内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法
【課題】被写体の分析精度を向上させることが可能な内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法を提供すること。
【解決手段】被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する光学系と、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出し、画素における複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する解析部とを備えることを特徴とする。
【解決手段】被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する光学系と、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出し、画素における複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する解析部とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法に関し、ハイパースペクトル解析を適用して好適な内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡は、人体内部の腔所や内臓を観察する医療機器であり、例えば本体部に光学系を備える。内視鏡は、対象を撮影可能な挿入部の先端を体内に挿入することによって、映像を介して体内を観察することができるものや、無線を用いたカプセル型のものがある。
【０００３】
また、内視鏡には、光学系からの光を受光して光を電気信号に光電変換するＣＣＤイメージセンサを用いたものがある。内視鏡を用いた癌などの患部の観察方法として、被写体からの反射光の３種類の波長を用いて擬似ＲＧＢ表示をすることによって、癌などの悪性腫瘍を可視化する方法がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の擬似ＲＧＢ表示を用いた観察方法では、映像信号の処理が単純であり、患部を分析するためには分析精度が低いという問題があった。また、可視光領域のみを用いた分析であるため、患部の内部組織の情報を抽出することが困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、被写体の分析精度を向上させることが可能な、新規かつ改良された内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する光学系と、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出し、画素における複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する解析部を備えることを特徴とする内視鏡システムが提供される。
【０００７】
かかる構成により、光学系が、被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光し、撮像素子が、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有し、解析部が、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出し、画素における複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する。その結果、被写体からの放射光又は反射光がハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光され、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分が分析されるので、被写体の分析精度を向上させることができる。
【０００８】
所定の波長領域の光の強度又は光の強度に基づいた物理量に基づいて、被写体の患部を同定するものであってもよい。また、上記光の強度又は光の強度に基づいた物理量と所定の閾値との関係によって被写体の患部を同定するものであってもよい。
【０００９】
上記所定の波長領域は、赤色領域、近赤外領域又は赤外領域であってもよい。また、上記所定の波長領域は、６５０ｎｍ〜７５０ｎｍであってもよい。
【００１０】
上記波長領域が６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の光の強度又は光の強度に基づいた物理量の平均値Ａと、波長領域が４５０ｎｍを含む所定領域の光の強度又は光の強度に基づいた物理量Ｂを用いた評価関数ＨＳを用いて被写体の癌細胞部分を同定するものであってもよい。
【数１】
【００１１】
上記被写体は特定の臓器であって被写体の予め取得された癌細胞部分における複数の波長領域と光の強度との関係を表す特性と、被写体の解析対象における複数の波長領域と光の強度との関係を表す特性との類似度を算出することによって、被写体の癌細胞部分を同定するものであってもよい。また、上記被写体を類似度に基づいて表示させる表示制御部を備えたものであってもよい。
【００１２】
