JP2012024146A - Polarization image measurement display system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏光画像計測表示システムに関し、詳しくは、生体の所定部位の表層の偏光画像を計測し、病変部等からの表出組織を識別することができる偏光画像、特に、所定の偏光特性による偏光特性画像を得ることができる偏光画像計測装置を用いて、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができる偏光画像計測表示システムに関するものである。 The present invention relates to a polarization image measurement and display system, and more specifically, a polarization image that can measure a polarization image of a surface layer of a predetermined part of a living body and identify an exposed tissue from a lesion or the like, in particular, a predetermined polarization characteristic. The present invention relates to a polarization image measurement and display system that can display an exposed tissue from a lesion or the like in an identifiable manner using a polarization image measurement device that can obtain a polarization characteristic image according to the above.
生体に病変部があるか、どの程度病変部が進行しているかの診断をするために、従来から内視鏡、光学顕微鏡などの光学診断システムが使用されている。それらの診断システムでは、生体の一部に光を照射し反射してくる光を撮像して、生体表面の色、明るさ、構造等の変化を観察し、その観察によって医師が病変部の状態を診断している。このような診断システムの光学系では、通常観察用の自然光だけでなく、偏光光を使用することによって、生体の異方性の特徴から正常部と病変部の変化を捉える手法や、生体観察の精度を上げる手法が提案されている(特許文献1、2及び3参照)。 Conventionally, an optical diagnostic system such as an endoscope or an optical microscope has been used for diagnosing whether there is a lesion in a living body and how much the lesion has progressed. In these diagnostic systems, a part of the living body is irradiated with light and the reflected light is imaged, and changes in the color, brightness, structure, etc. of the living body surface are observed. Is diagnosed. In such an optical system of a diagnostic system, not only natural light for normal observation but also polarized light can be used to capture changes in normal and diseased areas from the characteristics of biological anisotropy. A technique for increasing the accuracy has been proposed (see Patent Documents 1, 2, and 3).
本出願人の出願に係る特許文献1には、その一例として、偏光光を使用し、消化器、特に、胃壁の偏光異方性を持つ粘膜層から戻る戻り光の非偏光光の割合、すなわち戻り光の偏光度に基づいて粘膜層の厚みを算出することにより、胃壁の粘膜層の厚さの変化を検出することにより、がんの浸潤度を診断できる可能性があることが開示されている。 Patent Document 1 of the present applicant's application uses, as an example, polarized light, and the ratio of non-polarized light of the return light that returns from the digestive organ, particularly the mucosal layer having polarization anisotropy of the stomach wall, that is, It is disclosed that by calculating the thickness of the mucosal layer based on the degree of polarization of the return light, it is possible to diagnose the degree of cancer invasion by detecting the change in the thickness of the mucosal layer of the stomach wall. Yes.
また、特許文献2には、偏光光を使用することにより、高倍率の拡大観察が行われる局所的な部位である関心部位に平行偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像と、垂直偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像とを用いて、関心部位における深層からの多重散乱光を除去しつつ、拡大観察画像を得、具体的には両画像信号を差分処理して偏光画像信号を得、得られた偏光画像信号に基づいて拡大観察画像を得、モニタに表示することが開示されている。 In addition, Patent Document 2 discloses an image of backscattered light when illumination light having parallel polarization is irradiated on a region of interest that is a local region where high-magnification observation is performed by using polarized light. Using the image of the backscattered light when irradiated with illumination light having vertically polarized light, an enlarged observation image is obtained while removing multiple scattered light from the deep layer at the site of interest. It is disclosed that a polarized image signal is obtained by differential processing, an enlarged observation image is obtained based on the obtained polarized image signal, and displayed on a monitor.
また、特許文献3には、近赤外光を用いて脂肪内に分布する血管の位置を認識する際に偏光光を利用することにより、脂肪内の血管像を観察する上でノイズとなる、脂肪表面での後方散乱光をカットすることで、脂肪表面で反射した光によるハレーションを防ぐことができ、脂肪内に分布する血管の位置を正確に認識可能であることが開示されている。 Further, in Patent Document 3, it becomes noise when observing a blood vessel image in fat by using polarized light when recognizing the position of a blood vessel distributed in fat using near infrared light. It is disclosed that by cutting backscattered light on the fat surface, it is possible to prevent halation due to light reflected on the fat surface and to accurately recognize the position of blood vessels distributed in the fat.
しかし、粘膜内がん(mがん)の診断に重要な基準判断として、病変部ががんかそうでないか、また、粘膜内がんか、そうでないがん、例えば、粘膜下層浸潤がん(smがん)であるかの区別が重要であり、そのため、粘膜筋板があるかないか、すなわち正常に存在しているかが決めてとなる。しかし、上述の特許文献1に記載の手法では、胃壁の粘膜層の厚さの変化によって、がんの浸潤度を診断できる可能性があることが示されているが、どのくらいの厚さの変化がどのくらいの浸潤度となるかについては示されておらず、粘膜内がんか、粘膜下層浸潤がんか、を区別する判断基準がなく、また、そのような判断を可能とする偏光画像を得ることができないという問題があった。 However, as an important criterion in diagnosing intramucosal cancer (m cancer), whether the lesion is cancer or not, or whether it is intramucosal cancer or not, for example, submucosal invasive cancer It is important to distinguish whether it is (sm cancer). Therefore, it is determined whether or not there is a mucosal muscle plate, that is, it exists normally. However, the technique described in Patent Document 1 described above shows that there is a possibility of diagnosing the degree of cancer invasion by changing the thickness of the mucosal layer of the stomach wall. However, there is no criteria for distinguishing between intramucosal cancer and submucosal invasive cancer, and polarized images that enable such judgment are not shown. There was a problem that could not be obtained.
また、特許文献2及び3に開示されている手法は、偏光光を使用することにより、拡大観察画像を表示することができるし、脂肪内に分布する血管の位置を正確に認識することができるので、確かに、生体観察の精度を上げることができるが、関心部位における深層からの多重散乱光を除去するのが目的であり、また、表面反射光によるハレーションを防ぐのが目的であり、生体の異方性を検知するのが目的ではないので、病変部ががんかそうでないか、また、粘膜内がんか、粘膜下層浸潤がんかの判断を可能とする偏光画像を計測することができないという問題があった。 Further, the methods disclosed in Patent Documents 2 and 3 can display a magnified observation image by using polarized light, and can accurately recognize the position of a blood vessel distributed in fat. Therefore, the accuracy of living body observation can be improved, but the purpose is to remove the multiple scattered light from the deep layer in the region of interest, and the purpose is to prevent halation due to surface reflected light. Because the purpose is not to detect the anisotropy of the tumor, it is necessary to measure polarized images that can determine whether the lesion is cancer or not, and whether it is intramucosal cancer or submucosal invasive cancer. There was a problem that could not.
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、所定の偏光特性による偏光特性画像を得て、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができ、医師が、この偏光特性画像を見て病変部等からの表出組織を識別し、がんの浸潤度等の診断を行うことを支援することができる偏光画像計測表示システムを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, obtain a polarization characteristic image with a predetermined polarization characteristic, and display an exposed tissue from a lesion or the like in an identifiable manner. An object of the present invention is to provide a polarization image measurement and display system that can assist in identifying a tissue exposed from a lesion or the like by observing a polarization characteristic image and diagnosing the degree of invasion of cancer.
上記目的を達成するために、本発明は、偏光状態の異なる複数の偏光光を被検体に順次照射する照射部と、
前記偏光状態の異なる偏光光が前記照射部から前記被検体に照射される毎に、該被検体からの反射光を順次撮像して、その光強度画像情報を出力する撮像部と、
前記撮像部から出力される、偏光状態の異なる複数の偏光光の、被検体からの反射光による複数の光強度画像情報に偏光変換処理を行って、位相差の偏光特性による位相差画像情報に変換する偏光変換処理部と、
前記偏向変換処理部で得られる位相差画像情報に対して、外部から入力される所定の位相差の角度の領域を強調表示するための強調処理を行って強調位相差画像情報を得る強調偏光特性画像形成部と、
前記強調偏光特性画像形成部で得られる強調位相差画像情報を可視化して表示するための表示用強調位相差画像情報に変換する表示変換処理部と、
前記表示変換処理部で得られる表示用強調位相差画像情報に基づいて、該表示用強調位相差画像情報に対応する表示用強調位相差画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする偏光画像計測表示システムを提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention includes an irradiation unit that sequentially irradiates a subject with a plurality of polarized lights having different polarization states;
An imaging unit that sequentially images reflected light from the subject each time the polarized light having a different polarization state is irradiated from the irradiation unit to the subject, and outputs the light intensity image information;
Polarization conversion processing is performed on a plurality of light intensity image information of reflected light from a subject of a plurality of polarized lights having different polarization states output from the imaging unit, and converted into phase difference image information based on polarization characteristics of a phase difference. A polarization conversion processing unit to convert;
Emphasized polarization characteristics to obtain enhanced phase difference image information by performing enhancement processing for emphasizing a region of a predetermined phase difference angle inputted from the outside with respect to the phase difference image information obtained by the deflection conversion processing unit An image forming unit;
A display conversion processing unit that converts the enhanced phase difference image information obtained by the enhanced polarization characteristic image forming unit into display enhanced phase difference image information for visualization and display;
A display unit that displays a display enhanced phase difference image corresponding to the display enhanced phase difference image information based on the display enhanced phase difference image information obtained by the display conversion processing unit. A polarization image measurement display system is provided.
ここで、前記強調偏光特性画像形成部は、前記所定の位相差の角度の領域のダイナミックレンジを拡大し、それ以外の角度の領域のダイナミックレンジを圧縮する強調処理を行うものであることが好ましい。 Here, it is preferable that the enhanced polarization characteristic image forming unit performs an enhancement process of expanding a dynamic range of the predetermined phase difference angle region and compressing a dynamic range of the other angle region. .
また、前記強調偏光特性画像形成部は、前記所定の位相差の角度の領域以外の領域を取り除き、該所定の位相差の角度の領域のみを疑似カラー表示するための強調処理を行うものであることが好ましい。 The emphasized polarization characteristic image forming unit removes regions other than the predetermined phase difference angle region and performs an emphasis process for displaying only the predetermined phase difference angle region in a pseudo color display. It is preferable.
また、前記強調偏光特性画像形成部は、前記所定の位相差の角度の領域のみを疑似カラー表示し、それ以外の角度の領域を白黒表示するための強調処理を行うものであることが好ましい。 Further, it is preferable that the emphasized polarization characteristic image forming unit performs an emphasis process for displaying only the region having the predetermined phase difference angle in pseudo color and displaying the other angle region in black and white.
また、前記強調偏光特性画像形成部は、前記所定の位相差の角度の領域を含む領域に白黒で輪郭を付ける強調処理を行うものであることが好ましい。 In addition, it is preferable that the enhanced polarization characteristic image forming unit performs an enhancement process in which a region including the region having the predetermined phase difference angle is outlined in black and white.
また、前記強調偏光特性画像形成部は、前記所定の位相差の角度の領域を含む領域を線で囲む強調処理を行うものであることが好ましい。 Further, it is preferable that the emphasized polarization characteristic image forming unit performs an emphasis process in which a region including the region having the predetermined phase difference angle is surrounded by a line.
本発明によれば、所定の偏光特性による偏光特性画像を得て、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができ、医師が、この偏光特性画像を見て病変部等からの表出組織を識別し、粘膜内がんの浸潤度等の診断を行うことを支援することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a polarization characteristic image having a predetermined polarization characteristic and display the exposed tissue from the lesioned part so as to be identifiable. It is possible to identify the exposed tissue and diagnose the invasion degree of intramucosal cancer.
また、本発明によれば、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができ、内視鏡手術や腹腔鏡手術等に用いることができる内視鏡診断装置及び腹腔鏡ナビゲーション装置に適用できる。
さらに、本発明によれば、内視鏡検査や診断を容易かつ正確にすることができ、内視鏡手術や腹腔鏡手術等を容易かつ正確に行うための手助けとなる偏光画像を提供することができる。
In addition, according to the present invention, an endoscopic diagnosis apparatus and a laparoscopic navigation apparatus that can display an exposed tissue from a lesion or the like in an identifiable manner and can be used for endoscopic surgery, laparoscopic surgery, and the like. Applicable to.
Furthermore, according to the present invention, it is possible to easily and accurately perform endoscopy and diagnosis, and to provide a polarization image that helps to easily and accurately perform endoscopic surgery, laparoscopic surgery, and the like. Can do.
特に、本発明によれば、生体の消化器等の所定部位の病巣(病変部)ががんかそうでないか、また、粘膜内がんか、そうでないがん、例えば粘膜下層浸潤がんであるかを区別することができ、その区別の判断基準である「粘膜筋板の有り無し」に対応する「粘膜層に表出する膠原線維の有り無し」を偏光計測によって撮像し、かつ識別することができ、それらを示す偏光画像を得ることができる。 In particular, according to the present invention, whether a lesion (lesion) at a predetermined site such as a digestive organ of a living body is cancerous or not, or whether it is intramucosal cancer or not, for example, submucosal invasion cancer Imaging and identifying "the presence or absence of collagen fibers appearing in the mucosal layer" corresponding to "the presence or absence of mucosal muscle plate" that is the judgment criterion of the discrimination by polarization measurement And a polarized image showing them can be obtained.
また、本発明によれば、がん、粘膜内がん、粘膜下層浸潤がん等の判断基準となる「粘膜層に表出する膠原線維の有り無し」を疑似カラーでモニタ等の表示手段に表示することができる。 Further, according to the present invention, “presence / absence of collagen fibers appearing in the mucosal layer”, which is a criterion for judging cancer, intramucosal cancer, submucosal invasive cancer, etc., is displayed on a display means such as a monitor in pseudo color. Can be displayed.
さらに、本発明によれば、偏光特性画像において、膠原線維等の注目領域を強調表示することにより、医師が、粘膜層に表出する膠原線維、すなわち、病変部を容易に識別することができるようになる。つまり、診断を支援して診断精度を向上させることができる。 Furthermore, according to the present invention, by highlighting a region of interest such as collagen fibers in a polarization characteristic image, a doctor can easily identify collagen fibers that appear in the mucosal layer, that is, lesions. It becomes like this. That is, diagnosis accuracy can be improved by supporting diagnosis.
以下、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明に係る偏光画像計測装置、及び偏光画像計測表示システムを詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a polarization image measurement device and a polarization image measurement display system according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
図1は、本発明の偏光画像計測表示システムの一実施形態の概略構成を示す模式的ブロック図である。
図1に示す本実施形態の偏光画像計測表示システム10は、生体(被検体)の所定部位、例えば人体の消化器等の体腔や人体の腹部内等を検査したり、その病変部や病巣を観察したり、診断したり、その手術や処置等をするのに用いられる内視鏡や腹腔鏡に適用され、また、内視鏡診断装置や腹腔鏡ナビゲーション装置等に用いられるものであり、所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための、所定の偏光特性、すなわち偏光変数による偏光特性画像を得、表出組織を表層の組織と識別可能に可視化して表示するものである。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a polarized image measurement display system of the present invention.
A polarized image measurement display system 10 of this embodiment shown in FIG. 1 inspects a predetermined part of a living body (subject), for example, a body cavity such as a digestive organ of a human body, an abdomen of a human body, etc. Applicable to endoscopes and laparoscopes used for observing, diagnosing, performing surgery and treatment, etc., and used for endoscope diagnostic devices, laparoscopic navigation devices, etc. Obtain a predetermined polarization characteristic, that is, a polarization characteristic image based on a polarization variable, to distinguish the exposed tissue that appears on the surface layer of the part from the surface layer tissue, and visualize the displayed tissue so that it can be distinguished from the surface tissue. To do.
図示例の偏光画像計測表示システム10は、生体の所定部位に異なる複数の偏光状態の照射光(偏光光)をそれぞれ照射し、所定部位の表層からの複数の異なる偏光状態の反射光による複数の光強度画像を撮像する偏光撮像系12と、異なる偏光状態の複数の光強度画像に偏光変換処理を行い、所定の偏光特性による偏光特性画像(それぞれ偏光特性の異なる複数の偏光特性画像)を得る偏光変換処理部14と、偏光特性画像を、表出組織を表層の組織と識別可能に可視化して表示するための表示用偏光特性画像に変換する表示変換処理部16と、表示用偏光特性画像を表示する表示部18と、所定部位の通常のカラー画像を取得する通常カラー撮像系20と、表示用偏光特性画像を通常のカラー画像に重ねて、若しくは並べて表示するために両画像の合成を行う画像合成部22と、を有する。
なお、偏光撮像系12及び偏光変換処理部14は、本発明に係る偏光画像計測装置を構成する。
The polarization image measurement and display system 10 in the illustrated example irradiates a predetermined part of a living body with irradiation light (polarized light) having a plurality of different polarization states, respectively, and a plurality of reflected light from a plurality of different polarization states from a surface layer of the predetermined part. A polarization imaging system 12 that captures a light intensity image and a polarization conversion process on a plurality of light intensity images in different polarization states to obtain polarization characteristic images (a plurality of polarization characteristic images each having a different polarization characteristic) with predetermined polarization characteristics A polarization conversion processing unit 14; a display conversion processing unit 16 that converts the polarization characteristic image into a display polarization characteristic image for visualizing and displaying the exposed tissue distinguishably from the surface tissue; and a display polarization characteristic image. Display unit 18 for displaying normal color imaging system 20 for acquiring a normal color image of a predetermined part, and a polarization characteristic image for display to be displayed on top of each other or side by side. Having an image combining unit 22 for combining the two images, the.
Note that the polarization imaging system 12 and the polarization conversion processing unit 14 constitute a polarization image measurement device according to the present invention.
偏光撮像系12は、従来のP/S偏光だけではなく、複数の偏向特性(偏光変数)を含む高次の偏光パラメータ(ミューラー(Mueller)行列)を計測することができる偏光撮像システム、すなわち撮影対象のミューラー計測ができるミューラー撮像システムを構成するもので、生体の所定部位にその表層から複数の異なる偏光状態の照射光をそれぞれ照射する偏光照射部24と、偏光状態の異なる偏光光が偏光照射部24から生体に照射される毎に、複数の偏光状態の照射光によって照射された所定部位の表層から複数の偏光状態の反射光を順次受光して、所定部位の表層の複数の光強度画像を撮像する撮像部26と、を有するものである。 The polarization imaging system 12 can measure not only conventional P / S polarized light but also a high-order polarization parameter (Mueller matrix) including a plurality of deflection characteristics (polarization variables), that is, photographing. It constitutes a Mueller imaging system that can measure the Mueller of the object, and a polarized light irradiation unit 24 that irradiates a predetermined part of a living body with irradiation light of a plurality of different polarization states from its surface layer, and polarized light with different polarization states is irradiated with polarized light Each time the living body is irradiated from the unit 24, the reflected light of the plurality of polarization states is sequentially received from the surface layer of the predetermined portion irradiated by the irradiation light of the plurality of polarization states, and a plurality of light intensity images of the surface layer of the predetermined portion And an image pickup unit 26 for picking up images.
本発明においては、偏光撮像系12は、このようなミューラー撮像システムを構成することができるものであれば、どのような撮像系であってもよく、その偏光照射部24及び撮像部26としては、種々のタイプのものを用いることができる。 In the present invention, the polarization imaging system 12 may be any imaging system as long as it can constitute such a Mueller imaging system. Various types can be used.
図2に、本発明の偏光撮像系の一実施形態の模式図を示す。
同図に示す偏光撮像系12aは、図1に示す偏光撮像系12として用いられ、アザム(Azzam)方式の2重位相子型のミューラー行列偏光計の光学系をなすもので、検査対象又は観察対象となる生体の所定部位である人体腹部Aに所定の偏光状態の照射光を照射する偏光照射部24aと、人体腹部Aから反射する所定の偏光状態の反射光を検出光として受光して撮像する撮像部26aを有する。
In FIG. 2, the schematic diagram of one Embodiment of the polarization imaging system of this invention is shown.
