偏光画像計測表示システム
【課題】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、医師の診断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。
【解決手段】偏光画像計測表示システムは、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、偏光光が照射される毎に、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、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、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、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、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表示部と、を備える。
【解決手段】偏光画像計測表示システムは、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、偏光光が照射される毎に、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、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、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、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、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表示部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４０６７６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５９７３号公報
【特許文献３】特開２００７−２８２９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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ブロック図である。
【図２】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の一実施形態の模式図である。
【図３】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図である。
【図４】（ａ）は、図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）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５】（ａ）は、図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）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６】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図である。
【図７】本発明に用いられるミューラー画像変換アルゴリズムを説明するための行ミューラー計測システムの説明図である。
【図８】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る。
【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る。
【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、（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、（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１１】本発明の偏光画像計測表示システムで実施される偏光画像表示方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】大腸正常部の断面の一例のカラー画像である。
【図１３】図１２に示す大腸正常部の病理染色標本である。
【図１４】図１２に示す大腸正常部の光強度画像である。
【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であり、（Ｇ）は、これら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。
【図１６】パラメータ設定テーブルの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
【数１】
……（１）
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
【数２】
……（２）
【００８１】
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。
【数３】
……（３）
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。
【００８２】
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）
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）
【００９２】
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。
【００９３】
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）。
【００９４】
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。
【数４】
【００９５】
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。
【数５】
【００９６】
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）
【数６】
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
ここで、偏光特性画像について説明する。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【符号の説明】
【０１７８】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４０６７６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５９７３号公報
【特許文献３】特開２００７−２８２９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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ブロック図である。
【図２】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の一実施形態の模式図である。
【図３】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図である。
【図４】（ａ）は、図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）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５】（ａ）は、図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）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６】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図である。
【図７】本発明に用いられるミューラー画像変換アルゴリズムを説明するための行ミューラー計測システムの説明図である。
【図８】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る。
【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る。
【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、（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、（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１１】本発明の偏光画像計測表示システムで実施される偏光画像表示方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】大腸正常部の断面の一例のカラー画像である。
【図１３】図１２に示す大腸正常部の病理染色標本である。
【図１４】図１２に示す大腸正常部の光強度画像である。
【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であり、（Ｇ）は、これら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。
【図１６】パラメータ設定テーブルの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
【数１】
……（１）
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
【数２】
……（２）
【００８１】
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。
【数３】
……（３）
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。
【００８２】
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）
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）
【００９２】
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。
【００９３】
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）。
【００９４】
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。
【数４】
【００９５】
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。
【数５】
【００９６】
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）
【数６】
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
ここで、偏光特性画像について説明する。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【符号の説明】
【０１７８】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項３】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項４】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項５】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項６】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項３】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項４】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項５】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【請求項６】
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請求項１に記載の偏光画像計測表示システム。
【図１６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２４１４６（Ｐ２０１２−２４１４６Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６２８５６（Ｐ２０１０−１６２８５６）
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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