上記光学系及び撮像素子が人体内部に挿入される挿入部の一端部に設けられたものであってもよい。また、上記光学系及び撮像素子が、人体内部に挿入され導光路を有する挿入部の一端部に対して反対の他端部に接続された本体部に設けられたものであってもよい。更に、上記光学系及び撮像素子が、人体内部に挿入されるカプセル型容器に収容されたものであってもよい。
【００１３】
上記光学系は、被写体からの放射光又は反射光を分光する回折格子と、分光された光を撮像素子面上で合焦させるフォーカスレンズと、フォーカスレンズを駆動させるフォーカス駆動部とを備え、フォーカス駆動部は、回折格子で分光され撮像素子が受光した０次回折光を利用して、フォーカスレンズの駆動位置を決定するものであってもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光するステップと、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成するステップと、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出するステップと、複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析するステップとを含むことを特徴とする内視鏡システムを用いた被写体の検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被写体の分析精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
（第１の実施形態の構成）
まず、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡について説明する。図１は、本実施形態に係る内視鏡を示すブロック図である。図２は、本実施形態の分光部が設置された内視鏡先端部を示す断面図である。
【００１８】
本実施形態に係る内視鏡システム１００は、被写体からの放射光又は反射光を受光して、複数の波長領域ごとに分光したのち、分光された波長領域ごとの光の強度を測定する。内視鏡システム１００は、波長領域ごとに得られる光の強度又は光の強度から導かれる物理量に基づいて、被写体の癌部分と正常部分とを判別できる。
【００１９】
本実施形態の内視鏡システム１００は、図１に示すように、分光部１１０と、解析部１３０と、表示部１４０とを備える。
【００２０】
まず、分光部１１０について説明する。分光部１１０は、被写体からの放射光または反射光を受光して分光する。本実施形態では、例えば、４００〜８００ｎｍの可視光から近赤外までの領域を使用して、分光部１１０がその領域を複数のバンド（波長領域）に分光する。分光部１１０は、例えば、回折格子分光方式を適用することができ、図１に示すように、レンズ１１２と、スリット１１４と、回折格子１１６と、レンズ１１８と、撮像素子１２０と、光学ステージ１２２と、ドライブ回路１２４とを備える。なお、光学系は、例えば、レンズ１１２と、スリット１１４と、回折格子１１６と、レンズ１１８から構成される。
【００２１】
レンズ１１２は、被写体からの光が入射され、入射された光をスリット１１４に照射する。レンズ１１２は、フォーカス駆動部１２６によって駆動される。スリット１１４は、微細な幅を有する開口が設けられており、レンズ１１２を通過した光を絞って、回折格子１１６に絞られた光を照射する。スリット１１４は、一の方向（Ｘ軸方向）に平行なラインの光を回折格子１１６に照射させることができる。
【００２２】
回折格子１１６は、例えば多数の溝が平行に等間隔で形成された基板であり、スリット１１４を通過したＸ軸方向に平行なラインの光を複数の波長領域に分光する。回折格子１１６は、例えば、透過型回折格子を用いることができる。なお、回折格子は、機械刻線回折格子やホログラフィック回折格子などの反射型回折格子を用いてもよい。
【００２３】
レンズ１１８は、回折格子１１６で分光された光が入射される。レンズ１１８は、分光された光を撮像素子１２０に照射し、撮像素子１２０の撮像面に被写体からの分光された光を結像させる。
【００２４】
撮像素子１２０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサであり、レンズ１１８を通過し撮像面に結像された光を光電変換によって電気信号に変換する。撮像素子１２０は、生成された電気信号をＣＰＵ１３２に出力する。
【００２５】
上記のスリット１１４、回折格子１１６、レンズ１１８及び撮像素子１２０は、光学ステージ１２２に載置され、光学ステージ１２２上で固定される。光学ステージ１２２は、分光部１１０への光の入射方向に対して垂直方向、かつスリットの開口方向であるＸ軸方向に対して垂直方向（Ｙ軸方向）に移動される。光学ステージ１２２を移動させ、Ｘ軸に平行なラインをＹ軸方向に移動させることで被写体を２次元的に走査することができる。ドライブ回路１２４は、光学ステージ１２２の移動を制御する。
【００２６】
フォーカス駆動部１２６は、例えばアクチュエータであり、レンズ１１２を駆動させる。フォーカス駆動部１２６は、回折格子１１６を透過して分光された光のうち０次回折光が撮像素子１２０面上で合焦しているかを判断し、撮像素子１２０面上で合焦するようにレンズ１１２を駆動させる。このように、光学系がフォーカス駆動部１２６を有することによって、鮮明な被写体の像を得ることができる。
【００２７】
分光部１１０は、例えば図２に示すように、人体内部に挿入される挿入部１７０の一端部に設けられる。挿入部１７０内には、分光部１１０とＣＰＵ１３２を接続する信号線１６０が延在する。なお、図２に示すように、分光部１１０と並列して、通常用いられる受光部１５０を設けてもよい。受光部１５０は、可視光を用いた解析に使用することができる。
