部散乱光に基づいており、深層Ｄの情報を主に含む。したがって、強度値Ｉｍｉｎに基づく深層画像は、深層Ｄの情報を主に含む画像である。一方、第１および第２照明画像内の明部の投影領域の強度値Ｉｍａｘは、スペキュラ光、表面散乱光および内部散乱光に基づいており、表面Ｂ、表層Ｃおよび深層Ｄの情報を含む。したがって、強度値Ｉｓに基づく表層画像は、深層Ｄの情報が除去され表面Ｂおよび表層Ｃの情報を主に含む画像である。
分離処理部７は、撮像部６によって取得された複数組の第１照明画像および第２照明画像から複数枚の深層画像および複数枚の表層画像を作成する。作成された表層画像および深層画像は、演算部８に送信される。
【００３１】
ここで、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、表層画像と深層画像との分離深さは、生体組織Ａの表面Ｂ上での暗部の幅Ｗｄに依存する。分離深さとは、表層画像に含まれる情報の深さと深層画像に含まれる情報の深さとの大まかな境目である。すなわち、表層画像は、表面Ｂから分離深さまでの層の情報を主に含み、深層画像は、分離深さよりも深い層の情報を主に含む。暗部の幅Ｗｄが大きい程、分離深さの位置は深くなる。
【００３２】
図５Ａは、照明光Ｌの明暗パターンのピッチ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５）と、生体組織Ａ内の分離深さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５）との関係を示している。図５Ｂは、各ピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の照明光Ｌに基づく表層画像および深層画像の例を示している。図５Ｂに示されるように、分離深さよりも浅い位置の特徴部Ｅは、表層画像に含まれるが深層画像には含まれない。一方、分離深さよりも深い位置の特徴部Ｅは、深層画像には含まれるが表層画像には含まれない。
【００３３】
演算部８は、分離処理部７から複数枚の深層画像および複数枚の表層画像を受け取り、複数枚の深層画像および複数枚の表層画像の各々のコントラストを算出する。図６に示されるように、特徴部Ｅを含む表層画像のコントラストは、特徴部Ｅを含まない表層画像のコントラストに比べて大きくなる。同様に、特徴部Ｅを含む深層画像のコントラストは、特徴部Ｅを含まない深層画像のコントラストに比べて大きくなる。図６において、破線で囲まれている範囲が、特徴部Ｅが存在する深さの範囲を示している。図７は、明暗パターンのピッチＰとコントラストとの関係を表している。図８は、明暗パターンのピッチＰと分離深さとの関係を表している。図７および図８から、図６の分離深さとコントラストとの関係が得られる。
【００３４】
演算部８は、分離深さに対する表層画像のコントラストの変化に基づいて、特徴部Ｅの浅い側（表面Ｂ側）の端の深さを算出する。例えば、特徴部Ｅを含まない分離深さｄ１の表層画像と、特徴部Ｅを含む分離深さｄ２の表層画像との間でコントラストが大きく変化する。演算部８は、このコントラストの大きな変化に基づき、特徴部Ｅの浅い側の端の深さがｄ１とｄ２との間であると算出する。
【００３５】
また、演算部８は、分離深さに対する深層画像のコントラストの変化に基づいて、特徴部Ｅの深い側の端の深さを算出する。特徴部Ｅを含む分離深さｄ３の深層画像と、特徴部Ｅを含まない分離深さｄ４の深層画像との間でコントラストが大きく変化する。演算部８は、このコントラストの大きな変化に基づき、特徴部Ｅの深い側の端の深さがｄ３とｄ４との間であると算出する。
演算部８によって算出された特徴部Ｅの深さ情報は、例えば、本体部３に接続された表示装置（図示略）に表示される。
【００３６】
本体部３内の図示しない記憶装置に、暗部の幅Ｗｄと分離深さとが相互に対応付けられた対応表が記憶されていてもよい。演算部８は、記憶装置から対応表を読み出し、各深層画像および各表層画像の分離深さを、暗部の幅Ｗｄに基づいて対応表から取得する。表層画像および深層画像の暗部の幅Ｗｄの情報は、例えば、制御装置から演算部８に送信される。
【００３７】