The polarization imaging system 12a shown in the figure is used as the polarization imaging system 12 shown in FIG. 1 and forms an optical system of an Azzam type double phaser type Mueller matrix polarimeter. Imaging is performed by receiving, as detection light, a polarized light irradiation unit 24a that irradiates a human body abdomen A, which is a predetermined part of a target living body, with irradiation light in a predetermined polarization state, and reflected light in a predetermined polarization state reflected from the human body abdomen A as detection light. An imaging unit 26a.
偏光照射部24aは、光源34と、光源34より人体腹部A側に固定的に配置される本発明の第1偏光子である偏光板36a及び人体腹部A側に配置され、所定角度毎に回転される本発明の第1位相差付与手段である回転位相差板38aを備え、複数の偏光状態内の1つの偏光状態の照射光のみをそれぞれ順次透過させる照射側の第1偏光フィルタ部40aとを有する。 The polarized light irradiation unit 24a is disposed on the light source 34, the polarizing plate 36a that is the first polarizer of the present invention fixedly disposed on the human body abdomen A side from the light source 34, and the human body abdomen A side, and is rotated every predetermined angle. An irradiation-side first polarizing filter section 40a that includes a rotation phase difference plate 38a that is a first phase difference providing unit of the present invention and that sequentially transmits only irradiation light in one polarization state among a plurality of polarization states. Have
また、撮像部26aは、CCDカメラ42と、カメラ42より人体腹部A側に固定的に配置される本発明の第2偏光子である偏光板36b及び人体腹部A側に配置され、所定角度毎に回転される本発明の第2位相差付与手段である回転位相差板38bを備え、第1偏光フィルタ部40aを透過する照射光の1つの偏光状態に対応する1つの偏光状態の反射光のみをそれぞれ順次透過させる反射側の第2偏光フィルタ部40bとを有する。 The imaging unit 26a is arranged on the CCD camera 42, the polarizing plate 36b, which is the second polarizer of the present invention fixedly arranged on the human body abdomen A side from the camera 42, and the human body abdomen A side. Only the reflected light in one polarization state corresponding to one polarization state of the irradiation light transmitted through the first polarizing filter section 40a. And a second polarizing filter section 40b on the reflection side that sequentially transmits the light.
偏光照射部24aに用いられる光源34としては、人体腹部Aを撮像可能に照明できる所定波長の光を射出できれば特に制限的ではなく、例えば、所定の狭帯域波長のレーザビームを射出するレーザやLED等や、キセノンランプや、蛍光灯、水銀灯などの白色灯等や、3原色、例えばRGBの3色のLEDやレーザからなる白色LEDや白色レーザ、所定波長のレーザと蛍光体とからなる擬似白色レーザなどを用いることができる。なお、白色灯等や白色LED等を用いる場合には、所定の狭帯域波長を透過する色フィルタや、いわゆるバンドパスフィルタを用いる必要がある。 The light source 34 used for the polarized light irradiation unit 24a is not particularly limited as long as it can emit light of a predetermined wavelength that can illuminate the human abdomen A so that it can be imaged. For example, a laser or LED that emits a laser beam of a predetermined narrow band wavelength Etc., white lamps such as xenon lamps, fluorescent lamps, mercury lamps, etc., white LEDs or white lasers composed of LEDs or lasers of three primary colors such as RGB, pseudo-white composed of lasers and phosphors of a predetermined wavelength A laser or the like can be used. In the case of using a white light or a white LED, it is necessary to use a color filter that transmits a predetermined narrow band wavelength or a so-called band pass filter.
ここで、照射光の所定の狭帯域波長としては、特に制限的ではないが、例えば、400nm〜700nm等の可視域であっても良いし、700nm〜1300nmの赤外域であっても良く、波長帯域は、例えば、5nm〜50nm、好ましくは10nm〜20nmである。 Here, the predetermined narrow-band wavelength of the irradiation light is not particularly limited, but may be a visible region such as 400 nm to 700 nm or an infrared region of 700 nm to 1300 nm. The band is, for example, 5 nm to 50 nm, preferably 10 nm to 20 nm.
カメラ42は、デジタル画像情報として人体腹部Aの偏光光による光強度画像情報を取得するものであり、例えば、CCDやCMOSなどの撮像素子を備えた高画素密度カメラを用いることができる。画素数としては特に限定はないが、高精細な偏光画像を得るためには、20万画素以上であるのが好ましく、100万画素以上であるのがより好ましい。画素数の上限は特に限定されないが、後述する撮像部26aのカメラのCCDや後述するCCD56の画素数によって定めればよい。 The camera 42 acquires light intensity image information by polarized light of the human abdomen A as digital image information, and for example, a high pixel density camera including an image sensor such as a CCD or a CMOS can be used. The number of pixels is not particularly limited, but in order to obtain a high-definition polarized image, it is preferably 200,000 pixels or more, more preferably 1 million pixels or more. The upper limit of the number of pixels is not particularly limited, but may be determined according to the number of pixels of a CCD of a camera of the imaging unit 26a described later or a CCD 56 described later.
また、第1及び第2偏光フィルタ部40a及び40bの偏光板36a及び36bは、それぞれ偏光子及び検光子として用いられるもので、同様の偏光板が用いられ、光源34からの射出光の光軸に垂直に固定して配置される。例えば、光源34からの射出光は、偏光板36aによって直線偏光される。また、回転位相差板38bを透過した反射光は、偏光板36bによって直線偏光される。 The polarizing plates 36a and 36b of the first and second polarizing filter sections 40a and 40b are used as a polarizer and an analyzer, respectively. The same polarizing plate is used, and the optical axis of the light emitted from the light source 34 is used. It is fixed to the vertical. For example, the light emitted from the light source 34 is linearly polarized by the polarizing plate 36a. The reflected light that has passed through the rotational retardation plate 38b is linearly polarized by the polarizing plate 36b.
また、第1及び第2偏光フィルタ部40a及び40bの回転位相差板38a及び38bは、例えば、回転する円板状のλ/4波長板が用いられ、すなわちλ/4波長板を光軸に垂直な平面内において光軸周りにそれぞれ所定角度毎に回転させることにより構成することができる。例えば、回転位相差板38aを透過した光は、直線偏光又は円(楕円)偏光した光となり、人体腹部Aで反射した光も、直線偏光又は円(楕円)偏光した光となる。なお、回転位相差板38a及び38bとなる2枚のλ/4波長板は、光軸に垂直に所定位相差となるように光軸周りに所定角度ずらした状態で、それぞれ所定角度ずつ回転される。 In addition, the rotating phase difference plates 38a and 38b of the first and second polarizing filter sections 40a and 40b are, for example, rotating disk-shaped λ / 4 wavelength plates, that is, λ / 4 wavelength plates are used as optical axes. It can be configured by rotating at predetermined angles around the optical axis in a vertical plane. For example, light that has passed through the rotational phase difference plate 38a becomes linearly polarized light or circular (elliptical) polarized light, and light reflected by the human abdomen A also becomes linearly polarized light or circular (elliptical) polarized light. Note that the two λ / 4 wave plates serving as the rotational phase difference plates 38a and 38b are rotated by a predetermined angle in a state shifted by a predetermined angle around the optical axis so as to have a predetermined phase difference perpendicular to the optical axis. The
なお、回転位相差板38a及び38bをそれぞれ回転駆動する機構としては、特に限定的ではなく、回転位相差板38a及び38bを構成する円板の外周を保持して回転させる公知の回転駆動機構を用いることができる。 The mechanism for rotationally driving the rotational phase difference plates 38a and 38b is not particularly limited, and a known rotational driving mechanism that rotates while holding the outer periphery of the disk constituting the rotational phase difference plates 38a and 38b. Can be used.
偏光撮像系12aの偏光照射部24aの第1偏光フィルタ部40aと、撮像部26aの第2偏光フィルタ部40bとは、互いに各々の所定の偏光状態に正確に維持する必要があるために、両者を正確に位置合わせしておく必要がある。 Since the first polarization filter unit 40a of the polarization irradiation unit 24a of the polarization imaging system 12a and the second polarization filter unit 40b of the imaging unit 26a need to be accurately maintained in their respective predetermined polarization states, both Must be accurately aligned.
この偏光撮像系12aは、回転位相差板38a及び38bを回転駆動させる必要があるために、装置が大型化するため、偏光照射部24a及び撮像部26aを人体の腹部Aの外部に設置する必要があるが、偏光特性(偏光変数)は完全であり、腹腔鏡には好適に適用でき、腹腔鏡ナビゲーション装置に好適に用いることができる。なお、回転位相差板38a及び38bとしては、λ/4板に限定されず、λ/2板や、その他の位相差板を用いても良い。 Since the polarization imaging system 12a needs to rotationally drive the rotation phase difference plates 38a and 38b, and the apparatus becomes large, the polarized light irradiation unit 24a and the imaging unit 26a need to be installed outside the abdomen A of the human body. However, the polarization characteristic (polarization variable) is perfect, and can be preferably applied to a laparoscope, and can be preferably used for a laparoscopic navigation apparatus. The rotational retardation plates 38a and 38b are not limited to λ / 4 plates, and λ / 2 plates or other retardation plates may be used.
ここで、例えば、図示例の実施形態の偏光撮像系12aは、ミューラー撮像システムを構成し、撮影対象(サンプル)Mの4行×4列のミューラー行列を求めるための光強度偏光画像を求めるものである。 Here, for example, the polarization imaging system 12a according to the illustrated embodiment constitutes a Mueller imaging system, and obtains a light intensity polarization image for obtaining a 4 rows × 4 columns Mueller matrix of the imaging target (sample) M. It is.
したがって、本実施形態では、ミューラー行列に含まれる全ての偏光特性、すなわち16(=4×4)の偏光変数を全て得るためには、詳細は、後述するが、偏光状態が互いに異なる少なくとも16枚の光強度偏光画像を取得する必要がある。すなわち、第1偏光フィルタ部40aから射出され、人体の腹部Aに入射される入射光の偏光状態が互いに異なる少なくとも4種類となり、人体の腹部Aから反射され、第2偏光フィルタ部40bから射出される検出光の偏光状態が互いに異なる少なくとも4種類となり、その組み合わせが少なくとも16種類の互いに異なる偏光状態となるように、回転位相差板38a及び38bを回転させる必要がある。 Therefore, in the present embodiment, in order to obtain all the polarization characteristics included in the Mueller matrix, that is, all 16 (= 4 × 4) polarization variables, details will be described later, but at least 16 sheets having different polarization states from each other. It is necessary to obtain a light intensity polarization image of the. That is, at least four types of polarization states of incident light emitted from the first polarizing filter unit 40a and incident on the abdomen A of the human body are different from each other, reflected from the abdomen A of the human body, and emitted from the second polarizing filter unit 40b. It is necessary to rotate the rotational phase difference plates 38a and 38b so that the detection light has at least four different polarization states, and the combination has at least 16 different polarization states.
例えば、偏光撮像系12aでは、第1偏光フィルタ部40aの回転位相差板38aのλ/4波長板を、入射光の偏光状態が互いに異なる少なくとも4種類となるように、後述する光の偏光状態を表す入射光のストークスパラメータS0、S1、S2及びS3が互いに異なるように回転させると共に、第2偏光フィルタ部40bの回転位相差板38bのλ/4波長板を、入射光のストークスパラメータS0、S1、S2及びS3のそれぞれに対して、出射光の偏光状態が互いに異なる少なくとも4種類となるように、例えば、出射光のストークスパラメータS0、S1、S2及びS3が互いに異なるように回転させながら、撮像部26は、16回以上撮影し、16フレーム(枚)以上の光強度偏光画像、すなわち16フレーム以上の光強度偏光画像情報を取得する必要がある。この場合に、レジスト処理を行うのが良い。 For example, in the polarization imaging system 12a, the λ / 4 wavelength plate of the rotational phase difference plate 38a of the first polarizing filter unit 40a is set to the polarization state of light to be described later so that the polarization state of incident light is at least four different from each other. Is rotated so that the Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2 and S 3 of the incident light representing each other are different from each other, and the λ / 4 wavelength plate of the rotational retardation plate 38b of the second polarizing filter unit 40b is for each of the Stokes parameters S 0, S 1, S 2 and S 3, so that the polarization state of the emitted light is at least four mutually different, for example, the Stokes parameters of the emitted light S 0, S 1, S 2 and while rotating the S 3 to be different from each other, the imaging unit 26 captures more than 16 times, 16 frames (pictures) or more optical intensity polarized image, i.e. more than 16 frames Light intensity polarization image information needs to be acquired. In this case, resist processing is preferably performed.
なお、ストークスパラメータS0、S1、S2、及びS3は、それぞれ、偏光の全体の強度(縦と横との偏光ベクトルの和)、縦と横(水平方向と垂直方向)との偏光ベクトルの差、偏光角45度と135度との偏光ベクトルの差、及び右円偏光と左円偏光との差ということができる。 The Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2 , and S 3 are the polarizations of the entire intensity of polarization (sum of vertical and horizontal polarization vectors) and vertical and horizontal (horizontal and vertical directions), respectively. It can be said that the vector difference, the polarization vector difference between 45 and 135 degrees, and the difference between right circular polarization and left circular polarization.
また、本発明においては、互いに異なる偏光状態の16フレーム(枚)以上の光強度偏光画像から、入射光及び出射光のストークスパラメータS0、S1、S2、及びS3を求めて、ミューラー行列を求めてもよいが、予め、互いに異なる偏光状態の16フレーム(枚)以上の光強度偏光画像から直接ミューラー行列を求めるように演算方式を設定しておけば、入射光及び出射光のストークスパラメータS0、S1、S2、及びS3は、必ずしも求めなくても良い。 In the present invention, Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2 , and S 3 of incident light and outgoing light are obtained from light intensity polarization images of 16 frames (sheets) or more having different polarization states. The matrix may be obtained. However, if the calculation method is set in advance so as to directly obtain the Mueller matrix from the light intensity polarization images of 16 frames (sheets) or more having different polarization states, the Stokes of the incident light and the emitted light is set. The parameters S 0 , S 1 , S 2 , and S 3 are not necessarily obtained.
また、本実施形態においては、回転位相差板38aであるλ/4波長板の偏光角度(回転角度)がθである時、回転位相差板38bであるλ/4波長板の偏光角度(回転角度)は、5θ以上、かつ、θの奇数倍、好ましくは5θに設定されることも好ましい。 In the present embodiment, when the polarization angle (rotation angle) of the λ / 4 wavelength plate that is the rotation phase difference plate 38a is θ, the polarization angle (rotation) of the λ / 4 wavelength plate that is the rotation phase difference plate 38b. The angle is preferably 5θ or more and an odd multiple of θ, preferably 5θ.
例えば、第1偏光フィルタ部40aの回転位相差板38aのλ/4波長板の回転角度θを、0°から180°まで所定の角度毎に、例えば、11.25°毎に変えると共に、第2偏光フィルタ部40bの回転位相差板38bのλ/4波長板の回転角度を、その5倍以上、すなわち5θ以上の角度毎に変えながら、撮像部26は、16(=180/11.25)回撮影し、16フレームの光強度偏光画像を取得することができる。 For example, the rotation angle θ of the λ / 4 wavelength plate of the rotational retardation plate 38a of the first polarizing filter section 40a is changed by a predetermined angle from 0 ° to 180 °, for example, every 11.25 °, and the first While changing the rotation angle of the λ / 4 wavelength plate of the rotational retardation plate 38b of the two-polarization filter unit 40b by 5 times or more, that is, for each angle of 5θ or more, the imaging unit 26 is 16 (= 180 / 11.25). ) It is possible to obtain 16-frame light intensity polarization images.
また、詳細は後述するが、本発明では、偏光撮像系12aにおいて、λ/4波長板の偏光角度θを、0度から180度まで、例えば、7.2度毎に変えながら、撮像部26は、25(=180/7.2)回撮影し、25フレーム(枚)の光強度偏光画像、すなわち25フレームの光強度偏光画像情報を取得するのがより好ましい。 Although details will be described later, in the present invention, in the polarization imaging system 12a, the imaging unit 26 changes the polarization angle θ of the λ / 4 wavelength plate from 0 degrees to 180 degrees, for example, every 7.2 degrees. It is more preferable to take 25 (= 180 / 7.2) times and obtain 25 frames (sheets) of light intensity polarization image, that is, 25 frames of light intensity polarization image information.
なお、回転位相差板38a及び38bの回転方法としては、これに限定されるわけではなく、4行4列のミューラー行列の16偏光変数(要素)の1つでも欠けて求まらなくなることがないように、基本的には、入射光及び出射光の偏光状態を、円偏光成分と直線偏光成分を含み、方位の変化がある異なる偏光状態にできれば、どのような回転方法であっても良いが、全偏光変数を均等に(例えば、直線偏光←→楕円偏光←→円偏光、光軸方向が0°←→180°(=ポアンカレ球表面全域))、かつ同じ条件が重ならないように変調することが好ましい。例えば、回転位相板38aの回転角度を、0°、90°、180°及び270°とすると、45°及び135°の円偏光成分が発生せず、ミューラー行列の4行4列の全偏光変数を求めることができないので、間の角度を回転させることが必要である。また、光軸の方も、0°と90°との2方向しかなく、方位に関しても間の45°とか135°の成分がないと、ミューラー行列の全偏光変数を求めることができず、不完全なものとなる。 Note that the rotation method of the rotation phase difference plates 38a and 38b is not limited to this, and even one of the 16 polarization variables (elements) of the 4 × 4 Mueller matrix may be missing and cannot be obtained. Basically, any rotation method may be used as long as the polarization state of the incident light and the outgoing light can be changed into different polarization states including a circularly polarized light component and a linearly polarized light component and having a change in azimuth. However, all polarization variables are evenly modulated (for example, linearly polarized light ← → elliptically polarized light ← → circularly polarized light, the optical axis direction is 0 ° ← → 180 ° (= the entire surface of the Poincare sphere)), and the same condition is not overlapped. It is preferable to do. For example, if the rotation angle of the rotating phase plate 38a is 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, the circularly polarized components of 45 ° and 135 ° do not occur, and all polarization variables of 4 rows by 4 columns of the Mueller matrix. It is necessary to rotate the angle in between. Also, the optical axis has only two directions of 0 ° and 90 °, and if there is no 45 ° or 135 ° component between the azimuths, it is impossible to obtain all polarization variables of the Mueller matrix. It will be complete.
なお、ミューラー行列に含まれるすべての偏光特性(偏光変数)を得る必要がなく、特定の偏光特性(偏光変数)のみが必要である場合には、25フレーム等の少なくとも16フレームの光強度偏光画像を取得する必要はなく、必要な偏光特性(偏光変数)に応じて必要な数のフレームの光強度偏光画像のみを取得するようにしても良い。例えば、直線偏光に関する偏光状態のみが問題になる場合には、16フレーム未満、例えば、12フレームのみの光強度偏光画像を取得するようにしても良い。 If it is not necessary to obtain all the polarization characteristics (polarization variables) included in the Mueller matrix and only specific polarization characteristics (polarization variables) are required, the light intensity polarization image of at least 16 frames such as 25 frames. It is not necessary to acquire the light intensity polarization image of the required number of frames according to the required polarization characteristic (polarization variable). For example, when only the polarization state related to linear polarization becomes a problem, a light intensity polarization image of less than 16 frames, for example, only 12 frames may be acquired.
なお、図2に示す実施形態の偏光撮像系12aは、偏光照射部24aの本発明の第1位相差付与手段として、回転位相差板38aを用い、撮像部26aの本発明の第2位相差付与手段として、回転位相差板38bを用いるものであるが、本発明はこれに限定されず、例えば、第1位相差付与手段として、位相差シート又は2枚の位相変調素子を用いても良いし、第2位相差付与手段として、2枚の位相変調素子、偏光子貼付パターニング素子又は偏光子及び位相子に貼り付けられたパターニング素子を用いても良い。 The polarization imaging system 12a of the embodiment shown in FIG. 2 uses a rotating phase difference plate 38a as the first phase difference providing means of the present invention of the polarized light irradiation unit 24a, and the second phase difference of the present invention of the imaging unit 26a. Although the rotation phase difference plate 38b is used as the applying unit, the present invention is not limited to this, and for example, a phase difference sheet or two phase modulation elements may be used as the first phase difference applying unit. And as a 2nd phase difference provision means, you may use the patterning element affixed on two phase modulation elements, a polarizer sticking patterning element, or a polarizer and a phaser.