【００２８】
なお、分光部１１０は、上記実施形態で回折格子１１６を備えるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、入射した光をスペクトル分解することができるプリズムを備えるとしてもよい。
【００２９】
次に、解析部１３０について説明する。解析部１３０は、撮像素子１２０が出力した電気信号に基づいて、被写体からの光の成分分析、光の強度などの物理量の２次元平面における分布の算出などを行う。解析部１３０は、ＣＰＵ１３２と、ＨＳＤ記録部１３４と、スペクトル空間演算部１３６と、画像分類演算部１３８とを備える。
【００３０】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３２は、プログラムによって演算処理装置及び制御装置として機能し、内視鏡システム１００内に設けられた各構成要素の処理を制御することができる。ＣＰＵ１３２は、撮像素子１２０で生成された電気信号を受信し、ハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）としてＨＳＤ記録部１３４に被写体のスペクトルデータを記録させる。
【００３１】
ＨＳＤ記録部１３４は、被写体のスペクトルデータをＨＳＤとして記録する。ＨＳＤは、例えば、６４０×８００ピクセルの画像領域を有しており、それぞれのピクセルごとに複数のバンド（波長領域）のスペクトル情報が含まれている。即ち、各ピクセルは（ｘ，ｙ，λ）の３次元のデータセットを有する。ここで、ｘ、ｙは画像平面の位置を表し、λは波長を表す。そして、ピクセルごとのスペクトル情報は、個々に読み出しが可能である。
【００３２】
スペクトル空間演算部１３６は、撮像素子１３０から出力された電気信号に基づいて各ピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）を算出する。また、スペクトル空間演算部１３６は、ピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）と、波長λとの対応付けを行う。
【００３３】
画像分類演算部１３８は、各ピクセルの（ｘ，ｙ，λ）の３次元のデータセットに基づいて、複数の波長領域ごとに画像平面上の物理量の分布を算出する。
【００３４】
表示部１４０は、解析部１３０で算出された結果を視覚的に表示することができる。表示部１４０は、例えば、ディスプレイ１４２と、外部出力１４４などを備える。表示部１４０は、複数の波長領域ごとに画像平面上の物理量（光の強度）の分布などを表示することができる。
【００３５】
（第１の実施形態の動作）
次に、図３を参照して、本実施形態に内視鏡システム１００の動作について説明する。図３は、本実施形態に係る内視鏡の動作を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、撮影対象、例えば特定の臓器の映像をレンズ１１２に取り込む（ステップＳ１１）。このとき、レンズ１１２を透過した光はスリット１１４に照射する。スリット１１４は所定の位置（Ｙ＝ｙｉ）にあるため、回折格子１１６はスリット１１４を通過したライン（Ｘ軸方向）の光を波長方向に分光する（ステップＳ１２）。撮像素子１２０は、所定の位置（Ｙ＝ｙｉ）のラインの分光された光を受光し、その光から生成された電気信号をＣＰＵ１３２に出力する。
【００３７】
ＨＳＤ記録部１３４は、スリット１１４の所定位置（Ｙ＝ｙｉ）でのＸ軸方向位置ｘと波長領域の値λとを対応付けて記録する（ステップＳ１３）。次に、光学ステージ１２２をｙ軸方向に移動させる（ステップＳ１４）。そして、上述したステップＳ１１からステップＳ１４を繰り返して、スリットの所定位置がＹ＝ｙ１〜ｙｎまでのＸ軸方向位置ｘと波長領域の値λを（ｘ，ｙ，λ）のデータセットとして蓄積していく（ステップＳ１５）。
【００３８】
そして、蓄積されたハイパースペクトルデータ（ｘ，ｙ，λ）を用いることで、各λに対応する（ｘ，ｙ）画像を再構成することができる（ステップＳ１６）。例えば、図４では、Ｘ軸方向とＹ軸方向に配列される画素を示し、各画素において波長領域と光の強度の関係からなるスペクトル情報が含まれることを示している。また、図５に示すように、各波長領域λにおける光の強度の平面上の分布を表示することができる。図５では、波長領域λが４００ｎｍから８００ｎｍの間の任意の波長領域に対応する平面分布を示している。また、図５では、任意の波長領域の平面分布を合成できることを説明している。任意の波長領域の平面分布を合成することで、表示部１４０に確度の高い表示を行うことが可能となる。なお、図４及び図５は、ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【００３９】
次に、本実施形態の内視鏡システム１００を用いた癌部の検出方法について説明する。
【００４０】
第１の検出方法では、癌細胞部と正常細胞部との間の光の強度の差や比率を用いた評価関数を用いて対象物の任意の位置が癌であるか否かを検出することができる。
【００４１】
図６〜図８には、ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す。また、図９には、癌細胞部と正常細胞部それぞれに該当するピクセルにおけるスペクトル特性を示す。ここで、図９の縦軸は、光の強度に基づいて導かれた物理量であり、横軸は、分光した光の波長領域である。図９より、特に波長領域が６５０ｎｍ〜７５０ｎｍにかけて癌細胞部の物理量と正常細胞部の物理量の差が顕著になることが分かった。