次に、演算部８は、図６に示されるように、分離深さと表層画像のコントラストの関係を表すグラフを作成し、分離深さと深層画像のコントラストの関係を表すグラフを作成する。次に、演算部８は、表層画像のグラフにおいてコントラストが急激に増加する分離深さをグラフの傾きに基づいて検出し、検出された分離深さを特徴部Ｅの浅い側の端と特定する。また、演算部８は、深層画像のグラフにおいてコントラストが急激に減少する分離深さをグラフの傾きに基づいて検出し、検出された分離深さを特徴部Ｅの深い側の端と特定する。
【００３８】
演算部８は、表層画像全体および深層画像全体のコントラストを算出してもよいが、表層画像の一部分および深層画像の一部分のコントラストを算出してもよい。この場合、コントラストを算出する範囲を術者が指定することができるように構成されることが好ましい。例えば、本体部３が、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を備える。術者は、ＧＵＩを使用して、特徴部Ｅを含む所望の範囲を指定することができる。
【００３９】
分離処理部７および演算部８は、例えばコンピュータによって実行されるプログラムとして実現される。すなわち、本体部３には、中央演算処理装置のようなプロセッサ、ＲＡＭのような主記憶装置、およびハードディスクドライブのような補助記憶装置が内蔵される。分離処理部７および演算部８による上述の処理をプロセッサに実行させるためのプログラムは、補助記憶装置に記憶されている。プログラムが、補助記憶装置から主記憶装置にロードされ、プログラムに従ってプロセッサが処理を実行することによって、分離処理部７および演算部８の上述の機能が実現されるようになっている。
【００４０】
次に、このように構成された内視鏡システム１の作用について図９を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１を使用して生体組織Ａ内の特徴部Ｅの深さ情報を取得するためには、内視鏡２を体内に挿入し、生体組織Ａの照明画像を取得する。具体的には、照明部４から生体組織Ａに照明光Ｌが照射される（ステップＳ１）。照明光Ｌの明部および暗部の位置は、強度分布変更部５によって時間変化する。明部および暗部が相互に入れ替わる２つの時刻で撮像部６によって生体組織Ａの撮影が実行され、１組の第１照明画像および第２照明画像が取得される（ステップＳ２）。次に、照明光ＬのピッチＰが強度分布変更部５によって変更され（ステップＳ４）、もう１組の第１照明画像および第２照明画像が撮像部６によって取得される（ステップＳ２）。予め設定されている全てのピッチＰの照明光Ｌに基づく第１照明画像および第２照明画像が取得されるまで（ステップＳ３のＹＥＳ）、ステップＳ４、Ｓ１，Ｓ２が繰り返される。
【００４１】
次に、分離処理部７によって、複数組の第１照明画像および第２照明画像から、分離深さが相互に異なる複数組の表層画像および深層画像が生成される（ステップＳ５）。次に、演算部８によって、各表層画像および各深層画像のコントラストが算出される（ステップＳ６）。次に、演算部８によって、分離深さに対する表層画像のコントラストの変化および分離深さに対する深層画像のコントラストの変化に基づいて、生体組織Ａ内の特徴部Ｅの深さ情報が算出される。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、暗部の幅Ｗｄが相互に異なる照明光Ｌを用いて複数組の第１照明画像および第２照明画像が取得され、複数組の第１照明画像および第２照明画像から分離深さが相互に異なる複数組の表層画像および深層画像が生成される。そして、複数枚の表層画像のコントラストおよび複数枚の深層画像のコントラストに基づいて、生体組織Ａ内の特徴部Ｅの深さ情報を算出することができるという利点がある。また、第１および第２照明画像は、生体組織Ａおよび特徴部Ｅの散乱光に基づく画像である。したがって、第１および第２照明画像から、特徴部Ｅの吸収特性に関わらず特徴部Ｅの深さ情報を取得することができるという利点がある。
【００４３】
表層画像における深層Ｄの情報量と深層画像における深層Ｄの情報量との良好なバランスを確保するために、生体組織Ａの表面Ｂ上での暗部の幅Ｗｄは０．００５ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。