図3に、第1及び第2位相差付与手段としてそれぞれ2枚の位相変調素子を用いる偏光撮像系の一実施形態を示す。
図3に示す偏光撮像系12bは、回転位相差板38a及び38bの代わりに、それぞれ2枚の位相変調素子44a、45a及び44b、45bを用いる点を除いて、図2に示す光撮像系12aと同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
偏光撮像系12bは、偏光照射部24b、及び撮像部26bを有し、偏光照射部24bは、光源34と、偏光板36a、第1位相変調素子44a及び第2位相変調素子45aからなる第1偏光フィルタ部46aと、を有し、撮像部26bは、第1及び第2位相変調素子44b及び45b、並びに偏光板36bからなる第2偏光フィルタ部46bと、カメラ42とを有する。
FIG. 3 shows an embodiment of a polarization imaging system using two phase modulation elements as the first and second phase difference providing units.
The polarization imaging system 12b shown in FIG. 3 uses the optical imaging system 12a shown in FIG. 2 except that two phase modulation elements 44a, 45a and 44b, 45b are used instead of the rotational phase difference plates 38a and 38b, respectively. Therefore, detailed description thereof is omitted.
The polarization imaging system 12b includes a polarization irradiation unit 24b and an imaging unit 26b. The polarization irradiation unit 24b includes a light source 34, a polarizing plate 36a, a first phase modulation element 44a, and a second phase modulation element 45a. The imaging unit 26b includes a first polarizing filter unit 46b including first and second phase modulation elements 44b and 45b and a polarizing plate 36b, and a camera 42.
偏光照射部24bの第1偏光フィルタ部46aに用いられる第1及び第2位相変調素子44a及び45aは、撮像部26bの第2偏光フィルタ部46bに用いられる第1及び第2位相変調素子44b及び45bと同様の構成を有するものである。これらの位相変調素子44a、44b、45a及び45bは、屈折率に方向性があり、その方向に関しては変えることができないが、電気的に駆動することにより、屈折率の高さを変えることができる素子であり、例えば、直線偏光が入った時に、屈折率の高さを変えることにより、直線偏光だけを通すこともできるし、縦と横の屈折率の高さに応じた楕円偏光や円偏光(λ/4)を通すこともできる素子である。なお、このような位相変調素子44a、44b、45a及び45bとして、例えば、液晶素子等を用いた位相変調素子や、市販の位相変調素子(例えば、メドウラーク(Meadowlark)社製)等を挙げることができる。
このような第1位相変調素子44a及び44b(例えば0度に配置)に対してそれぞれ第2位相変調素子45a及び45bを45度傾けて設置(例えば45度に配置)することにより、楕円偏光や円偏光を直線偏光にすることもできるし、楕円偏光の楕円率を変えることもできるし、様々な角度の楕円偏光にすることもできる。例えば、0°に設置された第1位相変調素子44aに、45°の方向の直線偏光光が入射する場合、位相変調素子44aの位相差(複屈折率)が0(=0°)の場合は、直線偏光光が変化せずそのまま透過して出ていき、一方、位相変調素子44aの位相差がλ/4(=90°=π/2)の場合は、直線偏光光はその影響を受けて、円偏光光として出ていくことなる。
The first and second phase modulation elements 44a and 45a used in the first polarization filter unit 46a of the polarized light irradiation unit 24b are the first and second phase modulation elements 44b used in the second polarization filter unit 46b of the imaging unit 26b. It has the same configuration as 45b. These phase modulation elements 44a, 44b, 45a and 45b have directionality in refractive index and cannot be changed with respect to the direction, but the height of the refractive index can be changed by being electrically driven. For example, when linearly polarized light enters, it is possible to pass only linearly polarized light by changing the refractive index height, or elliptically polarized light or circularly polarized light depending on the height of the vertical and horizontal refractive indexes. It is an element that can also pass (λ / 4). Examples of such phase modulation elements 44a, 44b, 45a, and 45b include a phase modulation element using a liquid crystal element and a commercially available phase modulation element (for example, manufactured by Meadowlark). it can.
By installing the second phase modulation elements 45a and 45b at 45 degrees with respect to the first phase modulation elements 44a and 44b (for example, arranged at 0 degree) (for example, arranged at 45 degrees), Circularly polarized light can be linearly polarized light, ellipticity of elliptically polarized light can be changed, and elliptically polarized light of various angles can be obtained. For example, when linearly polarized light in the direction of 45 ° is incident on the first phase modulation element 44a installed at 0 °, the phase difference (birefringence) of the phase modulation element 44a is 0 (= 0 °) In this case, the linearly polarized light is transmitted as it is without being changed. On the other hand, when the phase difference of the phase modulation element 44a is λ / 4 (= 90 ° = π / 2), the linearly polarized light has no influence. In response, it will come out as circularly polarized light.
このため、偏光撮像系12bでは、第1位相変調素子44a及び44bと第2位相変調素子45a及び45bとを組み合わせて電気的に変調駆動することにより、機械的に回転する回転位相差板38a及び38bと同様の機能を発揮させることができる。すなわち、第1位相変調素子44a及び44bをそれぞれ第2位相変調素子45a及び45bと組み合わせることにより、図2に示す偏光撮像系12aにおいて回転位相差板38a及び38bを回転させることによって実現した入射光の偏光状態、及び検出光の偏光状態と同じ入射光の偏光状態、及び同じ検出光の偏光状態を達成することができ、偏光照射部24bからの入射光においても、撮像部26bの検出光においても、ストークスパラメータS0、S1、S2及びS3を求めることができ、設定することができる。 For this reason, in the polarization imaging system 12b, the first phase modulation elements 44a and 44b and the second phase modulation elements 45a and 45b are combined and electrically modulated to drive the rotational phase difference plate 38a that rotates mechanically. The function similar to 38b can be exhibited. That is, the incident light realized by rotating the rotation phase difference plates 38a and 38b in the polarization imaging system 12a shown in FIG. 2 by combining the first phase modulation elements 44a and 44b with the second phase modulation elements 45a and 45b, respectively. The polarization state of the incident light, the polarization state of the incident light, and the polarization state of the same detection light can be achieved. Even in the incident light from the polarization irradiation unit 24b, in the detection light of the imaging unit 26b , The Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2 and S 3 can be determined and set.
すなわち、偏光照射部24bの第1偏光フィルタ部46aの第1位相変調素子44a
を、例えば、その遅相軸が偏光板36aの遅相軸に対して0度、すなわち軸(屈折率の高い方向)の角度が0°となるように設定し、直線偏光の縦と横の偏光量(ベクトル)、すなわち位相差がΔ1、Δ2となるようにすると共に、第1位相変調素子44bを、その遅相軸が偏光板36aの遅相軸に対して45度、すなわち軸(屈折率の高い方向)の角度が45°となるように設定し、偏光の斜め(左右)方向の偏光量、すなわち位相差がΔ1、Δ2となるようにすることにより、偏光照射部24bからの入射光において、後述する光の偏光状態を表すストークスパラメータS0、S1、S2及びS3を互いに異なるものとすることができる。
That is, the first phase modulation element 44a of the first polarization filter unit 46a of the polarized light irradiation unit 24b.
Is set such that the slow axis is 0 degree with respect to the slow axis of the polarizing plate 36a, that is, the angle of the axis (the direction in which the refractive index is high) is 0 °, The amount of polarization (vector), that is, the phase difference is set to Δ1 and Δ2, and the first phase modulation element 44b has a slow axis of 45 degrees with respect to the slow axis of the polarizing plate 36a, that is, the axis (refracted). The incident angle from the polarized light irradiating unit 24b is set so that the angle of the high-rate direction is 45 ° and the amount of polarized light in the oblique (left-right) direction, that is, the phase difference is Δ1 and Δ2. In light, Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2, and S 3 representing the polarization state of light, which will be described later, can be made different from each other.
一方、撮像部26bの第2偏光フィルタ部46aの第2位相変調素子45a及び45bについても同様に、第2位相変調素子45bを、軸(屈折率の高い方向)の角度が0°となるように設定し、位相差がΔ1、Δ2となるようにすると共に、第2位相変調素子44aを、軸(屈折率の高い方向)の角度が45°となるように設定し、位相差がΔ1、Δ2となるようにすることにより、撮像部26bの検出光においても、ストークスパラメータS0、S1、S2及びS3を互いに異なるものとすることができる。 On the other hand, for the second phase modulation elements 45a and 45b of the second polarizing filter section 46a of the imaging unit 26b, the angle of the axis (the direction in which the refractive index is high) of the second phase modulation element 45b is 0 °. Is set so that the phase difference is Δ1, Δ2, and the second phase modulation element 44a is set so that the angle of the axis (the direction in which the refractive index is high) is 45 °, and the phase difference is Δ1, By making Δ2, the Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2 and S 3 can be made different from each other even in the detection light of the imaging unit 26b.
したがって、本実施形態の偏光撮像系12bも、ミューラー撮像システムを構成し、互いに偏光状態の異なる偏光光による少なくとも16枚の光強度画像を得ることができ、ミューラー行列に含まれる全16の偏光変数を得ることができる。 Therefore, the polarization imaging system 12b of the present embodiment also constitutes a Mueller imaging system, and can obtain at least 16 light intensity images with polarized lights having different polarization states, and all 16 polarization variables included in the Mueller matrix. Can be obtained.
この偏光撮像系12bは、位相変調素子44a、44b、45a及び45bを駆動させるので、偏光特性(偏光変数)は完全であるし、回転位相差板38a及び38bを回転駆動させる図1に示す偏光撮像系12aに比べて、装置が小型化できるので、腹腔鏡にはより好適に適用でき、腹腔鏡ナビゲーション装置により好適に組み込むことができる。 Since this polarization imaging system 12b drives the phase modulation elements 44a, 44b, 45a and 45b, the polarization characteristic (polarization variable) is perfect, and the polarization shown in FIG. 1 which rotationally drives the rotation phase plates 38a and 38b. Since the apparatus can be downsized as compared with the imaging system 12a, the apparatus can be more suitably applied to a laparoscope and can be preferably incorporated into a laparoscopic navigation apparatus.
なお、図2及び図3に示す例では、偏光照射部24と撮像部26に同様の偏光フィルタ部を用いているが、本発明は、これに限定されず、両者で異なる偏光フィルタ部を用いても良いし、異なる位相差付与手段を用いても良い。例えば、図2に示す偏光照射部24aと、図3に示す撮像部26bとを用いて偏光撮像系を構成しても良いし、逆に図3に示す偏光照射部24bと、図2に示す撮像部26aとを用いて偏光撮像系を構成しても良い。 In the example shown in FIGS. 2 and 3, the same polarizing filter unit is used for the polarized light irradiation unit 24 and the imaging unit 26. However, the present invention is not limited to this, and different polarizing filter units are used. Alternatively, different phase difference providing means may be used. For example, the polarization imaging unit may be configured by using the polarization irradiation unit 24a illustrated in FIG. 2 and the imaging unit 26b illustrated in FIG. 3, or conversely, the polarization irradiation unit 24b illustrated in FIG. A polarization imaging system may be configured using the imaging unit 26a.
なお、図2及び図3に示す例は、偏光照射部24と撮像部26を生体の外部に配置するものであり、腹腔鏡などに適用されものであるが、以下に、内視鏡等の生体内部に適用可能な例を示す。 In the example shown in FIGS. 2 and 3, the polarized light irradiation unit 24 and the imaging unit 26 are disposed outside the living body, and are applied to a laparoscope or the like. An example applicable to the inside of a living body is shown.
図4(a)は、内視鏡に適用される偏光撮像系の一実施形態の模式図であり、図4(b)は、その偏光撮像系に用いられるパターニング偏光/波長板の1画素分の素子を拡大して示す拡大模式図である。
図4(a)に示す偏光撮像系12cは、偏光照射部24c及び撮像部26cを有し、偏光照射部24cは、光源34と、偏光板36a、第1及び第2位相変調素子44a及び45aからなる第1偏光フィルタ部46aと、光ファイバ48を備える光プローブ50と、を有し、撮像部26cは、光プローブ50内に配置されるパターニング偏光/波長板52からなる第2偏光フィルタ部54と、CCD56とを有する。
ここで、偏光照射部24cの光源34及び第1偏光フィルタ部46aは、図3に示す偏光撮像系12bと同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 4A is a schematic diagram of one embodiment of a polarization imaging system applied to an endoscope, and FIG. 4B is a pattern polarization / wave plate for one pixel used in the polarization imaging system. It is an expansion schematic diagram which expands and shows this element.
The polarization imaging system 12c shown in FIG. 4A includes a polarization irradiation unit 24c and an imaging unit 26c. The polarization irradiation unit 24c includes a light source 34, a polarizing plate 36a, and first and second phase modulation elements 44a and 45a. A first polarizing filter unit 46 a and an optical probe 50 including an optical fiber 48, and the imaging unit 26 c is a second polarizing filter unit including a patterning polarization / wave plate 52 disposed in the optical probe 50. 54 and a CCD 56.
Here, since the light source 34 and the first polarizing filter unit 46a of the polarized light irradiation unit 24c have the same configuration as the polarization imaging system 12b shown in FIG. 3, detailed description thereof will be omitted.
光ファイバ48は、内視鏡の光伝送部として機能し、第2偏光フィルタ部54を透過した所定の偏光状態の照射光を光プローブ50の先端まで導光して、その先端から所定の部位に伝送された照射光を、生体の体腔内の所定部位である胃などの消化器Bの表層に照射する。 The optical fiber 48 functions as an optical transmission unit of the endoscope, guides irradiation light in a predetermined polarization state that has passed through the second polarizing filter unit 54 to the tip of the optical probe 50, and passes a predetermined part from the tip. Is irradiated to the surface layer of the digestive organ B such as the stomach, which is a predetermined part in the body cavity of the living body.
CCD56は、デジタル画像情報として体腔Bの表層の偏光光による光強度画像情報を取得する高画素密度撮像素子であるが、CMOSなどの他の撮像素子を用いても良い。 The CCD 56 is a high pixel density image sensor that acquires light intensity image information by polarized light on the surface layer of the body cavity B as digital image information, but other image sensors such as a CMOS may be used.
光プローブ50内に配置されるパターニング偏光/波長板52は、図4(b)に示すように、偏光状態の異なる4つの偏光子のアレイからなる矩形状の偏光板55aと、その中の1つの偏光子に貼付された位相子(波長板)55bと、を備える矩形状の偏光子及び位相子パターニング素子53を、多数、例えば、取得すべき偏光画像の画素数分だけアレイ状に配置したものである。すなわち、パターニング偏光/波長板52は、単独で第2偏光フィルタ部54を構成するものであり、図2及び図3に示す第2偏光フィルタ部40b及び46bと同様の機能を有するものである。 As shown in FIG. 4B, the patterned polarization / wavelength plate 52 disposed in the optical probe 50 includes a rectangular polarizing plate 55a composed of an array of four polarizers having different polarization states, and one of them. A plurality of rectangular polarizers and phase shifter patterning elements 53 each including a phase plate (wave plate) 55b attached to one polarizer are arranged in an array by the number of pixels of a polarization image to be acquired, for example. Is. That is, the patterning polarization / wave plate 52 alone constitutes the second polarization filter section 54 and has the same function as the second polarization filter sections 40b and 46b shown in FIGS.
なお、偏光子及び位相子パターニング素子53としては、図4(b)に拡大して示すように、矩形状の偏光板55aの4つの偏光子の内の左下の偏光角(軸(屈折率の高い方向)の角度)0°の偏光子53a、左上の偏光角90°の偏光子53b、右上の偏光角45°の偏光子53c、及び右上の偏光角90°の偏光子に偏光角45°の位相子(波長板)が貼り付けられた位相子貼付偏光子53dが2×2のアレイ状に配置されて、偏光画像の1画素となるものを挙げることができる。 As the polarizer and phaser patterning element 53, as shown in an enlarged view in FIG. 4B, the lower left polarization angle (axis (refractive index of the refractive index) of the four polarizers of the rectangular polarizing plate 55a. Polarization angle 45 ° to the polarizer 53a of 0 °, the polarizer 53b having an upper left polarization angle of 90 °, the polarizer 53c having an upper right polarization angle of 45 °, and the polarizer having an upper right polarization angle of 90 °. A phaser-attached polarizer 53d to which the above-described phaser (wavelength plate) is attached is arranged in a 2 × 2 array to form one pixel of a polarization image.
このように、偏光子及び位相子パターニング素子53の偏光子53b及び53aによって縦(90°)と横(0°)との偏光成分、偏光子53cによって斜め(45°)の偏光成分、位相子貼付偏光子53dによって楕円偏光成分(円偏光成分:90°、45°)(軸(屈折率の高い方向)の角度:90°、位相差:Δ1=0、軸の角度:90°、位相差:Δ2=λ/4)を求めることができるので、図2及び図3に示す撮像部26a及び26bの第2偏光フィルタ部40b及び46bと同様に、撮像部26cの検出光においても、偏光の全体の強度(縦と横との偏光ベクトルの和)、縦と横(水平方向と垂直方向)との偏光ベクトルの差、偏光角45度と135度との偏光ベクトルの差、及び右円偏光と左円偏光との差に対応するストークスパラメータS0、S1、S2及びS3を互いに異なるものとすることができるし、また、求めることもでき、設定することもできる。 As described above, the polarizers 53b and 53a of the polarizer and phaser patterning element 53 have longitudinal (90 °) and lateral (0 °) polarization components, and the polarizer 53c has an oblique (45 °) polarization component. Ellipsoidal polarization component (circular polarization component: 90 °, 45 °) (axis (high refractive index direction) angle: 90 °, phase difference: Δ1 = 0, axis angle: 90 °, phase difference) : Δ2 = λ / 4) can be obtained. Therefore, similarly to the second polarizing filter units 40b and 46b of the imaging units 26a and 26b shown in FIGS. Total intensity (sum of vertical and horizontal polarization vectors), vertical and horizontal (horizontal and vertical) polarization vector differences, polarization vector difference between 45 and 135 degrees, and right circular polarization Stokes para corresponding to the difference between left and right circularly polarized light It chromatography data S 0, S 1, S 2 and can be different ones S 3, also can be obtained, it can be set.
したがって、本実施形態の偏光撮像系12cも、ミューラー撮像システムを構成し、互いに偏光状態の異なる偏光光による少なくとも16枚の光強度画像を得ることができ、ミューラー行列に含まれる全16の偏光変数を得ることができる。 Therefore, the polarization imaging system 12c of this embodiment also constitutes a Mueller imaging system, and can obtain at least 16 light intensity images with polarized lights having different polarization states, and all 16 polarization variables included in the Mueller matrix. Can be obtained.
なお、ミューラー行列に含まれる全16の偏光変数を得る必要がない場合には、図4(a)に示す偏光撮像系12cの第2偏光フィルタ部54において、偏光子及び位相子パターニング素子53のアレイからなるパターニング偏光/波長板52の代わりに、互いに偏光状態の異なる3つの偏光子のアレイからなる偏光子パターニング素子、すなわち、図4(a)に示す偏光子及び位相子パターニング素子53の右下の、楕円偏光成分に対応する位相子貼付偏光子53dがない、偏光子53a,53b及び53cの3つのみからなる偏光子パターニング素子をアレイ状に配置したパターニング偏光板を用いても良い。この場合には、ミューラー行列に含まれる全16の偏光変数の内、楕円偏光成分に対応しない、直線偏光に対応する12偏光変数を求めることができる。 When it is not necessary to obtain all 16 polarization variables included in the Mueller matrix, the second polarization filter unit 54 of the polarization imaging system 12c shown in FIG. Instead of the patterning polarization / wave plate 52 comprising an array, a polarizer patterning element comprising an array of three polarizers having different polarization states, that is, the right side of the polarizer and phaser patterning element 53 shown in FIG. A patterning polarizing plate in which polarizer patterning elements composed of only three polarizers 53a, 53b, and 53c, which do not have a phaser-attached polarizer 53d corresponding to an elliptically polarized light component, are arranged in an array may be used. In this case, among all 16 polarization variables included in the Mueller matrix, 12 polarization variables corresponding to linearly polarized light that do not correspond to elliptically polarized light components can be obtained.