【００４２】
従って、例えば、胃癌の癌細胞部分の評価関数ＨＳは、下記の式で表すことができる。
【数２】
ここで、
Ａ＝６５０ｎｍ〜７５０ｎｍ間の光の強度の平均値
Ｂ＝４５０ｎｍの光の強度の平均値
である。
【００４３】
また、
【数３】
と表すこともできる。
【００４４】
上記の評価関数ＨＳは、−１〜＋１の間の値をとり、値が高いほど胃癌の癌細胞であると推論することができる。また、所定の閾値を設定することで、評価関数ＨＳから導かれる値が閾値より高い場合は胃癌の癌細胞であると判断し、閾値より低い場合は正常細胞であると判断してもよい。
【００４５】
第２の検出方法では、癌細胞との類似度を算出して、判別対象とするピクセルが癌細胞であるかを検出することができる。類似度の算出には、ベクトルのコサイン距離を用いる。
【００４６】
本実施形態の内視鏡システム１００が、分光部１１０に入射した光をｎバンドの波長領域に分光できるとすると、ハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）において１ピクセルが有するスペクトル情報ＨＳは、ｎ次元のベクトルで定義できる。図１０（ａ）に、スペクトル情報ＨＳをｎ次元ベクトルで表現した概念図を示す。ここで、λｉ（ｉ＝１，２・・・ｎ）は、各波長領域の基準ベクトルを示し、それぞれの基準ベクトルは互いに直交しているものとする。
【００４７】
スペクトル情報ＨＳは、ｎ次元のベクトルを用いて下記の式で表すことができる。
ＨＳ＝Ｒ１λ１＋Ｒ２λ２＋・・・＋Ｒｎλｎ
ここで、Ｒｉ（ｉ＝１，２・・・ｎ）は、ｉ番目のベクトル成分の大きさであり、具体的には、所定の波長領域の光の強度である。
【００４８】
そして、スペクトル情報ＨＳの基準ベクトルｅＨＳは、下記の式で表すことができる。
【数４】
である。
【００４９】
次に、任意の２つのピクセル相互の類似度の算出について説明する。２つのピクセルのスペクトル情報ＨＳ１、ＨＳ２が、それぞれｎ次元のベクトルであるとしたとき、類似度は、図１０（ｂ）に示すように、この２つのベクトルの角度の差であるコサイン距離ｃｏｓθで求めることができる。コサイン距離ｃｏｓθは、スペクトル情報ＨＳ１、ＨＳ２の基準ベクトルｅＨＳ１、ｅＨＳ２の内積であり、下記の式によって表すことができる。
【００５０】
【数５】
【００５１】
算出結果は、コサイン距離ｃｏｓθの値が大きいほど類似度が高いことを示す。
【００５２】
例えば、癌細胞部分に該当するピクセルのスペクトル情報をＨＳ１、癌細胞であるか否かの判別対象とするピクセルのスペクトル情報をＨＳ２とする。図１１〜図１３には、コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す。類似度が高いほど濃い網掛けで示すこととし、癌細胞部分とスペクトル情報が類似していることを表す。その結果、図１１〜図１３に示すように癌細胞部分を同定することができた。以上の通り、類似度算出による検出方法によれば、判別対象とする部分が癌細胞部分であるか否かを可視化して識別することができる。
【００５３】
上記の通り、本発明の実施形態によれば、被写体からの放射光又は反射光がハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光され、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分が分析されるので、被写体の分析精度を向上させることができる。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば、上記実施形態では、分光部が人体内部に挿入される挿入部の一端部に設けられる場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、分光部１１０がカプセル型容器２７０に収容されるとしてもよい。このとき、カプセル型容器２７０は、図１４に示すように、分光部１１０からの電気信号を受信し、演算処理が可能なＣＰＵ２３２と、記憶装置としてのメモリ２３４と、バッテリ２３６と、信号を外部の解析部１３０などに送信する通信回路２３８を備えるとしてもよい。
【００５６】
また、本発明は、図１５に示すように、分光部１１０が、導光路を有し人体内部に挿入される挿入部（ファイバースコープ）２７４の一端部と反対の他端部に接続された本体部２７０に設けられるとしてもよい。このとき挿入部２７４は、アダプター２７２によって本体部２７０と接続される。分光部１１０はケーブル２７２内の信号線２６０を介して解析部１３０と接続される。
【００５７】
また、上記実施形態では、癌細胞の検出について特に説明したが本発明はかかる例に限定されない。本発明は、人体の体腔内や内臓における患部、例えば癌以外の悪性腫瘍などの検出にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態の第１の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。
【図２】同実施形態の分光部が設置された内視鏡先端部を示す断面図である。
【図３】同実施形態に係る内視鏡の動作を示すフローチャートである。