暗部の幅Ｗｄが０．００５ｍｍ未満である場合、明部の投影領域から暗部の投影領域へ回り込む内部散乱光の割合が増大し、その結果、強度値Ｉｍａｘと強度値Ｉｍｉｎとの差が小さくなって表層画像に含まれる表層Ｃの情報が不足し得る。一方、暗部の幅Ｗｄが２５ｍｍよりも大きい場合、内部散乱光が暗部の投影領域の中央まで到達することができず、その結果、強度値Ｉｍｉｎがゼロに近づいて深層画像に含まれる深層Ｄの情報が不足し得る。
【００４４】
本実施形態においては、照明部４が、縞状の強度分布を有する照明光Ｌで生体組織Ａを照明することとしたが、照明光Ｌの強度分布のパターンはこれに限定されず、明部と暗部とが空間的に繰り返される他の分布であってもよい。例えば、照明光Ｌの強度分布は、市松模様、ドット、またはランダムドットであってもよい。
【００４５】
本実施形態においては、照明部４が、明暗パターンを有する照明光Ｌを液晶素子４ｃによって生成し、強度分布変更部５が、液晶素子４ｃを制御することによって明暗パターンを変化させることとしたが、照明部４および強度分布変更部５の構成はこれに限定されるものではない。図１０Ａから図１０Ｃに、照明部４および強度分布変更部５の他の構成例を示す。
【００４６】
図１０Ａの照明部４は、光の干渉縞を明暗パターンとして利用する。照明部４は、レーザ光源４ｆと、レーザ光源４ｆから出力された光を２つに分岐し２つの光を射出する光路４ｇとを備えている。光路４ｇは、例えば、光ファイバから構成されている。光路４ｇから射出された２つの光が相互に干渉することによって、図１０Ｂに示されるような正弦波状の強度プロファイルを有する干渉縞が明暗パターンとして生成される。
【００４７】
図１０Ａの強度分布変更部５は、分岐された２つの光のうち一方の光路長を変化させることによって、図１０Ｂに示されるように、干渉縞の位置を照明光の光軸に直交する方向にシフトさせる。したがって、強度分布変更部５は、２つの光のうちの一方の光路に設けられ、光路長を変化させる光学素子を備える。また、強度分布変更部５は、レーザ光の波長を変化させることによって、干渉縞のピッチを変化させ、それにより暗部の幅Ｗｄを変化させる。したがって、例えば、レーザ光源４ｆは、波長可変レーザ光源であり、強度分布変更部５は、レーザ光源４ｆの出力波長を制御する制御素子を備える。
【００４８】
図１０Ｃの照明部４は、影絵のようにして明暗パターンを生体組織Ａの表面Ｂ上に形成する。照明部４は、内視鏡２の先端部に設けられた発光部４ｈおよびマスク４ｉを備えている。
発光部４ｈは、例えば、キセノンランプ、ＬＥＤ（ＲＧＢ）、白色ＬＥＤ、赤外光源などの光源である。発光部４ｈは、本体部３の外部に配置された光源に接続された光ファイバの射出端であってもよい。
【００４９】
マスク４ｉは、白色光を透過させる透光領域と、白色光を遮断する遮光領域とを有し、明暗パターンに対応する投影パターンが透光領域および遮光領域から形成されている。マスク４ｉは、例えば、透光領域としての開口が形成された遮光性の基板、または、遮光領域としての遮光膜が形成された透明な基板である。発光部４ｈから出力された光は、マスク４ｉを透過することで、明暗パターンを有する照明光Ｌへと生成される。
発光部４ｈとマスク４ｉとの間には、生体組織Ａに照射される照明光Ｌの発散角を調整するレンズ４ｊが配置されている。
【００５０】
図１０Ｃの強度分布変更部５は、発光部４ｈおよびマスク４ｉを、明部および暗部の幅方向に相対移動させることによって、強度分布を時間変化させる。したがって、強度分布変更部５は、発光部４ｈおよびマスク４ｉのうち少なくとも一方を移動させるアクチュエータを備える。また、強度分布変更部５は、発光部４ｈとマスク４ｉとの光軸方向の間隔を変化させることによって、明暗パターンのピッチＰおよび暗部の幅Ｗｄを変化させる。したがって、強度分布変更部５は、発光部４ｈおよびマスク４ｉの少なくとも一方を移動させるアクチュエータを備える。発光部４ｈとマスク４ｉとの間隔が大きい程、生体組織Ａの表面Ｂ上における明暗パターンのピッチＰが小さくなる。
【００５１】
本実施形態においては、強度分布変更部５が、照明光Ｌの強度分布を、明部および暗部が相互に反転した２つの明暗パターンの間で連続的に変化させてもよい。
明暗パターンを連続的に変化させる場合、撮像部６は、図１１Ａに示されるように、明部および暗部の位置が相互に異なる３つ以上の時刻で撮影を実行し、明部の投影領域および暗部の投影領域の位置が相互に異なる３枚以上の照明画像を取得してもよい。分離処理部７は、３枚以上の照明画像から表層画像および深層画像を作成してもよい。この場合、各位置の画素について３つ以上の強度値が得られるので、最大強度値をＩｍａｘとして、最小強度値をＩｍｉｎとして用いて、強度値Ｉｓ，Ｉｄが算出される。