なお、パターニング偏光/波長板52やパターニング偏光板を用いる場合には、偏光子及び位相子パターニング素子53や偏光子パターニング素子のアレイ状に配置された偏光子53a〜53dのそれぞれにCCD56の1画素を正確に対応させ、各偏光子53a〜53dからの偏光のみを検出する必要がある。しかし、偏光子53a〜53dの各々とCCD56の各画素とを完全に対応させて組み立てたり、製造したりすることは困難であるので、対応が不十分な場合には、CCD56で撮像後、電気信号やデータとして補正処理を行うのが好ましい。 In the case of using the patterning polarization / wave plate 52 and the patterning polarizing plate, one pixel of the CCD 56 is provided for each of the polarizers and phaser patterning elements 53 and the polarizers 53a to 53d arranged in an array of the polarizer patterning elements. Need to be detected accurately and only the polarized light from each of the polarizers 53a to 53d needs to be detected. However, it is difficult to assemble and manufacture each of the polarizers 53a to 53d and the respective pixels of the CCD 56 completely. It is preferable to perform correction processing as a signal or data.
上述したように、偏光子及び位相子パターニング素子53の4つの偏光子のアレイや、偏光子パターニング素子の3つの偏光子のアレイが偏光画像の1画素となるので、CCD56の画素数は、偏光光による光強度画像の画素数の4倍又は3倍必要となる。したがって、光強度画像の画素数が、例えば20万画素であれば、CCD56の画素数は、80万画素又は60万画素となり、光強度画像の画素数が、例えば100万画素であれば、CCD56の画素数は、400万画素又は300万画素となる。 As described above, since the array of four polarizers of the polarizer and phaser patterning element 53 and the array of three polarizers of the polarizer patterning element become one pixel of the polarization image, the number of pixels of the CCD 56 is polarized light. Four or three times the number of pixels of the light intensity image by light is required. Therefore, if the number of pixels of the light intensity image is 200,000 pixels, for example, the number of pixels of the CCD 56 is 800,000 pixels or 600,000 pixels. If the number of pixels of the light intensity image is 1 million pixels, for example, the CCD 56 The number of pixels is 4 million pixels or 3 million pixels.
ここで、内視鏡に適用される偏光撮像系としては、図4(a)に示す偏光撮像系12cに限定されず、図5(a)に示す偏光撮像系12dのように、図4(a)に示す偏光照射部24cの第1偏光フィルタ部46aの第1及び第2位相変調素子44a及び45aの代わりに、図2に示す回転位相差板38aを用いる第1偏光フィルタ部40aを備える偏光照射部24dを用いても良い。 Here, the polarization imaging system applied to the endoscope is not limited to the polarization imaging system 12c shown in FIG. 4A, but like the polarization imaging system 12d shown in FIG. In place of the first and second phase modulation elements 44a and 45a of the first polarizing filter unit 46a of the polarized light irradiation unit 24c shown in a), a first polarizing filter unit 40a using a rotational phase difference plate 38a shown in FIG. 2 is provided. The polarized light irradiation unit 24d may be used.
なお、偏光撮像系12c及び12dは、光プローブ50の先端に、図4(b)及び図5(b)に示す偏光子及び位相子パターニング素子53をアレイ状に配置したパターニング偏光/波長板52及びCCD56を組み込んでいるので、装置が小型化できるにもかかわらず、偏光特性(偏光変数)は完全であるので、内視鏡にはより好適に適用でき、内視鏡診断装置により好適に組み込むことができる。 Note that the polarization imaging systems 12c and 12d have a patterning polarization / wavelength plate 52 in which the polarizers and the phaser patterning elements 53 shown in FIGS. 4B and 5B are arranged in an array at the tip of the optical probe 50. Since the CCD 56 is incorporated, the polarization characteristics (polarization variable) are perfect despite the fact that the apparatus can be miniaturized, so that it can be more suitably applied to an endoscope, and is preferably incorporated into an endoscope diagnostic apparatus. be able to.
また、図6に示す偏光撮像系12eのように、図4(a)に示す偏光撮像系12cにおいて、撮像部26cの光プローブ50内に配置されるパターニング偏光/波長板52及びCCD56の代わりに、消化器Bからの所定の偏光状態の反射光を光プローブ50の光ファイバ48内を光伝送させて、他端から射出させ、生体の外部で、図3に示す第2偏光フィルタ部46bを用い、光ファイバ48の他端から射出された偏光反射光を、イメージファイバ58で伝送して、第2偏光フィルタ部46bに入射させ、偏光フィルタ部46bの後ろに配置されたCCD56で撮像する撮像部26dを用いても良い。 Further, like the polarization imaging system 12e shown in FIG. 6, in the polarization imaging system 12c shown in FIG. 4A, instead of the patterning polarization / wave plate 52 and the CCD 56 arranged in the optical probe 50 of the imaging unit 26c. The reflected light in a predetermined polarization state from the digestive organ B is transmitted through the optical fiber 48 of the optical probe 50 and emitted from the other end, and the second polarizing filter unit 46b shown in FIG. The polarized reflected light emitted from the other end of the optical fiber 48 is transmitted through the image fiber 58, is incident on the second polarizing filter unit 46b, and is imaged by the CCD 56 disposed behind the polarizing filter unit 46b. The part 26d may be used.
この偏光撮像系12eでは、消化器Bからの偏光反射光を、光ファイバ48及びイメージファイバ58によって導光するので、解像度が低下する恐れがあるが、偏光状態の変化は少なく偏光状態は維持されるので、光プローブ50内に撮像部26dを組み込む必要がないので、装置を小型化する必要はなく、装置構成の自由度を高くすることができる。 In this polarization imaging system 12e, since the polarized reflected light from the digestive organ B is guided by the optical fiber 48 and the image fiber 58, the resolution may be lowered, but the change in the polarization state is small and the polarization state is maintained. Therefore, since it is not necessary to incorporate the imaging unit 26d in the optical probe 50, it is not necessary to downsize the apparatus, and the degree of freedom of the apparatus configuration can be increased.
本実施形態の偏光撮像系12eでも、偏光撮像系12c及び12dと同様に、偏光特性(偏光変数)は完全であり、内視鏡にはより容易に適用でき、内視鏡診断装置により容易に組み込むことができる。 Also in the polarization imaging system 12e of the present embodiment, the polarization characteristics (polarization variables) are perfect, as in the polarization imaging systems 12c and 12d, and can be more easily applied to the endoscope, and can be easily performed by the endoscope diagnostic apparatus. Can be incorporated.
なお、内視鏡に適用される偏光撮像系においても、上記偏光撮像系12c、12d及び12eに限定されず、偏光照射部24及び撮像部26に、異なる又は同じ、種々の偏光フィルタ部を用いても良いし、異なる又は同じ、種々の位相差付与手段を用いても良い。
偏光撮像系12は、基本的に以上のように、構成される。
The polarization imaging system applied to the endoscope is not limited to the polarization imaging systems 12c, 12d, and 12e, and various polarization filter units that are different or the same are used for the polarization irradiation unit 24 and the imaging unit 26. Alternatively, different or the same various phase difference providing means may be used.
The polarization imaging system 12 is basically configured as described above.
次に、偏光変換処理部14は、図1に示すように、偏光撮像系12で撮像された偏光光(複数の偏光状態の反射光)による複数枚の光強度画像の画像情報、例えば、25フレームの光強度画像情報を、撮像部26から受信し、受信した複数の光強度画像情報にミューラー画像変換を行い、複数(例えば、16)の偏光変数についての複数枚のミューラー画像(複数フレームのミューラー画像情報)を得るミューラー画像変換部28と、得られた複数枚のミューラー画像(複数フレームのミューラー画像情報)に偏光変数分離処理を行って、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための、所定の偏光変数(偏光特性)による偏光特性画像(偏光特性画像情報)に変換する偏光変数分離処理部30と、ミューラー画像変換部28においてミューラー画像変換に用いられる偏光板(36a、36b)や回転位相差板(38a、38b)、位相変調素子(44a、44b、45a、45b)、パターニング偏光/波長板(52)等の位相差付与手段の偏光角等の偏光素子特性を補正する偏光素子特性補正処理部32とを有する。 Next, as shown in FIG. 1, the polarization conversion processing unit 14 includes image information of a plurality of light intensity images by polarized light (reflected light in a plurality of polarization states) imaged by the polarization imaging system 12, for example, 25 The light intensity image information of the frame is received from the imaging unit 26, Mueller image conversion is performed on the received plurality of light intensity image information, and a plurality of Mueller images (for example, 16 frames) with respect to a plurality of (for example, 16) polarization variables. Mueller image conversion unit 28 for obtaining (Muller image information), and a plurality of obtained Mueller images (multiple frames of Mueller image information) are subjected to polarization variable separation processing and expressed on the surface of a predetermined part of a living body A polarization variable separation processing unit 30 for converting the tissue into a polarization characteristic image (polarization characteristic image information) based on a predetermined polarization variable (polarization characteristic) for distinguishing the tissue from the surface layer; Polarizers (36a, 36b), rotational phase plates (38a, 38b), phase modulation elements (44a, 44b, 45a, 45b), patterning polarization / wave plates (52), etc. used for Mueller image conversion in the conversion unit 28 A polarizing element characteristic correction processing unit 32 that corrects polarizing element characteristics such as a polarization angle of the phase difference providing means.
ここで、ミューラー画像変換部28は、高次の偏光パラメータ(ミューラー(Mueller)行列)を得るための変換処理を行う部分である。 Here, the Mueller image conversion unit 28 is a part that performs a conversion process for obtaining a higher-order polarization parameter (Mueller matrix).
ところで、サンプルMがミューラー行列Mの各要素で与えられる偏光特性を持ち、その偏光特性がサンプルMの特徴を表すものである場合、ミューラー行列M、すなわちその要素を求める必要がある。ここで、ミューラー行列Mは、4行4列の行列であり、下記式(1)で与えられ、16の要素を持つので、各要素によるサンプルの16個のミューラー画像を得ることになる。 By the way, when the sample M has polarization characteristics given by each element of the Mueller matrix M and the polarization characteristics represent the characteristics of the sample M, it is necessary to obtain the Mueller matrix M, that is, its elements. Here, the Mueller matrix M is a matrix of 4 rows and 4 columns and is given by the following formula (1) and has 16 elements, so that 16 Mueller images of samples by each element are obtained.
ここで、ミューラー行列Mの全16の要素m00〜m33の各要素と偏光の物理的特性との厳密な対応は難しいが、おおまかな関係としては、要素m00は、輝度を表し、全16の要素m00〜m33は、偏光度を表し、要素m01、m02、m10及びm20は、二色性(直線複吸収)を表し、要素m03及びm30は、円二色性(円複吸収)を表し、要素m11、m12、m21及びm22は、旋光性(円複屈折)を表し、要素m11〜m13、m21〜m23及びm31〜m33は、複屈折性(直線複屈折)を表すものである。
なお、ミューラー行列Mの全16の要素m00〜m33を測定する場合、図7に示すような、サンプルMがミューラー行列で表わされるミューラー計測システムを構成する必要があり、このミューラー計測システムにおいて、25種類の異なる偏光状態の光による光強度画像を得る必要がある。なお、このミューラー計測システムは、図2に示す偏光撮像系12aと同じ偏光照射部24a及び撮像部26aからなるものであることが分かる。
Here, although it is difficult to strictly correspond to each of the 16 elements m 00 to m 33 of the Mueller matrix M and the physical properties of the polarized light, as a rough relation, the element m 00 represents the luminance, 16 elements m 00 to m 33 represent the degree of polarization, elements m 01 , m 02 , m 10 and m 20 represent dichroism (linear double absorption), and elements m 03 and m 30 represent Represents chromaticity (circular double absorption), elements m 11 , m 12 , m 21 and m 22 represent optical rotation (circular birefringence), and elements m 11 to m 13 , m 21 to m 23 and m 31 to m 33 is representative of the birefringence (linear birefringence).
When measuring all 16 elements m 00 to m 33 of the Mueller matrix M, it is necessary to configure a Mueller measuring system in which the sample M is represented by the Mueller matrix as shown in FIG. Therefore, it is necessary to obtain light intensity images using light of 25 different polarization states. Note that this Mueller measurement system is composed of the same polarized light irradiation unit 24a and imaging unit 26a as the polarization imaging system 12a shown in FIG.
ここで、ミューラー画像変換部28におけるミューラー行列の変換アルゴリズムについて説明する。
サンプルMの16の偏光要素が、上記ミューラー行列Mで表わされ、図7に示すミューラー計測システムおいて、サンプルMへの入射光の偏光状態が、ストークスパラメータ
S0、S1、S2及びS3で表わされ、サンプルMから反射された検出光の偏光状態が、ストークスパラメータS’0、S’1、S’2及びS’3で表わされ、偏光板36a及び36bのミューラー行列がP1及びP2で、角度θにおける1/4λ板(λ/4波長板)38a及び38bのミューラー行列がR1(θ)及びR2(5θ)で表わされる場合、下記式(2)を満足する。
Here, a Mueller matrix conversion algorithm in the Mueller image conversion unit 28 will be described.
Sixteen polarization elements of the sample M are represented by the Mueller matrix M. In the Mueller measurement system shown in FIG. 7, the polarization state of the incident light on the sample M is expressed by the Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2 and represented by S 3, the polarization state of the detection light reflected from the sample M is represented by the Stokes parameter S '0, S' 1, S '2 and S' 3, the Mueller matrix of the polarizing plate 36a and 36b Is P 1 and P 2 and the Mueller matrices of the quarter λ plates (λ / 4 wavelength plates) 38a and 38b at the angle θ are represented by R 1 (θ) and R 2 (5θ), the following formula (2) Satisfied.
ここで、ストークスパラメータS’0は、I(θ)(S’0=I(θ))であるので、
1/4λ板(λ/4波長板)38aの角度θの時の光強度をフーリエ変換すると、下記式(3)で表わされる。
ここで、光強度の実測値をΦ(θ)とすると、最小二乗法によってΦ(θ)とI(θ)との誤差が最小になるように、25個のフーリエ係数(振幅)a0〜a12及びb1〜b12を求めることになり、異なるθについての25個の上記式(3)が必要となるので、上記式(3)において、I(θ)=Φ(θ)としたときの25個の連立方程式を解くことになる。
Here, since the Stokes parameter S ′ 0 is I (θ) (S ′ 0 = I (θ)),
When the light intensity at the angle θ of the ¼λ plate (λ / 4 wavelength plate) 38a is Fourier transformed, it is expressed by the following formula (3).
Here, when the measured value of the light intensity is Φ (θ), 25 Fourier coefficients (amplitudes) a 0 to 25 so that the error between Φ (θ) and I (θ) is minimized by the least square method. We will be seeking a 12 and b 1 ~b 12, since 25 pieces of the above formula for different theta (3) is needed, in the above formula (3), and the I (θ) = Φ (θ ) 25 simultaneous equations will be solved.
その結果、ミューラー行列Mの各要素m00〜m33は、下記式(4)に示すように、フーリエ係数a0〜a12及びb1〜b12を用いて表すことができるので、ミューラー行列Mの各要素m00〜m33を求めることができる。
m00=a0−a2+a8−a10+a12
m01=2(a2−a8−a12)
m02=2(b2+b8−b12)
m03=b1−2b11=b1+2b9=b1+b9−b11
m10=2(−a8+a10−a12)
m11=4(a8+a12)
m12=4(−b8+b12)
m13=−4b9=4b11=2(−b9+b11)
m20=2(−b8+b10−b12)
m21=4(b8+b12)
m22=4(a8−a12)
m23=4a9=−4a11=2(a9−a11)
m30=2b3−b5=−b5+2b7=b3−b5+b7
m31=−4b3=−4b7=−2(b3+b7)
m32=−4a3=4a7=2(−a3+a7)
m33=−2a4=2a6=−a4+a6) ……(4)
As a result, each element m 00 to m 33 of the Mueller matrix M can be expressed using Fourier coefficients a 0 to a 12 and b 1 to b 12 as shown in the following formula (4). Each element m 00 to m 33 of M can be obtained.
m 00 = a 0 −a 2 + a 8 −a 10 + a 12
m 01 = 2 (a 2 -a 8 -a 12 )
m 02 = 2 (b 2 + b 8 -b 12)
m 03 = b 1 -2b 11 = b 1 + 2b 9 = b 1 + b 9 -b 11
m 10 = 2 (-a 8 + a 10 -a 12)
m 11 = 4 (a 8 + a 12 )
m 12 = 4 (−b 8 + b 12 )
m 13 = -4b 9 = 4b 11 = 2 (-b 9 + b 11)
m 20 = 2 (−b 8 + b 10 −b 12 )
m 21 = 4 (b 8 + b 12 )
m 22 = 4 (a 8 −a 12 )
m 23 = 4a 9 = -4a 11 = 2 (a 9 -a 11)
m 30 = 2b 3 -b 5 = -b 5 + 2b 7 = b 3 -b 5 + b 7
m 31 = -4b 3 = -4b 7 = -2 (b 3 + b 7)
m 32 = -4a 3 = 4a 7 = 2 (-a 3 + a 7)
m 33 = -2a 4 = 2a 6 = -a 4 + a 6) ...... (4)
なお、図7に示すミューラー行列偏光計によって構成される偏光撮像系12aで設置されるλ/4板は材料の波長特性や製造技術により、厳密にλ/4(90°)にすることは難しいため、λ/4板38a、38bと偏光板36a、36bとが主軸方位や複屈折位相差を持つ場合には、ミューラー行列の要素m00〜m33が誤差を含むことになる。したがって、偏光計測の精度向上のために、この誤差をキャリブレーションする必要がある。
これらの誤差のキャリブレーション方法は、ここでは記載を省略するが、チップマン(Chipman)や、ゴールドシュタイン(Goldstein)が提案するキャリブレーション方法を適用すればよい。
Note that it is difficult to make λ / 4 (90 °) strictly λ / 4 plate installed in the polarization imaging system 12a configured by the Mueller matrix polarimeter shown in FIG. 7 depending on the wavelength characteristics of the material and the manufacturing technology. Therefore, when the λ / 4 plates 38a and 38b and the polarizing plates 36a and 36b have principal axis directions and birefringence phase differences, the elements m 00 to m 33 of the Mueller matrix include errors. Therefore, this error needs to be calibrated to improve the accuracy of polarization measurement.
These error calibration methods are omitted here, but a calibration method proposed by Chipman or Goldstein may be applied.
以上から、ミューラー行列Mの16個の全要素についての16枚のミューラー画像を求めるには、偏光状態の異なる25枚の光強度画像が必要である。
こうして、ミューラー画像変換部28は、上記変換処理アルゴリズムによって、角度θを7.2度(180/25)毎に撮像することにより得られた光状態の異なる25枚の光強度画像(情報)から、ミューラー行列を得ることができ、全16個の要素に基づく16枚のミューラー画像(情報)を得ることができる。
From the above, in order to obtain 16 Mueller images for all 16 elements of the Mueller matrix M, 25 light intensity images having different polarization states are required.
Thus, the Mueller image conversion unit 28 uses 25 light intensity images (information) with different light states obtained by imaging the angle θ every 7.2 degrees (180/25) by the conversion processing algorithm. A Mueller matrix can be obtained, and 16 Mueller images (information) based on all 16 elements can be obtained.