【図４】ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【図５】ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【図６】ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す写真である。
【図７】ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す写真である。
【図８】ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す写真である。
【図９】癌細胞部と正常細胞部それぞれに該当するピクセルにおけるスペクトル特性を示す説明図である。
【図１０】（ａ）ｎ次元ベクトルで定義したスペクトル情報ＨＳを示す概念図である。（ｂ）コサイン距離を示す概念図である。
【図１１】コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す写真である。
【図１２】コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す写真である。
【図１３】コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す写真である。
【図１４】本実施形態の第１の実施形態に係る内視鏡システムの変更例を示すブロック図である。
【図１５】本実施形態の第１の実施形態に係る内視鏡システムの変更例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００ 内視鏡システム
１１０ 分光部
１１２、１１８ レンズ
１１４ スリット
１１６ 回折格子
１２０ 撮像素子
１２２ 光学ステージ
１２４ ドライブ回路
１３０ 解析部
１３２ ＣＰＵ
１３４ ＨＳＤ記録部
１３６ スペクトル空間演算部
１３８ 画像分類演算部
１４０ 表示部
１４２ ディスプレイ
１４４ 外部出力
１５０ 受光部
１６０ 信号線
１７０ 挿入部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法に関し、ハイパースペクトル解析を適用して好適な内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡は、人体内部の腔所や内臓を観察する医療機器であり、例えば本体部に光学系を備える。内視鏡は、対象を撮影可能な挿入部の先端を体内に挿入することによって、映像を介して体内を観察することができるものや、無線を用いたカプセル型のものがある。
【０００３】
また、内視鏡には、光学系からの光を受光して光を電気信号に光電変換するＣＣＤイメージセンサを用いたものがある。内視鏡を用いた癌などの患部の観察方法として、被写体からの反射光の３種類の波長を用いて擬似ＲＧＢ表示をすることによって、癌などの悪性腫瘍を可視化する方法がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の擬似ＲＧＢ表示を用いた観察方法では、映像信号の処理が単純であり、患部を分析するためには分析精度が低いという問題があった。また、可視光領域のみを用いた分析であるため、患部の内部組織の情報を抽出することが困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、被写体の分析精度を向上させることが可能な、新規かつ改良された内視鏡システム及び内視鏡システムを用いた被写体の検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する光学系と、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出し、画素における複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する解析部を備えることを特徴とする内視鏡システムが提供される。
【０００７】
かかる構成により、光学系が、被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光し、撮像素子が、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有し、解析部が、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出し、画素における複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する。その結果、被写体からの放射光又は反射光がハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光され、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分が分析されるので、被写体の分析精度を向上させることができる。
【０００８】
所定の波長領域の光の強度又は光の強度に基づいた物理量に基づいて、被写体の患部を同定するものであってもよい。また、上記光の強度又は光の強度に基づいた物理量と所定の閾値との関係によって被写体の患部を同定するものであってもよい。
【０００９】
上記所定の波長領域は、赤色領域、近赤外領域又は赤外領域であってもよい。また、上記所定の波長領域は、６５０ｎｍ〜７５０ｎｍであってもよい。
【００１０】