【００５２】
図１１Ｂに示されるように、正弦波状の明暗パターンの照明光Ｌを照射する場合、３つ以上の適切な条件で照明画像を撮像することによって、位相シフト法を用いて、各画素についてＩｍａｘとＩｍｉｎを算出することができる。
【００５３】
本実施形態においては、生体組織Ａの表面Ｂ上に投影される明暗パターンが生体組織Ａと撮像部６との間の撮影距離に比例して拡大されるように、照明部４が、発散光束の照明光Ｌを生体組織Ａに向けて射出することが好ましい。
この構成によって、生体組織Ａに対して内視鏡２を長手方向に移動させるだけで、生体組織Ａの表面Ｂ上での明暗パターンを拡大または縮小させ暗部の幅Ｗｄを変化させることができる。
【００５４】
本実施形態においては、生体組織Ａと撮像部６との間の撮影距離を計測する撮影距離計測部をさらに備え、強度分布変更部５が、撮影距離に依らずに生体組織Ａの表面Ｂ上での明部と暗部との空間的な周期（明暗パターンのピッチＰ）が一定に維持されるように、撮影距離に基づいて明暗パターンにおける明部と暗部との空間的な周期を調整してもよい。
このようにすることで、撮影距離に依らずに、所定の深さの情報を含む深層画像を作成することができる。
【００５５】
撮影距離計測部としては、生体組織Ａに非接触で撮影距離を計測することができる公知の任意の手段を採用することができる。明暗パターンが、図１１Ｂに示される、正弦波状に強度が変化する直線状の縞パターンである場合、撮影距離計測部は、位相シフト法を用いて、撮像部６によって取得された照明画像から撮影距離を計算することができる。
【００５６】
本実施形態においては、照明部４が、波長が互いに異なる複数の光から構成された照明光Ｌで生体組織Ａを照明してもよい。例えば、照明光Ｌは、赤、緑および青の３つの光が混合された白色光であってもよい。
波長が互いに異なる複数の光を照明光Ｌとして使用する場合、波長が長い程、明部と暗部との周期が小さくなるように、波長に応じて各光の強度分布を異ならせてもよい。
【００５７】
一般に、光は、波長が短い程、散乱体によって強く散乱される。したがって、赤い光に比べて青い光は生体組織Ａの深層Ｄまで届き難く、青い光の内部散乱光に含まれる情報は、赤い光の内部散乱光に比べて浅い位置の情報となる。そこで、波長が長い程、明部と暗部との周期を小さくすることで、赤、緑および青のいずれの内部散乱光も同一の深さの情報を有するように、各色の内部散乱光に含まれる情報の深さを制御することができる。
【００５８】
本実施形態においては、図１２に示されるように、照明部４から射出される照明光Ｌの偏光状態を制御する偏光子（偏光制御部）９と、生体組織Ａから撮像部６に入射する光の偏光状態を選択する偏光子（偏光選択部）１０とがさらに設けられていてもよい。偏光子９および偏光子１０は、例えば、内視鏡２の先端に設けられる。
照明光Ｌの照射によって、生体組織Ａの表面Ｂではスペキュラ光が生じる。第１および第２照明画像に含まれるスペキュラ光は、表層画像に分離される。したがって、スペキュラ光は、表層画像のコントラストに影響を与える。
【００５９】
スペキュラ光は照明光Ｌと同一の偏光状態を有し、表面散乱光および内部散乱光は特定の偏光状態を有しない。したがって、偏光子９の偏光方向に対して偏光子１０の偏光方向を直交させることによって、表面散乱光および内部散乱光を含みスペキュラ光を含まない第１および第２照明画像を取得することができる。これにより、スペキュラ光の影響を受けることなく特徴部Ｅに基づく表層画像のコントラストを算出することができ、特徴部Ｅの深さ情報の算出精度を向上することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  内視鏡システム
２  内視鏡
３  本体部
４  照明部
５  強度分布変更部
６  撮像部
７  分離処理部
８  演算部
Ａ  生体組織（被写体）
Ｂ  生体組織の表面
Ｃ  表層
Ｄ  深層
Ｅ  特徴部
Ｗｄ  暗部の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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