なお、上記式(4)から分かるように、フーリエ係数a0〜a12及びb1〜b12のなかには、一次独立でないものが存在している。したがって、上述のように、25枚の光強度画像の全てを用いなくても、ミューラー行列Mの16個の全要素(ミューラーパラメータ)を求めることができる。すなわち、本発明においては、フーリエ変換した場合には、25枚の光強度画像を取得するのが好ましいが、少なくとも16枚の光強度画像を取得すればよい。 As can be seen from the above equation (4), some of the Fourier coefficients a 0 to a 12 and b 1 to b 12 are not linearly independent. Therefore, as described above, all 16 elements (Mueller parameters) of the Mueller matrix M can be obtained without using all 25 light intensity images. That is, in the present invention, when Fourier transform is performed, it is preferable to acquire 25 light intensity images, but at least 16 light intensity images may be acquired.
一方、上記式(1)から分かるように、ミューラー行列Mは、16の要素m00〜m33を持つものであるので、これらの要素(ミューラーパラメータ)を全部求めるためには、少なくとも16種類の偏光状態の異なる光強度画像(偏光画像)が必要であることが分かる。 On the other hand, as can be seen from the above equation (1), since the Mueller matrix M has 16 elements m 00 to m 33 , in order to obtain all of these elements (Mueller parameters), at least 16 kinds of elements are required. It can be seen that light intensity images (polarized images) having different polarization states are necessary.
したがって、上記式(2)から明らかなように、サンプルMへの入射光の偏光状態を表すストークスパラメータがS’0、S’1、S’2及びS’3の4種類で、サンプルMからの検出光の偏光状態を表すストークスパラメータがS0、S1、S2及びS3であることから、サンプルMへの入射光の偏光状態及びサンプルMからの検出光の偏光状態を、互いに異なるように設定し、例えば、上述したように、縦(90°:垂直)の直線偏光成分、横(0°:水平)の直線偏光成分、斜め(45°)の直線偏光成分、及び楕円率が異なる(90°/45°)の楕円(円)偏光成分となるように設定することにより、それぞれ4種の偏光状態から、それぞれ4種のストークスパラメータS’0、S’1、S’2及びS’3並びにS0、S1、S2及びS3を求めるための、16種類の偏光状態のサンプルMの光強度画像を得ることができる。その結果、16個のミューラーパラメータを全部求めることができる。 Therefore, as apparent from the above equation (2), there are four types of Stokes parameters representing the polarization state of the incident light on the sample M, S ′ 0 , S ′ 1 , S ′ 2 and S ′ 3 , and Since the Stokes parameters representing the polarization state of the detection light of S are S 0 , S 1 , S 2 and S 3 , the polarization state of the incident light to the sample M and the polarization state of the detection light from the sample M are different from each other. For example, as described above, the vertical (90 °: vertical) linear polarization component, the horizontal (0 °: horizontal) linear polarization component, the oblique (45 °) linear polarization component, and the ellipticity are By setting so as to have different (90 ° / 45 °) elliptical (circular) polarization components, four Stokes parameters S ′ 0 , S ′ 1 , S ′ 2 and 4 S '3 and S 0, S 1, S And for obtaining the S 3, it is possible to obtain 16 kinds of light intensity image of the sample M of the polarization state. As a result, all 16 Mueller parameters can be obtained.
次に、偏光変数分離処理部30は、ミューラー画像変換部28で得られたミューラー行列に分解処理を行って、ミューラー行列において混在している偏光特性(偏光変数)を分離する処理を行う部分であるということができ、換言すれば、得られた複数枚のミューラー画像(複数フレームのミューラー画像情報)に偏光変数分離処理を行って、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための、所定の偏光変数(偏光特性)による偏光特性画像(偏光特性画像情報)に変換する部分である。なお、偏光特性画像(偏光特性画像情報)は、所定部位の表層に表出する膠原繊維などの表出組織の表出程度を表わすものであるということもできる。 Next, the polarization variable separation processing unit 30 performs a process for separating the polarization characteristics (polarization variables) mixed in the Mueller matrix by performing a decomposition process on the Mueller matrix obtained by the Mueller image conversion unit 28. In other words, a polarization variable separation process is performed on a plurality of obtained Mueller images (multiple frames of Mueller image information), and the exposed tissue exposed on the surface layer of a predetermined part of the living body is surface layer. This is a part that is converted into a polarization characteristic image (polarization characteristic image information) based on a predetermined polarization variable (polarization characteristic) for discriminating it from the tissue. In addition, it can be said that the polarization characteristic image (polarization characteristic image information) represents the degree of expression of the exposed tissue such as collagen fibers that are exposed on the surface layer of the predetermined part.
偏光変数分離処理部30において、ミューラー行列Mは、主として、リターダンス特性(複屈折性、旋光性)と、吸収特性(二色性、円二色性)と、偏光解消性との3つに分離される。これらの分離された偏光特性から、生体の所定部位(サンプル)の偏光解消度、位相差、方位(位相差)、方位(吸収)及び旋光性、さらに、光の偏光度及び光の偏光方位等の偏光特性を求めることができる。 In the polarization variable separation processing unit 30, the Mueller matrix M is mainly divided into three types of retardance characteristics (birefringence and optical rotation), absorption characteristics (dichroism and circular dichroism), and depolarization characteristics. To be separated. From these separated polarization characteristics, the degree of depolarization, phase difference, azimuth (phase difference), azimuth (absorption) and optical rotation of a predetermined part (sample) of a living body, and further, the degree of polarization of light and the direction of polarization of light, etc. The polarization characteristics can be obtained.
ここで、位相差は、光の進行方向に垂直な面での物質の屈折率の縦と横の差であり、偏光解消度は、偏光した光がその物質に入射して、出射した光の偏光状態(偏光しているか否(偏光していない)かを示す状態)がどの程度の影響を受けるかを表す値であり、位相差の方位は、屈折率が最大の方向を角度として表すものであり、吸収の方位は、二色性の方位と同じで、吸収の最も高い方向を角度として表すものであり、旋光性は、直線偏光に対する回転特性を角度として表すもので、方位を持たないことが位相差と異なるものである。 Here, the phase difference is the difference between the vertical and horizontal refractive indices of a material in a plane perpendicular to the light traveling direction, and the degree of depolarization is the degree of polarization of the light that enters the material and is emitted. This is a value indicating how much the polarization state (state indicating whether it is polarized or not (polarized)) is affected, and the direction of the phase difference indicates the direction in which the refractive index is maximum as an angle. The azimuth of absorption is the same as the dichroic azimuth, and the direction of highest absorption is expressed as an angle, and the optical rotation is the rotation characteristic with respect to linearly polarized light as an angle, and has no azimuth. This is different from the phase difference.
ところで、ミューラー行列をMとし、偏光解消度を表す行列をMΔとし、リターダンス(位相差)を表す行列をMRとし、2色性を表す行列をMDとするとき、下記式(5)で表わすことができる。なお、これらの行列は、4行4列の行列である。
M=MΔMRMD …(5)
Meanwhile, when the Mueller matrices is M, a matrix representing the degree of depolarization and M delta, a matrix representing the retardance (phase difference) and M R, the matrix representing the two-color and M D, the following formula (5 ). These matrices are 4 × 4 matrices.
M = M Δ M R M D ... (5)
したがって、上記式(1)に基づいて、ミューラー行列Mを分解することにより、行列MΔ、MR、及びMDを求め、行列MΔから偏光解消度、行列MRから位相差、及び行列MDから2色性を求めることができる。 Thus, based on the equation (1), by degrading the Mueller matrix M, the matrix M delta, seeking M R, and M D, degree of depolarization of the matrix M delta, the phase difference from the matrix M R, and matrix it can be determined dichroism from M D.
なお、ミューラー行列の分解方法及び各特性とミューラー行列の要素との関係についても、アザム(Azzam)や、チップマン(Chipman)や、ゴールドシュタイン(Goldstein)等により、提案されている方法や関係式を適用すれば良いので、ここでは、詳細な記載を省略して、その結果を記載する(”Polarized light”, Dennis Goldstein, 2th ed., Marcel Dekker, NY (2003), Chapter 9 “Mathematics of the Mueller Matrix“ 9.5 “The Lu-Chipman Decomposition” P175-P186、及び、SPIE Vol. 3120 “Decomposition of Mueller Matrix” P385-P396参照)。 As for the method of decomposing the Mueller matrix and the relationship between each characteristic and the elements of the Mueller matrix, methods and relational expressions proposed by Azzam, Chipman, Goldstein, etc. Here, the detailed results are omitted, and the results are described here (“Polarized light”, Dennis Goldstein, 2th ed., Marcel Dekker, NY (2003), Chapter 9 “Mathematics of the Mueller Matrix “9.5“ The Lu-Chipman Decomposition ”P175-P186 and SPIE Vol. 3120“ Decomposition of Mueller Matrix ”P385-P396).
すなわち、分解された行列MRは、ミューラー行列Mの要素m00〜m33を用いて下記式(6)で与えられ、位相差Rは、下記式(7)で与えられることが分かる。ここで、係数a及びbは、それぞれ下記式(8)及び(9)で与えられる。
また、分解された行列MDも、ミューラー行列Mの要素m00〜m33を用いて下記式(10)で与えられ、2色性Dは、下記式(11)で与えられることが分かる。ここでも、係数a及びbは、それぞれ上記式(8)及び(9)で与えられる。
また、行列MΔは、上記式(5)を変形することにより、下記式(12)で与えられ、偏光解消度mΔは、下記式(13)で与えられることが分かる。ここで、m‘、κ1、κ2及びκ3は、それぞれ上記式(14)、(15)、(16)、(17)及び(18)で与えられる。なお、λ1、λ2、及びλ3は、mΔの固有値から導くことができる。
MΔ=MMD −1MR −1 …(12)
M Δ = MM D −1 M R −1 (12)
本発明者らは、こうして得られた偏光特性のうち、特定の偏光特性が所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別する性質があることを知見した。 The present inventors have found that, among the polarization characteristics obtained in this way, there is a property of distinguishing an exposed tissue in which a specific polarization characteristic appears on the surface layer of a predetermined site from the surface layer structure.
このような偏光特性としては、位相差、偏光解消度、方位(位相差)、方位(吸収)、旋光性、光の偏光度、光の偏光方位、二色性、二色性方位、p偏光及びs偏光等の偏光特性が、所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別する上で好ましい。その結果、これらの偏光特性による偏光特性画像、すなわち、位相差画像、偏光解消度画像、方位画像(位相差)、方位画像(吸収)、旋光性画像、光の偏光度画像、光の偏光方位画
像、二色性画像、二色性方位画像、p偏光及びs偏光画像では、表出組織と表層の組織とを区別して、例えば、疑似カラーで識別可能に表示することができる。
Such polarization characteristics include phase difference, depolarization degree, azimuth (phase difference), azimuth (absorption), optical rotation, light polarization degree, light polarization azimuth, dichroism, dichroism azimuth, and p-polarized light. In addition, polarization characteristics such as s-polarized light are preferable for distinguishing an exposed structure that appears on the surface layer of a predetermined portion from a surface layer structure. As a result, polarization characteristics images based on these polarization characteristics, that is, phase difference image, depolarization degree image, orientation image (phase difference), orientation image (absorption), optical rotation image, polarization degree image of light, polarization direction of light In the image, the dichroic image, the dichroic orientation image, the p-polarized light, and the s-polarized image, the exposed tissue and the surface tissue can be distinguished and displayed, for example, in a quasi-colored manner.
このような偏光特性によって識別できる表出組織は、線維状組織であるのが好ましく、線維状組織は、膠原線維、神経線維、又は筋線維であるのが好ましい。 The exposed tissue that can be identified by such polarization characteristics is preferably a fibrous tissue, and the fibrous tissue is preferably collagen fibers, nerve fibers, or muscle fibers.
ここで、偏光特性画像について説明する。 Here, the polarization characteristic image will be described.
図12は、大腸正常部の断面のカラー画像、図13および図14は、その病理染色標本と光強度画像である。また、図15(A)〜(F)は、図12に示す大腸正常部の断面の表面に、偏光特性の異なる複数の偏光光を順次照射して複数枚の光強度偏光画像を撮像し、これら複数枚の光強度偏光画像に対して偏光変換処理および表示変換処理を施すことによって作成された、偏光解消度、光の偏光度、位相差、位相差の方位、吸収の方位、旋光の偏光特性画像(偏光解消度画像、光の偏光度画像、位相差画像、位相差の方位画像、吸収の方位画像、旋光画像)であり、同図(G)は、同図(A)〜(F)の偏光特性画像に適用された疑似カラーパレットである。 FIG. 12 is a color image of a cross section of the normal large intestine, and FIGS. 13 and 14 are a pathologically stained specimen and a light intensity image. 15A to 15F sequentially irradiate the surface of the cross section of the normal colon shown in FIG. 12 with a plurality of polarized lights having different polarization characteristics to capture a plurality of light intensity polarization images, Depolarization degree, degree of polarization of light, phase difference, direction of phase difference, direction of absorption, polarization of optical rotation created by performing polarization conversion processing and display conversion processing on these multiple light intensity polarization images These are characteristic images (depolarization degree image, polarization degree image of light, phase difference image, azimuth image of phase difference, azimuth image of absorption, and optical rotation image), and FIG. ) Is a pseudo color palette applied to the polarization characteristic image.
撮像に使用した大腸正常部の断面の厚さは約10mmである。図12に示すカラー画像は、通常カラー撮像系20により、大腸正常部の断面の表面に白色光(通常光)を照射し、その反射光をCCD等の固体撮像素子で光電変換して撮像したものであり、図14は、その光強度画像である。カラー画像と光強度画像では、大腸正常部の断面の表面の様子を観察することができるが、その内部、つまり、表層から中層、深層での様子を観察することはできない。 The thickness of the cross section of the normal part of the large intestine used for imaging is about 10 mm. The color image shown in FIG. 12 is captured by irradiating the surface of the cross section of the normal colon with white light (normal light) by the normal color imaging system 20 and photoelectrically converting the reflected light with a solid-state imaging device such as a CCD. FIG. 14 shows the light intensity image. In the color image and the light intensity image, it is possible to observe the state of the surface of the cross section of the normal part of the large intestine, but it is not possible to observe the inside, that is, the state from the surface layer to the middle layer and the deep layer.
図13に示す病理染色標本は、従来から病理診断を目的として作成されているものである。病理染色標本は、大腸正常部の断面を数ミクロンの膜状にスライスし、スライドガラスに貼り付けて染色してプレパラートにしてある。同図は、大腸正常部の断面の病理染色標本であるから、その粘膜層、粘膜筋板、粘膜下層、膠原線維等を観察することができる。ただし、病理染色標本の作成は、一般的に、工数が多く、主に手作業であるため手間がかかる。 The pathologically stained specimen shown in FIG. 13 has been conventionally prepared for the purpose of pathological diagnosis. The pathologically stained specimen is prepared by slicing a cross section of a normal large intestine into a film of several microns, pasting it on a slide glass and staining it. Since this figure is a pathologically stained specimen of the cross section of the normal colon, its mucosal layer, mucosal muscle plate, submucosa, collagen fibers and the like can be observed. However, the preparation of a pathologically stained specimen is generally time consuming because it requires many man-hours and is mainly manual.
図15(A)に示す偏光解消度画像は、偏光解消度を0〜1の範囲とし、各画素について、偏光解消度に応じて黒(偏光解消度=0)〜白(偏光解消度=1)の白黒画像としたものである。同様に、同図(B)に示す光の偏光度画像は、光の偏光度を0〜1の範囲とし、各画素について、光の偏光度に応じて黒(光の偏光度=1)〜白(光の偏光度=0)の白黒画像としたものである。 The depolarization degree image shown in FIG. 15A has a depolarization degree in a range of 0 to 1, and for each pixel, black (depolarization degree = 0) to white (depolarization degree = 1) depending on the depolarization degree. ) Monochrome image. Similarly, in the polarization degree image of light shown in FIG. 5B, the polarization degree of light is in the range of 0 to 1, and for each pixel, black (the polarization degree of light = 1) is set in accordance with the polarization degree of light. This is a black and white image of white (degree of polarization of light = 0).
これに対し、同図(C)〜(F)に示す位相差画像、位相差の方位画像、吸収の方位画像、旋光画像は、各偏光特性の角度を0°〜180°の範囲とし、各画素の角度に応じて異なる色を割り当てて、疑似カラー画像としたものである。 On the other hand, the phase difference image, the phase difference azimuth image, the absorption azimuth image, and the optical rotation image shown in (C) to (F) in the same figure have each polarization characteristic angle in the range of 0 ° to 180 °, A pseudo color image is obtained by assigning different colors according to pixel angles.
例えば、同図(A)に示す偏光解消度画像において、膠原線維は、偏光解消度が0.96〜0.98の部分となる。また、例えば、同図(C)に示す位相差画像において、膠原線維は、位相差の角度が140°±10°の部分となる。 For example, in the depolarization degree image shown in FIG. 3A, the collagen fibers are portions where the depolarization degree is 0.96 to 0.98. Further, for example, in the phase difference image shown in FIG. 3C, the collagen fibers are portions where the phase difference angle is 140 ° ± 10 °.
次に、下記表1を参照して、偏光解消度、光の偏光度、位相差、位相差の方位、吸収の方位、旋光の各偏光特性について、その光学特性、検知対象、および、具体例を説明する。 Next, with reference to Table 1 below, the optical characteristics, detection targets, and specific examples of the degree of depolarization, the degree of polarization of light, the phase difference, the direction of phase difference, the direction of absorption, and the polarization characteristics of optical rotation Will be explained.
表1に示すように、偏光解消度は、光学特性として、物の偏光解消の程度、つまり、偏光強度×解消(散乱)で表される。偏光解消度の検知対象、つまり、偏光解消度によって検知することができるものは、例えば、組織の均一性である。具体例として、偏光解消度は、脂肪組織やランダムな線維が存在する部分では大きくなり、水や揃った線維が存在する部分では小さくなると考えられる。 As shown in Table 1, the degree of depolarization is expressed as an optical characteristic by the degree of depolarization of an object, that is, polarization intensity × desorption (scattering). An object of detection of the degree of depolarization, that is, what can be detected by the degree of depolarization is, for example, tissue uniformity. As a specific example, it is considered that the degree of depolarization increases in a portion where adipose tissue and random fibers exist, and decreases in a portion where water and aligned fibers exist.
以下順に、光の偏光度は、光学特性として、光の偏光の完全さを表す。光の偏光度の検知対象は、例えば、組織の異方性である。具体例として、光の偏光度は、揃った線維が存在する部分では大きくなり、水、脂肪組織、ランダムな線維が存在する部分では小さくなると考えられる。 In the following order, the degree of polarization of light represents the completeness of polarization of light as an optical characteristic. The detection target of the degree of polarization of light is, for example, tissue anisotropy. As a specific example, it is considered that the degree of polarization of light increases in a portion where uniform fibers exist, and decreases in a portion where water, adipose tissue, and random fibers exist.
位相差は、光学特性として、屈折率異方性のレベルを表す。位相差の検知対象は、例えば、線維の配向である。具体例として、位相差は、密で揃った線維が存在する部分では大きくなり、疎な線維やランダムな線維が存在する部分では小さくなると考えられる。 The phase difference represents the level of refractive index anisotropy as an optical characteristic. The detection target of the phase difference is, for example, fiber orientation. As a specific example, the phase difference is considered to increase in a portion where dense and aligned fibers exist, and to decrease in a portion where sparse fibers and random fibers exist.
位相差の方位は、光学特性として、屈折率異方性の方向を表す。位相差の方向の検知対象は、例えば、線維の配向角度である。位相差の方位の具体例は、線維の方向である。 The direction of phase difference represents the direction of refractive index anisotropy as an optical characteristic. The detection target of the direction of the phase difference is, for example, the fiber orientation angle. A specific example of the phase difference azimuth is the fiber direction.