上記波長領域が６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の光の強度又は光の強度に基づいた物理量の平均値Ａと、波長領域が４５０ｎｍを含む所定領域の光の強度又は光の強度に基づいた物理量Ｂを用いた評価関数ＨＳを用いて被写体の癌細胞部分を同定するものであってもよい。
【数１】
【００１１】
上記被写体は特定の臓器であって被写体の予め取得された癌細胞部分における複数の波長領域と光の強度との関係を表す特性と、被写体の解析対象における複数の波長領域と光の強度との関係を表す特性との類似度を算出することによって、被写体の癌細胞部分を同定するものであってもよい。また、上記被写体を類似度に基づいて表示させる表示制御部を備えたものであってもよい。
【００１２】
上記光学系及び撮像素子が人体内部に挿入される挿入部の一端部に設けられたものであってもよい。また、上記光学系及び撮像素子が、人体内部に挿入され導光路を有する挿入部の一端部に対して反対の他端部に接続された本体部に設けられたものであってもよい。更に、上記光学系及び撮像素子が、人体内部に挿入されるカプセル型容器に収容されたものであってもよい。
【００１３】
上記光学系は、被写体からの放射光又は反射光を分光する回折格子と、分光された光を撮像素子面上で合焦させるフォーカスレンズと、フォーカスレンズを駆動させるフォーカス駆動部とを備え、フォーカス駆動部は、回折格子で分光され撮像素子が受光した０次回折光を利用して、フォーカスレンズの駆動位置を決定するものであってもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光するステップと、光学系で分光された光を波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成するステップと、電気信号に基づいて波長領域の光の強度を算出するステップと、複数の波長領域と光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分を分析するステップとを含むことを特徴とする内視鏡システムを用いた被写体の検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被写体の分析精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
（第１の実施形態の構成）
まず、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡について説明する。図１は、本実施形態に係る内視鏡を示すブロック図である。図２は、本実施形態の分光部が設置された内視鏡先端部を示す断面図である。
【００１８】
本実施形態に係る内視鏡システム１００は、被写体からの放射光又は反射光を受光して、複数の波長領域ごとに分光したのち、分光された波長領域ごとの光の強度を測定する。内視鏡システム１００は、波長領域ごとに得られる光の強度又は光の強度から導かれる物理量に基づいて、被写体の癌部分と正常部分とを判別できる。
【００１９】
本実施形態の内視鏡システム１００は、図１に示すように、分光部１１０と、解析部１３０と、表示部１４０とを備える。
【００２０】
まず、分光部１１０について説明する。分光部１１０は、被写体からの放射光または反射光を受光して分光する。本実施形態では、例えば、４００〜８００ｎｍの可視光から近赤外までの領域を使用して、分光部１１０がその領域を複数のバンド（波長領域）に分光する。分光部１１０は、例えば、回折格子分光方式を適用することができ、図１に示すように、レンズ１１２と、スリット１１４と、回折格子１１６と、レンズ１１８と、撮像素子１２０と、光学ステージ１２２と、ドライブ回路１２４とを備える。なお、光学系は、例えば、レンズ１１２と、スリット１１４と、回折格子１１６と、レンズ１１８から構成される。
【００２１】
レンズ１１２は、被写体からの光が入射され、入射された光をスリット１１４に照射する。レンズ１１２は、フォーカス駆動部１２６によって駆動される。スリット１１４は、微細な幅を有する開口が設けられており、レンズ１１２を通過した光を絞って、回折格子１１６に絞られた光を照射する。スリット１１４は、一の方向（Ｘ軸方向）に平行なラインの光を回折格子１１６に照射させることができる。
【００２２】
回折格子１１６は、例えば多数の溝が平行に等間隔で形成された基板であり、スリット１１４を通過したＸ軸方向に平行なラインの光を複数の波長領域に分光する。回折格子１１６は、例えば、透過型回折格子を用いることができる。なお、回折格子は、機械刻線回折格子やホログラフィック回折格子などの反射型回折格子を用いてもよい。
【００２３】
レンズ１１８は、回折格子１１６で分光された光が入射される。レンズ１１８は、分光された光を撮像素子１２０に照射し、撮像素子１２０の撮像面に被写体からの分光された光を結像させる。
【００２４】
撮像素子１２０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサであり、レンズ１１８を通過し撮像面に結像された光を光電変換によって電気信号に変換する。撮像素子１２０は、生成された電気信号をＣＰＵ１３２に出力する。
【００２５】
上記のスリット１１４、回折格子１１６、レンズ１１８及び撮像素子１２０は、光学ステージ１２２に載置され、光学ステージ１２２上で固定される。光学ステージ１２２は、分光部１１０への光の入射方向に対して垂直方向、かつスリットの開口方向であるＸ軸方向に対して垂直方向（Ｙ軸方向）に移動される。光学ステージ１２２を移動させ、Ｘ軸に平行なラインをＹ軸方向に移動させることで被写体を２次元的に走査することができる。ドライブ回路１２４は、光学ステージ１２２の移動を制御する。