位相差の吸収は、光学特性として、吸収異方性の方向を表す。位相差の吸収の検知対象は、例えば、吸収型の線維の配向角度である。位相差の吸収の具体例は、光の偏光面と平行な線維の吸収方向である。 The absorption of the phase difference represents the direction of absorption anisotropy as an optical characteristic. The detection target of the absorption of the phase difference is, for example, the orientation angle of the absorption type fiber. A specific example of phase difference absorption is the fiber absorption direction parallel to the plane of polarization of light.
旋光は、光学特性として、直線偏光の旋回の程度を表す。旋光の検知対象は、例えば、左右不均型分子である。具体例として、旋光は、血糖やグルコース濃度が高い部分では大きくなり、水が存在する部分では小さくなると考えられる。 Optical rotation represents the degree of rotation of linearly polarized light as an optical characteristic. The detection target of optical rotation is, for example, a left-right inhomogeneous molecule. As a specific example, the optical rotation is considered to be large in a portion where the blood sugar or glucose concentration is high and small in a portion where water exists.
なお、大腸正常部の断面を撮像した場合の例を挙げて説明したが、例えば、本発明を内視鏡装置に適用し、大腸正常部の内表面を撮像する場合も同様である。また、大腸以外の観察部位、上記以外の偏光特性画像についても同様である。 In addition, although the example at the time of imaging the cross section of the normal large-intestine part was given and demonstrated, for example, the present invention is applied to an endoscope apparatus, and the same applies to the case where the internal surface of the normal large-intestine part is imaged. The same applies to observation sites other than the large intestine and polarization characteristics images other than those described above.
図8は、図1に示す偏光画像計測表示システムの偏光変換処理部及びその偏光変数分離処理部の一実施形態の模式図であり、特に、偏光変数分離処理部を詳しく説明した説明図である。
図8に示すように、偏光変数分離処理部30は、ミューラー画像変換部28で得られたミューラー行列に分解処理を行う分離部82と、分離部82で分離された偏光特性画像に生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための強調処理を施した強調偏光特性画像を形成する分離後画像形成部84とからなり、偏光画像計測表示システム10の偏光変換処理部14は、上述したようにミューラー画像変換部28、偏光変数分離処理部30及び偏光素子特性補正処理部32に加え、さらに、ミューラー画像変換部28から偏光変数分離処理部30で変数分離する際の生体観察モデルを設定する生体観察モデル設定部86と、分離後画像形成部84で形成する強調偏光特性画像の偏光特性の領域を設定する分離後画像形成用パラメータ設定部88とを有する。
FIG. 8 is a schematic diagram of an embodiment of the polarization conversion processing unit and the polarization variable separation processing unit of the polarization image measurement and display system shown in FIG. 1, and in particular, an explanatory diagram illustrating the polarization variable separation processing unit in detail. .
As shown in FIG. 8, the polarization variable separation processing unit 30 includes a separation unit 82 that performs a decomposition process on the Mueller matrix obtained by the Mueller image conversion unit 28, and a polarization characteristic image separated by the separation unit 82. And a post-separation image forming unit 84 for forming an enhanced polarization characteristic image that has been subjected to enhancement processing for distinguishing the exposed tissue that appears on the surface layer of the region from the surface tissue, and the polarization conversion of the polarization image measurement display system 10 As described above, the processing unit 14 further performs variable separation from the Mueller image conversion unit 28 by the polarization variable separation processing unit 30 in addition to the Mueller image conversion unit 28, the polarization variable separation processing unit 30, and the polarization element characteristic correction processing unit 32. For post-separation image formation for setting the region of the polarization characteristic of the emphasized polarization characteristic image formed by the biological observation model setting unit 86 for setting the living body observation model at the time and the post-separation image forming unit 84 And a parameter setting section 88.
分離部82は、生体観察モデル設定部86で設定された生体観察モデルを用いて、計測されたミューラー行列において混在している偏光特性を分離することにより、すなわちミューラー行列の複数の要素の各々からなる複数枚のミューラー画像に偏光変数分離処理を行うことにより、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するのに適した、所定の偏光変数(偏光特性)による偏光特性画像(偏光特性画像情報)を出力する部分である。なお、例えば、偏光特性が位相差であれば、分離部82の出力信号は、0〜360°の画像情報である。 The separation unit 82 uses the biological observation model set by the biological observation model setting unit 86 to separate polarization characteristics mixed in the measured Mueller matrix, that is, from each of the plurality of elements of the Mueller matrix. By performing a polarization variable separation process on a plurality of Mueller images, a predetermined polarization variable (polarization characteristic) suitable for distinguishing the exposed tissue exposed on the surface of a predetermined part of the living body from the surface tissue. This is a part for outputting a polarization characteristic image (polarization characteristic image information). For example, if the polarization characteristic is a phase difference, the output signal of the separation unit 82 is image information of 0 to 360 °.
分離後画像形成部84は、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するために、分離部82で分離された所定の偏光特性による偏光特性画像に対して、分離後画像形成用パラメータ設定部88で設定された所定の偏光特性の強調領域(注目領域)に強調処理を施した強調偏光特性画像を形成する部分であり、強調偏光特性画像形成部ということもできる。なお、分離後画像形成部84を偏光変換処理部14とは別個に設け、偏光変換処理部14から出力される偏光特性画像に対して強調処理を施す構成としてもよい。 The post-separation image forming unit 84 identifies the exposed tissue exposed on the surface layer of a predetermined part of the living body from the surface layer tissue with respect to the polarization characteristic image based on the predetermined polarization property separated by the separation unit 82. This is a part for forming an emphasized polarization characteristic image obtained by performing enhancement processing on an emphasis region (region of interest) having a predetermined polarization characteristic set by the post-separation image forming parameter setting unit 88, and is also called an emphasized polarization property image forming unit. it can. Note that the post-separation image forming unit 84 may be provided separately from the polarization conversion processing unit 14, and the polarization characteristic image output from the polarization conversion processing unit 14 may be enhanced.
図9(a)及び(b)は、それぞれ図8に示す偏光変数分離処理部で変数分離する際の生体観察モデルの一実施形態の概略構成図であり、それぞれミューラー画像変換部から偏光変数分離処理部で変数分離する際の生体観察モデルを説明した説明図である。 FIGS. 9A and 9B are schematic configuration diagrams of an embodiment of a living body observation model when variables are separated by the polarization variable separation processing unit shown in FIG. 8, respectively, and polarization variable separation is performed from the Mueller image conversion unit, respectively. It is explanatory drawing explaining the biological observation model at the time of carrying out variable separation by a process part.
本発明に用いることができる生体観察モデルとしては、まず、図9(a)に示す複数の偏光状態の照射光が観察される生体を透過する「透過モデル」90aを挙げることができる。ここで、分離部82では、この透過モデル90aを前提として、偏光変数分離処理部30で変数分離している。この透過モデル90aは、は、図9(a)に示すように、「二色性」、「位相差×旋光」及び「偏光解消度」の層を複数重ねたモデルである。なお、この透過モデル90aは、生体サンプルの偏光特性を取得するためには有効なモデルである。 As a living body observation model that can be used in the present invention, first, a “transmission model” 90a that transmits through a living body in which irradiation light in a plurality of polarization states is observed can be exemplified as shown in FIG. Here, the separation unit 82 performs variable separation by the polarization variable separation processing unit 30 on the assumption of the transmission model 90a. The transmission model 90a is a model in which a plurality of layers of “dichroism”, “phase difference × optical rotation”, and “degree of depolarization” are stacked as shown in FIG. 9A. The transmission model 90a is an effective model for acquiring the polarization characteristics of the biological sample.
一方、実際の系では、観察される生体に照射光を斜めに照射して、その反射光を撮像することになる。したがって、本発明の生体観察モデルとして、図9(b)に示す「反射モデル」90bを生体観察モデルとすることが考えられる。この場合の生体観察モデルとしては、例えば、図9(b)に示すように、「散乱性(偏光解消度)」、「位相差」「旋光性」及び「二色性」の層を複数重ねたモデルがある。また、反射モデルであることにより各層で反射光が発生し、例えば、散乱+位相差の混在した反射光が観測される。このような反射モデルでは、これらが想定できるので、偏光変数分離処理部30で変数分離精度が上がり、リターダンス特性、吸収特性、偏光解消性の精度アップが期待できる。 On the other hand, in an actual system, irradiation light is obliquely applied to an observed living body, and the reflected light is imaged. Therefore, it is conceivable that the “reflection model” 90b shown in FIG. 9B is used as the living body observation model as the living body observation model of the present invention. As a living body observation model in this case, for example, as shown in FIG. 9B, a plurality of “scattering (depolarization degree)”, “phase difference”, “optical rotation”, and “dichroic” layers are stacked. There are other models. Further, since the reflection model is used, reflected light is generated in each layer. For example, reflected light in which scattering + phase difference is mixed is observed. In such a reflection model, since these can be assumed, the polarization variable separation processing unit 30 can improve the variable separation accuracy, and expect to improve the accuracy of the retardance characteristic, the absorption characteristic, and the depolarization property.
なお、図8に示す生体観察モデル設定部86は、偏光変数分離処理部で変数分離する際の生体観察モデルとして、上述したこの透過モデル90aや反射モデル90b等の生体観察モデルを設定するためのものである。このように、実際の観察系に合わせて、生体観察モデル設定部86にて、生体観察モデルを選択できるようにすることで、偏光変数分離処理部30で変数分離精度が上がり、リターダンス特性、吸収特性、偏光解消性の精度アップが期待できる。 The biological observation model setting unit 86 shown in FIG. 8 is for setting the biological observation model such as the transmission model 90a and the reflection model 90b described above as the biological observation model when the variable separation is performed by the polarization variable separation processing unit. Is. In this way, by allowing the living body observation model setting unit 86 to select the living body observation model in accordance with the actual observation system, the polarization variable separation processing unit 30 increases the variable separation accuracy, the retardance characteristics, Expected to improve accuracy of absorption characteristics and depolarization.
分離後画像形成用パラメータ設定部88は、特定の偏光特性が所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するために、分離後画像形成部84で形成する強調偏光特性画像の偏光特性の領域を設定するためのものであり、観察される組織毎に、位相差などの特定の偏光特性における強調するべき領域を設定することができるものである。 The post-separation image forming parameter setting unit 88 is an enhanced polarization characteristic image formed by the post-separation image forming unit 84 in order to distinguish an exposed tissue in which a specific polarization characteristic appears on the surface layer of a predetermined site from a surface layer tissue. This is intended to set the region of the polarization characteristics of each of the regions, and for each tissue to be observed, a region to be emphasized in a specific polarization property such as a phase difference can be set.
なお、本発明者らが、このような分離後画像形成用パラメータ設定部88を設けたのは、特定の偏光特性が所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するためには、観察組織毎に、強調すべき偏光特性の領域、例えば、偏光特性が位相差であれば、強調すべき位相差領域を設定できるようにする必要があることを知見したからである。
本発明では、偏光特性画像の観察時には、分離後画像形成用パラメータ設定部88から観察組織毎に適切なパラメータを選択することで、表層に表出する表出組織を明確に表層の組織と識別することができる。
The present inventors have provided such a post-separation image forming parameter setting unit 88 in order to distinguish an exposed tissue in which a specific polarization characteristic appears on the surface layer of a predetermined site from the surface layer tissue. This is because it has been found that it is necessary to be able to set a phase difference region to be enhanced if the polarization property region to be enhanced, for example, if the polarization property is a phase difference, for each observation tissue.
In the present invention, at the time of observing the polarization characteristic image, by selecting an appropriate parameter for each observed tissue from the post-separation image forming parameter setting unit 88, the exposed tissue exposed on the surface layer is clearly distinguished from the surface tissue. can do.
例えば、偏光特性が位相差であれば、分離部82からの出力信号は0〜360°の画像情報であるので、観察組織が膠原線維である場合には、強調すべき位相差領域として、分離後画像形成用パラメータ設定部88によって、140°±10°の領域を設定することができる。 For example, if the polarization characteristic is a phase difference, the output signal from the separation unit 82 is image information of 0 to 360 °. Therefore, when the observation tissue is collagen fibers, the phase difference region to be emphasized is separated. The post-image forming parameter setting unit 88 can set an area of 140 ° ± 10 °.
なお、ここでは、強調すべき偏光特性の領域を、観察組織毎(神経、リンパ節、血管)に設定する例を示したが、観察部位(上部消化器、下部消化器、呼吸器)毎に設定するようにしても良い。 In addition, although the example of setting the area | region of the polarization characteristic which should be emphasized here for every observation tissue (a nerve, a lymph node, a blood vessel) was shown, each observation part (upper digestive organ, lower digestive organ, respiratory organs) was shown. You may make it set.
特に、膠原線維の表出度合いは、がんの進行度合いを診断する上で、有効である。
がんの進行度合いと、膠原線維の表出度合いとの関係は、以下のように考えることができる。
In particular, the degree of expression of collagen fibers is effective in diagnosing the degree of progression of cancer.
The relationship between the degree of progression of cancer and the degree of expression of collagen fibers can be considered as follows.
図10(a)は、正常な生体の表層近傍の概略構成模式図であり、図10(b)は、粘膜内がんが発生した生体の表層近傍の概略構成模式図であり、図10(c)は、粘膜下層浸潤がんに進行した生体の表層近傍の概略構成模式図である。
図10(a)に示すように、正常な生体の表層近傍の組織60aは、表面側から粘膜層62、その下側に粘膜筋板64、その下に粘膜下層66があり、膠原線維68は、粘膜筋板64の下側の粘膜下層66に存在している。
FIG. 10A is a schematic configuration schematic diagram in the vicinity of the surface layer of a normal living body, and FIG. 10B is a schematic configuration schematic diagram in the vicinity of the surface layer of the living body in which intramucosal cancer has occurred. c) is a schematic structural schematic diagram of the vicinity of the surface layer of a living body that has progressed to submucosal invasive cancer.
As shown in FIG. 10 (a), a tissue 60a near the surface layer of a normal living body has a mucosal layer 62 from the surface side, a mucosal muscle plate 64 below it, and a submucosal layer 66 below it. It exists in the submucosal layer 66 below the mucosal muscle plate 64.
次に、図10(b)に示す粘膜内がんが発生した生体の表層近傍の組織60bでは、粘膜層62に粘膜内がん(mがん)70が発生しているが、粘膜層62の下側の粘膜筋板64は破れておらず、粘膜筋板64の下側の粘膜下層66に存在している膠原線維68は、粘膜層62には表出していない。このため、粘膜内がんが発生した生体の表層近傍の組織60bでは、本発明による偏光計測を行っても、正常な生体の表層近傍の組織60aの場合と同様に、粘膜層62に表出した膠原線維68を検出することはできない。 Next, in the tissue 60b in the vicinity of the surface layer of the living body in which the intramucosal cancer has occurred as shown in FIG. 10B, the intramucosal cancer (m cancer) 70 has occurred in the mucosal layer 62. The lower mucosal muscle plate 64 is not torn, and the collagen fibers 68 present in the lower mucosal layer 66 below the mucosal muscle plate 64 are not exposed to the mucosal layer 62. For this reason, in the tissue 60b near the surface of the living body in which intramucosal cancer has occurred, even if the polarization measurement according to the present invention is performed, the tissue 60b appears in the mucosal layer 62 as in the case of the tissue 60a near the surface of a normal living body. It is not possible to detect the collagen fibers 68.
これに対し、図10(c)に示すがん72が進行している、すなわち粘膜下層浸潤がん(smがん)72が存在する生体の表層近傍の組織60cでは、粘膜下層浸潤がん72に進行している部分の粘膜筋板64が破れて、その破れ部分65から粘膜下層66の膠原線維68が粘膜層62に移動し、表面の粘膜層62のがん細胞72の間で成長し、膠原線維68が表層の粘膜層62に表出する。このため、粘膜下層浸潤がん72が存在する生体の表層近傍の組織60cでは、本発明による偏光計測を行って、粘膜層62に表出した膠原線維68を検出することができ、他の組織と識別することができる。その結果、粘膜層62に表出した膠原線維68を表色することができ、膠原線維68の粘膜層62への表出を知ることができ、粘膜下層浸潤がん72を検出することができる。 In contrast, in the tissue 60c in the vicinity of the surface layer of the living body where the cancer 72 shown in FIG. 10C has progressed, that is, the submucosal invasive cancer (sm cancer) 72 exists, the submucosal invasive cancer 72 is present. The mucosal muscle plate 64 of the portion that has progressed to the right is torn, the collagen fibers 68 of the submucosa 66 move from the torn portion 65 to the mucosa layer 62, and grow between the cancer cells 72 of the surface mucosa layer 62 The collagen fibers 68 are exposed to the surface mucosa layer 62. For this reason, in the tissue 60c in the vicinity of the surface layer of the living body where the submucosal invasive cancer 72 exists, the polarization measurement according to the present invention can be performed to detect the collagen fibers 68 exposed in the mucosal layer 62, and other tissues. Can be identified. As a result, the collagen fibers 68 appearing on the mucosal layer 62 can be colored, the expression of the collagen fibers 68 to the mucosal layer 62 can be known, and the submucosal invasive cancer 72 can be detected. .
すなわち、図10(c)に示すように、粘膜下層浸潤がん72の進行に従い、粘膜筋板64が破れると、粘膜筋板64の下層にある粘膜下層66から膠原線維68を生成する線維芽細胞が入り込み、粘膜下層66の膠原線維68が、その破れから粘膜層62に移動し、上層の粘膜層62にて膠原線維68が多く生成される。すなわち、その膠原線維68が表面から捉えられるかどうかによって、図10(b)に示す粘膜内がん70と図10(c)に示す粘膜下層浸潤がん72の区別が可能となる。 That is, as shown in FIG. 10 (c), when the mucosal muscle plate 64 is broken as the submucosal invasive cancer 72 progresses, fibroblasts generate collagen fibers 68 from the submucosal layer 66 below the mucosal muscle plate 64. The cells enter, and the collagen fibers 68 in the submucosal layer 66 move to the mucosal layer 62 from the tearing, and many collagen fibers 68 are generated in the upper mucosal layer 62. That is, it is possible to distinguish between the intramucosal cancer 70 shown in FIG. 10B and the submucosal invasive cancer 72 shown in FIG.
この膠原線維68は、高分子から構成されており、光学異方性があるために、上記偏光特性によって粘膜層62と識別でき、識別可能に画像表示できる。したがって、膠原線維68は、粘膜層62と識別可能に疑似カラー画像として可視化できる。
したがって、このような画像によって、所定部位の表面のがん細胞の間で膠原線維が成長しており、間質変化(粘膜への膠原線維の表出)を確認できれば、転移可能性高いと診断可能であり、がんか否か、また、粘膜内がんか粘膜下層浸潤がんかを診断することが可能となる。
Since the collagen fibers 68 are made of a polymer and have optical anisotropy, the collagen fibers 68 can be distinguished from the mucosal layer 62 by the polarization characteristics, and can be displayed in an identifiable manner. Therefore, the collagen fibers 68 can be visualized as a pseudo color image so as to be distinguishable from the mucosal layer 62.
Therefore, if such an image shows that collagen fibers have grown between cancer cells on the surface of a given site and the interstitial change (the expression of collagen fibers to the mucosa) can be confirmed, it is diagnosed that metastasis is highly likely. It is possible to diagnose whether it is cancer or not, and whether it is intramucosal cancer or submucosal invasive cancer.
ここで、分離後画像形成部84における偏光特性画像の強調処理について説明する。 Here, the enhancement process of the polarization characteristic image in the post-separation image forming unit 84 will be described.
分離後画像形成用パラメータ設定部88は、偏向変換処理部で得られる偏光特性画像情報に対応する偏光特性画像において強調表示すべき強調領域(注目領域)を指定するためのパラメータ、つまり、分離後画像形成部84で偏光特性画像に対して強調処理を施し、強調偏光特性画像を形成するための強調領域を指定するパラメータを、観察部位毎に、かつ、偏光特性画像毎に記憶するパラメータ設定テーブルを有する。 The post-separation image formation parameter setting unit 88 is a parameter for designating an emphasis region (region of interest) to be highlighted in the polarization characteristic image corresponding to the polarization characteristic image information obtained by the deflection conversion processing unit, that is, after separation. A parameter setting table that performs enhancement processing on the polarization characteristic image in the image forming unit 84 and stores parameters for designating an enhancement region for forming the enhanced polarization characteristic image for each observation site and for each polarization characteristic image Have
図16は、パラメータ設定テーブルの一例である。同図には、成人男子用のパラメータ設定テーブルと成人女子用のパラメータ設定テーブルが例示されている。例えば、成人男子用のパラメータ設定テーブルの縦方向には、観察箇所(部位)として、上部消化器、下部消化器、…が示され、横方向には、偏光特性画像として、位相差(膠原線維)、偏光解消度(膠原線維)、…が示されている。(膠原線維)は、強調領域として、膠原線維が設定されていることを表す。 FIG. 16 is an example of a parameter setting table. The figure illustrates a parameter setting table for adult boys and a parameter setting table for adult girls. For example, in the vertical direction of the parameter setting table for adult males, the upper digestive organs, the lower digestive organs,... Are shown as observation locations (parts), and in the horizontal direction, phase difference (collagenous fibers) as polarization characteristics images. ), Depolarization degree (collagen fiber),... (Collagenous fiber) represents that the collagenous fiber is set as the emphasis region.
同図に示すパラメータ設定テーブルにおいて、例えば、上部消化器と位相差(膠原線維)との交点には、位相差の角度を0°〜180°の範囲として、膠原線維の位相差の角度が140°±10°であることが示されている。また、上部消化器と偏光解消度(膠原線維)との交点には、偏光解消度を0〜1の範囲として、膠原線維の偏光解消度が0.96〜0.98であることが示されている。このパラメータ設定テーブル中のデータは、あらかじめ設定されている。 In the parameter setting table shown in the figure, for example, at the intersection of the upper digestive organ and the phase difference (collagenous fiber), the phase difference angle is in the range of 0 ° to 180 °, and the phase difference angle of the collagenous fiber is 140. It is shown to be ± 10 °. The intersection of the upper digestive organ and the degree of depolarization (collagen fiber) indicates that the degree of depolarization of the collagen fiber is 0.96 to 0.98, with the degree of depolarization being in the range of 0 to 1. ing. Data in the parameter setting table is set in advance.
なお、下部消化器については具体的な数値の記載を省略しているが、上部消化器の場合と同様である。また、成人女子用のパラメータ設定テーブルも、成人男子用のパラメータ設定テーブルと同様である。 In addition, although description of a specific numerical value is abbreviate | omitted about the lower digestive organ, it is the same as that of the upper digestive organ. The parameter setting table for adult girls is the same as the parameter setting table for adult boys.
ここで、例えば、入力装置(図示略)を介して外部から入力される観察部位指定情報および偏光特性画像指定情報により、観察部位として上部消化器が指定され、偏光特性画像として位相差が指定された場合、両者の交点にある位相差の角度140°±10°が、パラメータとして出力され、分離後画像形成部84に入力される。 Here, for example, the upper digestive unit is designated as the observation part and the phase difference is designated as the polarization characteristic image by the observation part designation information and the polarization characteristic image designation information input from the outside via an input device (not shown). In this case, the phase difference angle 140 ° ± 10 ° at the intersection of the two is output as a parameter and input to the post-separation image forming unit 84.
分離後画像形成部84は、パラメータとして、分離後画像形成用パラメータ設定部88から位相差の角度140°±10°を受け取ると、分離部82で分離された位相差の偏光特性画像に対して、パラメータである位相差の角度140°±10°に対応する領域(強調領域)に所定の強調処理を施し、強調偏光特性画像を形成する。これにより、強調偏光特性画像では、膠原線維の領域が強調表示される。 When the post-separation image forming unit 84 receives a phase difference angle of 140 ° ± 10 ° from the post-separation image forming parameter setting unit 88 as a parameter, the post-separation image forming unit 84 applies the phase difference polarization characteristic image separated by the separation unit 82. Then, a predetermined enhancement process is performed on an area (enhancement area) corresponding to a parameter phase difference angle of 140 ° ± 10 ° to form an enhanced polarization characteristic image. As a result, the collagen fiber region is highlighted in the enhanced polarization characteristic image.
分離後画像形成部84における強調処理は、パラメータに対応する強調領域を強調して表示することができれば、どのような強調方法であってもよく、例えば、以下の(1)〜(5)を例示することができる。
(1)強調領域のダイナミックレンジを拡大し、それ以外の領域のダイナミックレンジを圧縮する強調処理を行う。
(2)強調領域以外の領域を取り除き、強調領域のみを疑似カラー表示するための強調処理を行う。
(3)強調領域のみを疑似カラー表示し、それ以外の領域を白黒表示するための強調処理を行う。
(4)強調領域を含む領域に白黒で輪郭を付ける強調処理を行う。
(5)強調領域を含む領域を線で囲む強調処理を行う。
The emphasis processing in the post-separation image forming unit 84 may be any emphasis method as long as the emphasis area corresponding to the parameter can be emphasized and displayed. For example, the following (1) to (5) are performed. It can be illustrated.
(1) An enhancement process is performed to expand the dynamic range of the enhancement region and compress the dynamic range of other regions.
(2) An area other than the emphasized area is removed, and an emphasis process is performed to display only the emphasized area in a pseudo color display.
(3) Emphasis processing is performed so that only the emphasis area is displayed in pseudo color and the other areas are displayed in black and white.
(4) An emphasis process is performed in which an area including the emphasis area is outlined in black and white.
(5) Emphasis processing is performed to enclose an area including the emphasis area with a line.
例えば、(1)の強調方法の場合、位相差画像における膠原線維の位相差の角度である140°±10°の部分の疑似カラーが1色で表示されていたとすると、ダイナミックレンジを拡大する場合には、強調領域以外の部分を疑似カラー表示するために使用される疑似カラーパレットとは別の疑似カラーパレットを使用して、140°±10°の部分を複数色で疑似カラー表示する。つまり、ダイナミックレンジを拡大する場合には、強調領域が、拡大前よりも細かい分解能で表示される。 For example, in the case of the enhancement method (1), assuming that the pseudo color of the 140 ° ± 10 ° portion which is the angle of the phase difference of the collagen fibers in the phase difference image is displayed with one color, the dynamic range is expanded. The pseudo-color palette different from the pseudo-color palette used for pseudo-color display of the part other than the highlight region is used to display the 140 ° ± 10 ° part in pseudo-color with a plurality of colors. That is, when the dynamic range is expanded, the emphasized area is displayed with a finer resolution than before the expansion.
強調方法の指定は、例えば、パラメータとして、パラメータ設定テーブルの中に入れてもよいし、あるいは、監察部位および偏光特性画像の指定と同じように、外部から入力してもよい。また、本実施形態のように、パラメータ設定テーブルを使用することは必須ではない。パラメータ設定テーブルを設けることなく、例えば、位相差画像を強調処理するためのパラメータとして、位相差の角度が140°±10°であることを外部から入力装置を介して直接入力してもよい。 The enhancement method may be specified, for example, as a parameter in a parameter setting table, or may be input from the outside in the same manner as the monitoring region and the polarization characteristic image. Moreover, it is not essential to use the parameter setting table as in the present embodiment. Without providing the parameter setting table, for example, the fact that the phase difference angle is 140 ° ± 10 ° may be directly input from the outside via the input device as a parameter for emphasizing the phase difference image.
なお、パラメータ設定テーブルにおいて、観察箇所(部位)は必須の項目であるが、偏光特性画像は必須の項目ではない。例えば、強調処理が施される偏光特性画像を、位相差(膠原線維)のみとしてもよい。この場合、偏光特性画像は位相差(膠原線維)のみであるから、偏光特性画像を指定する必要はない。また、成人男子用、成人女子用のパラメータ設定テーブルに限らず、小学生用、中学生用、高校生用、等のように、被検体の種別に応じて、パラメータ設定テーブルを適宜設けてもよい。 In the parameter setting table, the observation location (part) is an indispensable item, but the polarization characteristic image is not an indispensable item. For example, the polarization characteristic image subjected to the enhancement process may be only the phase difference (collagen fiber). In this case, since the polarization characteristic image is only the phase difference (collagen fiber), it is not necessary to designate the polarization characteristic image. Further, the parameter setting table is not limited to the parameter setting table for adult boys and adult girls, but may be appropriately provided according to the type of subject such as for elementary school students, junior high school students, and high school students.
次に、表示変換処理部16は、偏光変換処理部14の偏光変数分離処理部30で得られた所定の偏光特性の偏光特性画像(情報)に表示変換処理、すなわち表示色明度画像変換処理を行って、偏光特性画像(情報)を、表出組織を表層の組織と識別可能に可視化して、例えば、疑似カラーに着色して疑似カラー表示するための表示用偏光特性画像情報に変換する部分である。偏光変数分離処理部30の分離後画像形成部84によって、偏光特性画像に対して強調処理が施されて強調偏光特性画像情報が得られた場合、表示変換処理部16は、この強調偏光特性画像情報を、可視化して表示するための表示用強調偏光特性画像情報に変換する。例えば、位相差画像情報に対して強調処理が施されて強調位相差画像情報が得られた場合、表示変換処理部16は、この強調位相差画像情報を、可視化して表示するための表示用強調位相差画像情報に変換する。他の強調偏光特性画像情報の場合も同様である。 Next, the display conversion processing unit 16 performs display conversion processing, that is, display color brightness image conversion processing, on the polarization characteristic image (information) having a predetermined polarization characteristic obtained by the polarization variable separation processing unit 30 of the polarization conversion processing unit 14. And performing the polarization characteristic image (information) visualization so that the exposed tissue can be discriminated from the surface tissue, and for example, colored into a pseudo color and converted into display polarization characteristic image information for pseudo color display It is. When the post-separation image forming unit 84 of the polarization variable separation processing unit 30 performs the enhancement process on the polarization characteristic image and obtains the enhanced polarization characteristic image information, the display conversion processing unit 16 displays the enhanced polarization characteristic image. The information is converted into display enhanced polarization characteristic image information for visualization and display. For example, when emphasis processing is performed on the phase difference image information and the emphasis phase difference image information is obtained, the display conversion processing unit 16 displays the emphasis phase difference image information for visualization. Conversion to enhanced phase difference image information. The same applies to other emphasized polarization characteristic image information.
ここで、表示変換処理部16による表示変換処理は、偏光特性画像情報に基づいて、所定の偏光変数の値(偏光特性の強度)に応じて表出組織及び表層の組織に彩色すべき色を決定し、この表出組織及び該表層の組織に彩色すべき色をカラーマッピングすることにより表出組織の表出分布を可視化して表示するための表示用偏光特性画像情報を生成するのが良い。 Here, the display conversion processing by the display conversion processing unit 16 is based on the polarization characteristic image information, and the colors to be colored on the exposed tissue and the surface tissue according to the value of the predetermined polarization variable (intensity of the polarization characteristic). It is preferable to generate and display polarization characteristic image information for visualizing and displaying the expression distribution of the exposed tissue by determining and color-mapping the exposed tissue and the color to be colored on the surface tissue. .
表示部18は、表示変換処理部16で得られた表示用偏光特性画像情報に基づいて表示画面に表出組織を表層の組織と識別可能に可視化表示、すなわち、疑似カラー表示するものである。表示変換処理部16で表示用強調偏光特性画像情報が得られた場合、表示部18は、この表示用強調偏光特性画像情報に基づいて、表示用強調偏光特性画像情報に対応する表示用強調偏光特性画像を表示する。例えば、表示変換処理部16で表示用強調位相差画像情報が得られた場合、表示部18は、この表示用強調位相差画像情報に基づいて、表示用強調位相差画像情報に対応する表示用強調位相差画像を表示する。他の表示用強調偏光特性画像の場合も同様である。表示部18には、公知のモニタやディスプレイを用いることができる。
なお、表示部18による偏光特性画像の表示は、表示用偏光特性画像情報に基づいて、彩色すべき色に彩色された表出組織の分布を可視化可能に表示するのが好ましい。
The display unit 18 is configured to visualize the display tissue on the display screen based on the display polarization characteristic image information obtained by the display conversion processing unit 16 so as to be distinguishable from the surface layer tissue, that is, to perform pseudo color display. When the display conversion processing unit 16 obtains the display enhanced polarization characteristic image information, the display unit 18 uses the display enhanced polarization characteristic image information to display the display enhanced polarization characteristic corresponding to the display enhanced polarization characteristic image information. Display the characteristic image. For example, when the display enhanced phase difference image information is obtained by the display conversion processing unit 16, the display unit 18 performs display corresponding to the enhanced phase difference image information for display based on the enhanced phase difference image information for display. Displays an enhanced phase difference image. The same applies to other display enhanced polarization characteristics images. A known monitor or display can be used for the display unit 18.
Note that the display of the polarization characteristic image by the display unit 18 preferably displays the distribution of the exposed tissue colored to the color to be colored based on the display polarization characteristic image information.
また、通常カラー撮像系20は、所定部位に通常観察用の照明光を照射してその反射光を撮像することにより得られた光強度画像(情報)を得るものであり、従来公知の通常カラー画像の撮像系を用いることができる。 The normal color imaging system 20 obtains a light intensity image (information) obtained by irradiating a predetermined site with illumination light for normal observation and imaging the reflected light. An image capturing system can be used.
また、画像合成部22は、表示変換処理部16で得られた表示用偏光特性画像情報及び通常カラー撮像系20で得られた通常のカラー光強度画像情報に基づいて、表示用偏光特性画像と通常のカラー光強度画像とを組み合わせて、例えば、両者を重ね合わせて、もしくは並べて、もしくは両者を演算処理して表示するための合成画像情報を生成する。また、画像合成部22は、表示変換処理部16で得られる、偏光特性の異なる複数の表示用偏光特性画像情報に基づいて、複数の表示用偏光特性画像情報に各々対応する複数の表示用偏光特性画像のうちの2以上の表示用偏光特性画像を組み合わせて合成画像情報を作成する。その結果、表示部18には、合成画像情報に基づく合成画像を表示させることができる。 In addition, the image composition unit 22 generates a display polarization characteristic image and a display polarization characteristic image based on the display polarization characteristic image information obtained by the display conversion processing unit 16 and the normal color light intensity image information obtained by the normal color imaging system 20. In combination with a normal color light intensity image, for example, the combined image information for display is generated by superimposing or arranging them together, or processing both. Further, the image composition unit 22 uses a plurality of display polarization characteristic image information obtained by the display conversion processing unit 16 and having a plurality of display polarization characteristic image information having different polarization characteristics, and a plurality of display polarization characteristics respectively corresponding to the plurality of display polarization characteristic image information. The composite image information is created by combining two or more display polarization characteristic images among the characteristic images. As a result, the display unit 18 can display a composite image based on the composite image information.
ここで、画像合成部22における偏光特性画像の表示方法について説明する。 Here, a display method of the polarization characteristic image in the image composition unit 22 will be described.
画像合成部22は、例えば、入力装置を介しての外部からの入力により、もしくは、あらかじめ設定されている組み合わせ条件に応じて、表示変換処理部16で得られた表示用偏光特性画像情報に基づいて、あらかじめ撮像されている同一部位の、偏光解消度画像、光の偏光度画像、位相差画像、位相差の方位画像、吸収の方位画像、旋光画像(つまり、表示用偏光特性画像情報に各々対応する複数の表示用偏光特性画像)のうちの2以上の表示用偏光特性画像を組み合わせて表示、例えば、2以上の偏光特性画像を重ね合わせて、もしくは並べて、もしくは演算処理して表示するための合成画像情報を生成する。その結果、表示部18には、合成画像情報に基づく合成画像が表示される。 The image composition unit 22 is based on the display polarization characteristic image information obtained by the display conversion processing unit 16 by, for example, an external input via an input device or according to preset combination conditions. Depolarization degree image, light polarization degree image, phase difference image, phase difference azimuth image, absorption azimuth image, optical rotation image (that is, display polarization characteristic image information Displaying a combination of two or more display polarization characteristic images among a plurality of corresponding display polarization characteristic images), for example, displaying two or more polarization characteristic images superimposed, side by side, or arithmetically processed. Is generated. As a result, a composite image based on the composite image information is displayed on the display unit 18.
2以上の偏光特性画像の組合せとしては、例えば、偏光解消度画像と位相差画像の組合せ、偏光解消度画像と位相差画像と位相差の方位画像の組合せ、偏光解消度画像と位相差画像と旋光画像の組合せ、偏光解消度画像と位相差画像と位相差の方位画像と旋光画像の組合せ、等を例示することができる。また、偏光解消度画像の代わりに光の偏光度画像を使用してもよい。また、位相差の方位画像の代わり、もしくは位相差の方位画像に加えて、吸収の方位画像を使用してもよい。 As a combination of two or more polarization characteristic images, for example, a combination of a depolarization degree image and a phase difference image, a combination of a depolarization degree image, a phase difference image, and a azimuth image of a phase difference, a depolarization degree image, and a phase difference image Examples include combinations of optical rotation images, depolarization degree images, phase difference images, phase difference azimuth images, and optical rotation images, and the like. Moreover, you may use the polarization degree image of light instead of a depolarization degree image. Further, an absorption azimuth image may be used instead of or in addition to the phase difference azimuth image.
偏光解消度を例に挙げて説明すると、脂肪組織やランダムな線維が存在する部分では散乱性が大きいため、偏光解消度が大きくなると考えられる。一方、水は、偏光解消しないでそのまま偏光光が通過するため、水が存在する部分は、偏光解消度が小さくなると考えられる。また、揃った線維には、方向性があり、異方性が大きくなるため、揃った線維が存在する部分では、偏光解消度が小さくなると考えられる。 Taking the degree of depolarization as an example, it is considered that the degree of depolarization increases because the scattering property is large in a portion where adipose tissue or random fibers are present. On the other hand, since polarized light passes through water without being depolarized, it is considered that the degree of depolarization becomes small in the portion where water exists. In addition, since aligned fibers have directionality and anisotropy increase, it is considered that the degree of depolarization decreases in a portion where aligned fibers exist.
例えば、膠原線維は、正常部では、粘膜下層の領域に揃った状態で存在する。従って、この状態では、偏光解消度は小さくなる。一方、病変部では、膠原線維が粘膜下層の上側の粘膜筋板を破って、さらにその上側の粘膜層に表出する。粘膜層に表出した膠原線維はランダムな繊維となるから、粘膜層の膠原線維が存在する部分、つまり、病変部において偏光解消度は大きくなる。 For example, collagen fibers are present in the normal region in a state aligned with the submucosa region. Therefore, in this state, the degree of depolarization becomes small. On the other hand, in the lesioned part, collagen fibers break the upper mucosal muscle plate below the submucosa and further appear on the upper mucosal layer. Since the collagen fibers exposed to the mucosal layer are random fibers, the degree of depolarization is increased in the portion of the mucosal layer where the collagen fibers are present, that is, the lesioned part.
従って、偏光解消度画像を表示装置に表示することによって、医師が、偏光解消度画像を見て、偏光解消度が大きい部分を確認し、この部分が病変部である可能性があるという診断を行うための支援をすることができる。 Therefore, by displaying the depolarization degree image on the display device, the doctor sees the depolarization degree image, confirms the portion where the depolarization degree is large, and diagnoses that this portion may be a lesioned part. Can help to do.
また、光の偏光度や位相差については、ランダムな線維が存在する部分では、光の偏光度および位相差の角度が小さくなる。つまり、病変部における光の偏光度や位相差の角度は小さくなる。従って、光の偏光度画像や位相差画像を表示装置に表示することによって、医師が、光の偏光度画像や位相差画像を見て、光の偏光度や位相差の角度が小さい部分を確認し、この部分が病変部である可能性があるという診断を行うための支援をすることができる。 As for the degree of polarization and the phase difference of light, the angle of the degree of polarization of the light and the phase difference are small in a portion where random fibers are present. That is, the degree of polarization of light and the angle of phase difference in the lesioned part are reduced. Therefore, by displaying the light polarization degree image and phase difference image on the display device, the doctor sees the light polarization degree image and phase difference image and confirms the part where the light polarization degree and phase difference angle are small. In addition, it is possible to provide support for making a diagnosis that this portion may be a lesion.