【００２６】
フォーカス駆動部１２６は、例えばアクチュエータであり、レンズ１１２を駆動させる。フォーカス駆動部１２６は、回折格子１１６を透過して分光された光のうち０次回折光が撮像素子１２０面上で合焦しているかを判断し、撮像素子１２０面上で合焦するようにレンズ１１２を駆動させる。このように、光学系がフォーカス駆動部１２６を有することによって、鮮明な被写体の像を得ることができる。
【００２７】
分光部１１０は、例えば図２に示すように、人体内部に挿入される挿入部１７０の一端部に設けられる。挿入部１７０内には、分光部１１０とＣＰＵ１３２を接続する信号線１６０が延在する。なお、図２に示すように、分光部１１０と並列して、通常用いられる受光部１５０を設けてもよい。受光部１５０は、可視光を用いた解析に使用することができる。
【００２８】
なお、分光部１１０は、上記実施形態で回折格子１１６を備えるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、入射した光をスペクトル分解することができるプリズムを備えるとしてもよい。
【００２９】
次に、解析部１３０について説明する。解析部１３０は、撮像素子１２０が出力した電気信号に基づいて、被写体からの光の成分分析、光の強度などの物理量の２次元平面における分布の算出などを行う。解析部１３０は、ＣＰＵ１３２と、ＨＳＤ記録部１３４と、スペクトル空間演算部１３６と、画像分類演算部１３８とを備える。
【００３０】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３２は、プログラムによって演算処理装置及び制御装置として機能し、内視鏡システム１００内に設けられた各構成要素の処理を制御することができる。ＣＰＵ１３２は、撮像素子１２０で生成された電気信号を受信し、ハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）としてＨＳＤ記録部１３４に被写体のスペクトルデータを記録させる。
【００３１】
ＨＳＤ記録部１３４は、被写体のスペクトルデータをＨＳＤとして記録する。ＨＳＤは、例えば、６４０×８００ピクセルの画像領域を有しており、それぞれのピクセルごとに複数のバンド（波長領域）のスペクトル情報が含まれている。即ち、各ピクセルは（ｘ，ｙ，λ）の３次元のデータセットを有する。ここで、ｘ、ｙは画像平面の位置を表し、λは波長を表す。そして、ピクセルごとのスペクトル情報は、個々に読み出しが可能である。
【００３２】
スペクトル空間演算部１３６は、撮像素子１３０から出力された電気信号に基づいて各ピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）を算出する。また、スペクトル空間演算部１３６は、ピクセルの画像平面の位置（ｘ，ｙ）と、波長λとの対応付けを行う。
【００３３】
画像分類演算部１３８は、各ピクセルの（ｘ，ｙ，λ）の３次元のデータセットに基づいて、複数の波長領域ごとに画像平面上の物理量の分布を算出する。
【００３４】
表示部１４０は、解析部１３０で算出された結果を視覚的に表示することができる。表示部１４０は、例えば、ディスプレイ１４２と、外部出力１４４などを備える。表示部１４０は、複数の波長領域ごとに画像平面上の物理量（光の強度）の分布などを表示することができる。
【００３５】
（第１の実施形態の動作）
次に、図３を参照して、本実施形態に内視鏡システム１００の動作について説明する。図３は、本実施形態に係る内視鏡の動作を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、撮影対象、例えば特定の臓器の映像をレンズ１１２に取り込む（ステップＳ１１）。このとき、レンズ１１２を透過した光はスリット１１４に照射する。スリット１１４は所定の位置（Ｙ＝ｙｉ）にあるため、回折格子１１６はスリット１１４を通過したライン（Ｘ軸方向）の光を波長方向に分光する（ステップＳ１２）。撮像素子１２０は、所定の位置（Ｙ＝ｙｉ）のラインの分光された光を受光し、その光から生成された電気信号をＣＰＵ１３２に出力する。
【００３７】
ＨＳＤ記録部１３４は、スリット１１４の所定位置（Ｙ＝ｙｉ）でのＸ軸方向位置ｘと波長領域の値λとを対応付けて記録する（ステップＳ１３）。次に、光学ステージ１２２をｙ軸方向に移動させる（ステップＳ１４）。そして、上述したステップＳ１１からステップＳ１４を繰り返して、スリットの所定位置がＹ＝ｙ１〜ｙｎまでのＸ軸方向位置ｘと波長領域の値λを（ｘ，ｙ，λ）のデータセットとして蓄積していく（ステップＳ１５）。
【００３８】
そして、蓄積されたハイパースペクトルデータ（ｘ，ｙ，λ）を用いることで、各λに対応する（ｘ，ｙ）画像を再構成することができる（ステップＳ１６）。例えば、図４では、Ｘ軸方向とＹ軸方向に配列される画素を示し、各画素において波長領域と光の強度の関係からなるスペクトル情報が含まれることを示している。また、図５に示すように、各波長領域λにおける光の強度の平面上の分布を表示することができる。図５では、波長領域λが４００ｎｍから８００ｎｍの間の任意の波長領域に対応する平面分布を示している。また、図５では、任意の波長領域の平面分布を合成できることを説明している。任意の波長領域の平面分布を合成することで、表示部１４０に確度の高い表示を行うことが可能となる。なお、図４及び図５は、ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【００３９】