また、位相差の方位画像や吸収の方位画像を見れば、線維の方向や線維の吸収の方向を確認することができるが、これらの偏光特性画像だけを見ても位相差の角度は分からない。従って、位相差の方位画像や位相差の吸収画像は、位相差画像と組み合わせて見ることが望ましい。これにより、位相差の角度と、線維の方向や線維の吸収の方向を合わせて見ることができる。 The direction of the fibers and the direction of absorption of the fibers can be confirmed by looking at the azimuth image of the phase difference and the absorption azimuth image, but the angle of the phase difference cannot be determined by looking only at these polarization characteristics images. . Accordingly, it is desirable to view the phase difference azimuth image and the phase difference absorption image in combination with the phase difference image. Thereby, the angle of the phase difference can be seen together with the fiber direction and the fiber absorption direction.
また、旋光によって、血糖やグルコースの濃度を検出することができる。つまり、血糖やグルコースの濃度が高くなると、旋光の角度も大きくなる。例えば、ガンになると、ガンに栄養を供給するために、血管ができて、栄養がたくさん供給される。そのため、栄養を供給するグルコースの量も増える。従って、旋光画像を表示装置に表示することによって、医師が、旋光画像を見て、グルコースの量が増大している部分を確認し、この部分がガンである可能性があるという診断するための支援を行うことができる。 In addition, blood glucose and glucose concentrations can be detected by optical rotation. That is, as the blood glucose or glucose concentration increases, the angle of optical rotation increases. For example, when cancer develops, blood vessels are created to supply nutrients to the cancer, and a lot of nutrients are supplied. As a result, the amount of glucose that supplies nutrients also increases. Therefore, by displaying the optical rotation image on the display device, the doctor sees the optical rotation image, confirms the portion where the amount of glucose is increasing, and diagnoses that this portion may have cancer Can provide support.
膠原線維は、前述のように、線維であるから方向性を持っている。位相差画像を観察するだけでは、異方性の角度(強度)だけ、つまり、屈折率の異方性だけを見ることになる。これに対し、位相差の方位画像を観察することによって、膠原線維の方位、つまり、屈折率が高い方向が分かる。膠原線維の方向は粘膜下層では揃っているが、例えば、垂直方向になっている場合には、病変部の可能性があると診断することができる。 As described above, the collagen fibers are fibers and thus have a direction. Only by observing the phase difference image, only the anisotropy angle (intensity), that is, the anisotropy of the refractive index is observed. On the other hand, by observing the orientation image of the phase difference, the orientation of the collagen fibers, that is, the direction in which the refractive index is high can be found. Although the direction of collagen fibers is uniform in the submucosa, for example, when it is in the vertical direction, it can be diagnosed that there is a possibility of a lesion.
このように、2以上の偏光特性画像を組み合わせて表示することにより、2以上の偏光特性画像を順次入れ替えて表示させる必要がなくなり、2以上の偏光特性画像を見比べながら観察することができる。これにより、医師は、1枚の偏光特性画像だけでは診断することが難しい場合であっても、2以上の偏光特性画像を見ることによって、病変部であると診断することができるため、診断の精度を向上させることができる。 In this way, by combining and displaying two or more polarization characteristic images, it is not necessary to sequentially replace and display the two or more polarization characteristic images, and the two or more polarization characteristic images can be observed while being compared. Thereby, even if it is difficult to diagnose with only one polarization characteristic image, a doctor can diagnose a lesion by looking at two or more polarization characteristic images. Accuracy can be improved.
また、表示変換処理部16で得られた表示用偏光特性画像情報及び通常カラー撮像系20で得られた通常のカラー光強度画像情報に基づいて、2以上の偏光特性画像と通常のカラー光強度画像ないし光強度画像とを組み合わせて表示してもよい。 Further, based on the display polarization characteristic image information obtained by the display conversion processing unit 16 and the normal color light intensity image information obtained by the normal color imaging system 20, two or more polarization characteristic images and the normal color light intensity are obtained. An image or a light intensity image may be displayed in combination.
本発明の偏光画像計測表示システムは、基本的に以上のように構成される。 The polarized image measurement display system of the present invention is basically configured as described above.
以下に、本発明の偏光画像計測表示システムの作用、並びにこれらにおいて実施される偏光画像計測方法及び偏光画像表示方法について説明する。
図11は、本発明の偏光画像計測表示システムにおいて実施される偏光画像計測方法による偏光画像表示方法、すなわち偏光画像計測及び表示方法の一例を示すフローチャートである。
Below, the action of the polarization image measurement display system of the present invention, and the polarization image measurement method and polarization image display method implemented in these will be described.
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a polarization image display method according to the polarization image measurement method implemented in the polarization image measurement and display system of the present invention, that is, a polarization image measurement and display method.
まず、本発明では、ステップS100において、生体の所定部位の表層を偏光計測するために、図1に示す偏光画像計測表示システム10を準備し、撮像する異なる偏光状態の光強度画像の枚数や、偏光画像計測表示システム10で用いられる種々の初期値や条件を設定する。 First, in the present invention, in step S100, the polarization image measurement display system 10 shown in FIG. 1 is prepared to measure the surface layer of a predetermined part of the living body, and the number of light intensity images in different polarization states to be captured, Various initial values and conditions used in the polarization image measurement display system 10 are set.
次に、ステップS102において、偏光画像計測表示システム10の偏光撮像系12の偏光照射部24によって生体の所定部位に、その表層から所定の偏光状態の照射光をそれぞれ照射する。 Next, in step S102, the polarized light irradiation unit 24 of the polarization imaging system 12 of the polarization image measurement display system 10 irradiates a predetermined part of the living body with irradiation light in a predetermined polarization state from its surface layer.
続いて、ステップS104において、偏光照射部24によって照射された所定の偏光状態の照射光による、所定部位の表層からの所定の偏光状態の反射光を撮像部26によって撮像して1枚の偏光変調された、生体の所定部位の表層の光強度画像(データ)を計測し取得する。 Subsequently, in step S104, reflected light of a predetermined polarization state from the surface layer of a predetermined portion by irradiation light of a predetermined polarization state irradiated by the polarization irradiation unit 24 is imaged by the imaging unit 26, and one polarization modulation is performed. The light intensity image (data) of the surface layer of the predetermined part of the living body is measured and acquired.
次に、ステップS106において、取得された光強度画像(データ)が所定枚数、好ましくは、少なくとも16枚、例えば、25枚に達しているかどうかの判断をして、所定枚数に達していなければ(NO)、ステップS102に戻り、偏光照射部24から偏光状態を変えて照射光を生体の所定部位に照射する照射光照射ステップS102と次のステップS104の、照射光の偏光状態に対応して変更された偏光状態の反射光を撮像部26で撮像して1枚の光強度画像(データ)を取得する撮像ステップS104とを、所定枚数に達するまで繰り返し、所定枚数に達していれば、次のステップS108に移る。 Next, in step S106, it is determined whether the obtained light intensity image (data) has reached a predetermined number, preferably at least 16, for example, 25, and if it has not reached the predetermined number ( NO), returning to step S102, the polarized light irradiation unit 24 changes the polarization state and changes the irradiation light irradiation step S102 for irradiating a predetermined part of the living body and the next step S104 according to the polarization state of the irradiation light. The imaging step S104 in which the reflected light in the polarized state is imaged by the imaging unit 26 to acquire one light intensity image (data) is repeated until the predetermined number is reached. The process moves to step S108.
次に、ステップS108において、撮像部26によって取得された少なくとも16枚の光強度画像(データ)に偏光変換処理部14によって偏光変換処理を行い、すなわち、サブステップS110で、偏光変換処理部14のミューラー画像変換部28のミューラー画像変換処理によって、16枚のミューラー画像(データ)を得て、さらに、サブステップS112で、偏光変数分離処理部30によって、所定部位の表層に表出する表出組織を前記表層の組織と識別するための、物理的意味の明確な偏光変数(データ)(位相差、位相差方位、偏光解消度、光の偏光度、二色性、二色性方位、旋光、光の偏光方位、P/S偏光)に分離変換して、所定の偏光変数(偏光特性)による偏光特性画像(データ)を取得する。 Next, in step S108, the polarization conversion processing unit 14 performs polarization conversion processing on at least 16 light intensity images (data) acquired by the imaging unit 26. That is, in sub-step S110, the polarization conversion processing unit 14 16 Mueller images (data) are obtained by the Mueller image conversion process of the Mueller image conversion unit 28, and further, in the sub-step S112, the exposed tissue that is displayed on the surface layer of the predetermined part by the polarization variable separation processing unit 30 Is a polarization variable (data) with clear physical meaning (phase difference, phase difference azimuth, depolarization degree, polarization degree of light, dichroism, dichroic azimuth, optical rotation, A polarization characteristic image (data) based on a predetermined polarization variable (polarization characteristic) is acquired by separating and converting into light polarization direction and P / S polarization.
続いて、ステップS114において、偏光変換処理部14で得られた偏光特性画像(データ)を、表示変換処理部16によって、所定部位の表層に表出する表出組織が表層の組織と識別可能に可視化して表示するために疑似カラーに着色された表示用画像(データ)に変換する。 Subsequently, in step S114, the display tissue of the polarization characteristic image (data) obtained by the polarization conversion processing unit 14 can be distinguished from the surface tissue by the display conversion processing unit 16. In order to visualize and display, the image is converted into a display image (data) colored in a pseudo color.
なお、ステップS108で、偏光変数分離処理部30によって偏光特性画像(データ)を取得した後、分離後画像形成部84によって、この偏光特性画像の中の注目領域に対して強調処理を施し、強調処理偏光特性画像(データ)を形成し、続くステップS114で、分離後画像形成部84によって形成された強調処理偏光特性画像(データ)に対して、表示変換処理部16によって表示変換処理を行い、疑似カラーに着色された表示用画像(データ)に変換してもよい。 In step S108, after obtaining the polarization characteristic image (data) by the polarization variable separation processing unit 30, the post-separation image forming unit 84 performs enhancement processing on the region of interest in the polarization characteristic image, and enhances it. A processed polarization characteristic image (data) is formed, and in step S114, the display conversion processing unit 16 performs display conversion processing on the enhanced polarization characteristic image (data) formed by the post-separation image forming unit 84. It may be converted into a display image (data) colored in a pseudo color.
また、ステップS114で、表示変換処理部16によって表示用画像(データ)を取得した後、画像合成部22によって、表示変換処理部16で得られた表示用画像(データ)に基づいて、あらかじめ撮像されている同一部位の、偏光解消度画像、光の偏光度画像、位相差画像、位相差の方位画像、吸収の方位画像、旋光画像のうちの2以上を組み合わせて表示、例えば、2以上の偏光特性画像を重ねて、もしくは並べて表示するための合成画像情報を生成し、表示部18に、合成画像情報(データ)に基づく合成画像を表示させてもよい。 In step S114, the display conversion processing unit 16 obtains the display image (data), and then the image composition unit 22 captures the image in advance based on the display image (data) obtained by the display conversion processing unit 16. Display of a combination of two or more of the depolarization degree image, the polarization degree image of the light, the phase difference image, the phase difference azimuth image, the absorption azimuth image, and the optical rotation image, for example, two or more It is also possible to generate composite image information for displaying the polarization characteristic images superimposed or side by side, and display the composite image based on the composite image information (data) on the display unit 18.
次に、ステップS116において、表示変換処理部16で得られた表示用画像(データ)に基づいて、所定部位の表層に表出する表出組織が表層の組織と識別可能に可視化して表示するために、医師が判断しやすい表示色として疑似カラーに着色された表示用画像を表示部18のモニタ画面に表示する。
こうして、本発明による偏光画像表示方法は終了する。
Next, in step S116, based on the display image (data) obtained by the display conversion processing unit 16, the exposed tissue that appears on the surface layer of the predetermined part is visualized and displayed so as to be distinguishable from the surface tissue. Therefore, a display image colored in a pseudo color as a display color that can be easily determined by a doctor is displayed on the monitor screen of the display unit 18.
Thus, the polarization image display method according to the present invention is completed.
なお、本発明者らは、この偏光画像計測表示システム10を用い、上述の偏光画像表示方法を実施して、偏光撮像系12にて胃のがん部の表面を計測して、表示部18のモニタ画面に表示したところ、胃の正常部には見られなかった差が明確にあることをモニタ画面で確認できた。 The present inventors use the polarized image measurement display system 10 to perform the polarization image display method described above, measure the surface of the cancerous part of the stomach with the polarization imaging system 12, and display the display unit 18. As shown on the monitor screen, it was confirmed on the monitor screen that there was a clear difference that was not seen in the normal part of the stomach.
なお、本発明による偏光画像表示方法において、別のステップで、通常カラー撮像系20によって所定部位に通常観察用の照明光を照射してその反射光を撮像して通常のカラー光強度画像情報(データ)を取得しておき、次のステップで、画像合成部22によって、表示変換処理部16で得られた表示用偏光特性画像情報(データ)及び通常カラー撮像系20で得られた通常のカラー光強度画像情報(データ)に基づいて、表示用偏光特性画像と通常のカラー光強度画像とを重ねて、もしくは並べて表示するための合成画像情報(データ)を生成し、次のステップで、表示部18に、合成画像情報(データ)に基づく合成画像を表示させても良い。 In the polarized image display method according to the present invention, in another step, the normal color imaging system 20 irradiates a predetermined part with illumination light for normal observation and images the reflected light to obtain normal color light intensity image information ( In the next step, the image combining unit 22 obtains the display polarization characteristic image information (data) obtained by the display conversion processing unit 16 and the normal color obtained by the normal color imaging system 20 in the next step. Based on the light intensity image information (data), composite image information (data) for displaying the polarization characteristic image for display and the normal color light intensity image on top of each other or displaying them side by side is generated and displayed in the next step. The unit 18 may display a composite image based on the composite image information (data).
また、本発明において、図1に示す偏光撮像系(光源、偏光カメラ)12によって、4枚の偏光変調した生体の光強度画像を計測し、位相差画像、位相差方位画像に変換し、医師が判断しやすい表示色として表示部18のモニタ画面に表示することもできる。
この光学系にて、胃のがん部の表面を計測したところ、胃の正常部には見られなかった位相差が明確にあることを確認できた。
In the present invention, the polarization imaging system (light source, polarization camera) 12 shown in FIG. 1 measures four polarization-modulated light intensity images of a living body, converts them into phase difference images and phase difference azimuth images, and provides a doctor. Can be displayed on the monitor screen of the display unit 18 as a display color that can be easily determined.
When the surface of the cancerous part of the stomach was measured with this optical system, it was confirmed that there was a clear phase difference that was not found in the normal part of the stomach.
さらに、本発明においては、図1に示す偏光画像計測表示システム10の偏光撮像系12によって、4枚及び3枚の偏光変調した生体の所定部位の表層の光強度画像を計測し、それぞれの場合について、偏光変換処理部14で偏光変換処理を行い、位相差画像及び位相差方位画像に変換し、表示変換処理部16において疑似カラーに着色された表示用画像情報に変換し、医師が判断しやすい表示色として表示部18のモニタ画面に表示する。 Furthermore, in the present invention, the polarization imaging system 12 of the polarization image measurement and display system 10 shown in FIG. 1 measures the light intensity images of the surface layer of a predetermined part of the living body subjected to polarization modulation of four and three, and in each case The polarization conversion processing unit 14 performs polarization conversion processing, converts it into a phase difference image and a phase difference azimuth image, converts it into display image information colored in a pseudo color in the display conversion processing unit 16, and the doctor determines It is displayed on the monitor screen of the display unit 18 as an easy display color.
なお、本発明者らは、この光画像計測表示システム10を用い、偏光撮像系12にて、胃のがん部の表面を計測したところ、4枚の光強度画像の場合も、3枚の光強度画像の場合も、胃の正常部には見られなかった差が明確にあることをモニタ画面で確認できた。 In addition, when the present inventors measured the surface of the cancerous part of the stomach with the polarization imaging system 12 using this optical image measurement display system 10, in the case of four light intensity images, In the case of the light intensity image, it was confirmed on the monitor screen that there was a clear difference that was not seen in the normal part of the stomach.
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
The present invention is basically as described above.
Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
10 偏光画像計測表示システム
12,12a,12b,12c,12d,12e 偏光撮像系
14 偏光変換処理部
16 表示変換処理部
18 表示部
20 通常カラー撮像系
22 画像合成部
24,24a,24b,24c 偏光照射部
26,26a,26b,26c,26d 撮像部
28 ミューラー画像変換部
30 偏光変数分離処理部
32 偏光素子特性補正処理部
34 光源
36a,36b 偏光板
38a,38b 回転位相差板
40a,40b,46a,46b,54 偏光フィルタ部
42 カメラ
44a,44b,45a,45b 位相変調素子
48 光ファイバ
50 光プローブ
52 パターニング偏光/波長板
53 偏光子及び位相子パターニング素子
56 CCD
82 分離部
84 分離後画像形成部
86 生体観察モデル設定部
88 分離後画像形成パラメータ設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Polarization image measurement display system 12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e Polarization imaging system 14 Polarization conversion process part 16 Display conversion process part 18 Display part 20 Normal color imaging system 22 Image composition part 24, 24a, 24b, 24c Polarization Irradiation unit 26, 26a, 26b, 26c, 26d Imaging unit 28 Mueller image conversion unit 30 Polarization variable separation processing unit 32 Polarization element characteristic correction processing unit 34 Light source 36a, 36b Polarizing plate 38a, 38b Rotating phase difference plate 40a, 40b, 46a , 46b, 54 Polarization filter section 42 Camera 44a, 44b, 45a, 45b Phase modulation element 48 Optical fiber 50 Optical probe 52 Patterning polarization / wave plate 53 Polarizer and phaser patterning element 56 CCD
82 Separating unit 84 Image forming unit after separation 86 Biological observation model setting unit 88 Image forming parameter setting unit after separation
Claims (6)
前記偏光状態の異なる偏光光が前記照射部から前記被検体に照射される毎に、該被検体からの反射光を順次撮像して、その光強度画像情報を出力する撮像部と、
前記撮像部から出力される、偏光状態の異なる複数の偏光光の、被検体からの反射光による複数の光強度画像情報に偏光変換処理を行って、位相差の偏光特性による位相差画像情報に変換する偏光変換処理部と、
前記偏向変換処理部で得られる位相差画像情報に対して、外部から入力される所定の位相差の角度の領域を強調表示するための強調処理を行って強調位相差画像情報を得る強調偏光特性画像形成部と、
前記強調偏光特性画像形成部で得られる強調位相差画像情報を可視化して表示するための表示用強調位相差画像情報に変換する表示変換処理部と、
前記表示変換処理部で得られる表示用強調位相差画像情報に基づいて、該表示用強調位相差画像情報に対応する表示用強調位相差画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする偏光画像計測表示システム。 An irradiation unit that sequentially irradiates a subject with a plurality of polarized lights having different polarization states;
An imaging unit that sequentially images reflected light from the subject each time the polarized light having a different polarization state is irradiated from the irradiation unit to the subject, and outputs the light intensity image information;
Polarization conversion processing is performed on a plurality of light intensity image information of reflected light from a subject of a plurality of polarized lights having different polarization states output from the imaging unit, and converted into phase difference image information based on polarization characteristics of a phase difference. A polarization conversion processing unit to convert;
Emphasized polarization characteristics to obtain enhanced phase difference image information by performing enhancement processing for emphasizing a region of a predetermined phase difference angle inputted from the outside with respect to the phase difference image information obtained by the deflection conversion processing unit An image forming unit;
A display conversion processing unit that converts the enhanced phase difference image information obtained by the enhanced polarization characteristic image forming unit into display enhanced phase difference image information for visualization and display;
A display unit that displays a display enhanced phase difference image corresponding to the display enhanced phase difference image information based on the display enhanced phase difference image information obtained by the display conversion processing unit. Polarized image measurement display system.
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