次に、本実施形態の内視鏡システム１００を用いた癌部の検出方法について説明する。
【００４０】
第１の検出方法では、癌細胞部と正常細胞部との間の光の強度の差や比率を用いた評価関数を用いて対象物の任意の位置が癌であるか否かを検出することができる。
【００４１】
図６〜図８には、ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す。また、図９には、癌細胞部と正常細胞部それぞれに該当するピクセルにおけるスペクトル特性を示す。ここで、図９の縦軸は、光の強度に基づいて導かれた物理量であり、横軸は、分光した光の波長領域である。図９より、特に波長領域が６５０ｎｍ〜７５０ｎｍにかけて癌細胞部の物理量と正常細胞部の物理量の差が顕著になることが分かった。
【００４２】
従って、例えば、胃癌の癌細胞部分の評価関数ＨＳは、下記の式で表すことができる。
【数２】
ここで、
Ａ＝６５０ｎｍ〜７５０ｎｍ間の光の強度の平均値
Ｂ＝４５０ｎｍの光の強度の平均値
である。
【００４３】
また、
【数３】
と表すこともできる。
【００４４】
上記の評価関数ＨＳは、−１〜＋１の間の値をとり、値が高いほど胃癌の癌細胞であると推論することができる。また、所定の閾値を設定することで、評価関数ＨＳから導かれる値が閾値より高い場合は胃癌の癌細胞であると判断し、閾値より低い場合は正常細胞であると判断してもよい。
【００４５】
第２の検出方法では、癌細胞との類似度を算出して、判別対象とするピクセルが癌細胞であるかを検出することができる。類似度の算出には、ベクトルのコサイン距離を用いる。
【００４６】
本実施形態の内視鏡システム１００が、分光部１１０に入射した光をｎバンドの波長領域に分光できるとすると、ハイパースペクトルデータ（ＨＳＤ）において１ピクセルが有するスペクトル情報ＨＳは、ｎ次元のベクトルで定義できる。図１０（ａ）に、スペクトル情報ＨＳをｎ次元ベクトルで表現した概念図を示す。ここで、λｉ（ｉ＝１，２・・・ｎ）は、各波長領域の基準ベクトルを示し、それぞれの基準ベクトルは互いに直交しているものとする。
【００４７】
スペクトル情報ＨＳは、ｎ次元のベクトルを用いて下記の式で表すことができる。
ＨＳ＝Ｒ１λ１＋Ｒ２λ２＋・・・＋Ｒｎλｎ
ここで、Ｒｉ（ｉ＝１，２・・・ｎ）は、ｉ番目のベクトル成分の大きさであり、具体的には、所定の波長領域の光の強度である。
【００４８】
そして、スペクトル情報ＨＳの基準ベクトルｅＨＳは、下記の式で表すことができる。
【数４】
である。
【００４９】
次に、任意の２つのピクセル相互の類似度の算出について説明する。２つのピクセルのスペクトル情報ＨＳ１、ＨＳ２が、それぞれｎ次元のベクトルであるとしたとき、類似度は、図１０（ｂ）に示すように、この２つのベクトルの角度の差であるコサイン距離ｃｏｓθで求めることができる。コサイン距離ｃｏｓθは、スペクトル情報ＨＳ１、ＨＳ２の基準ベクトルｅＨＳ１、ｅＨＳ２の内積であり、下記の式によって表すことができる。
【００５０】
【数５】
【００５１】
算出結果は、コサイン距離ｃｏｓθの値が大きいほど類似度が高いことを示す。
【００５２】
例えば、癌細胞部分に該当するピクセルのスペクトル情報をＨＳ１、癌細胞であるか否かの判別対象とするピクセルのスペクトル情報をＨＳ２とする。図１１〜図１３には、コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す。類似度が高いほど濃い網掛けで示すこととし、癌細胞部分とスペクトル情報が類似していることを表す。その結果、図１１〜図１３に示すように癌細胞部分を同定することができた。以上の通り、類似度算出による検出方法によれば、判別対象とする部分が癌細胞部分であるか否かを可視化して識別することができる。
【００５３】
上記の通り、本発明の実施形態によれば、被写体からの放射光又は反射光がハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光され、ハイパースペクトル解析により被写体の患部を同定するため被写体からの放射光又は反射光の成分が分析されるので、被写体の分析精度を向上させることができる。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば、上記実施形態では、分光部が人体内部に挿入される挿入部の一端部に設けられる場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、分光部１１０がカプセル型容器２７０に収容されるとしてもよい。このとき、カプセル型容器２７０は、図１４に示すように、分光部１１０からの電気信号を受信し、演算処理が可能なＣＰＵ２３２と、記憶装置としてのメモリ２３４と、バッテリ２３６と、信号を外部の解析部１３０などに送信する通信回路２３８を備えるとしてもよい。
【００５６】
また、本発明は、図１５に示すように、分光部１１０が、導光路を有し人体内部に挿入される挿入部（ファイバースコープ）２７４の一端部と反対の他端部に接続された本体部２７０に設けられるとしてもよい。このとき挿入部２７４は、アダプター２７２によって本体部２７０と接続される。分光部１１０はケーブル２７２内の信号線２６０を介して解析部１３０と接続される。
【００５７】
また、上記実施形態では、癌細胞の検出について特に説明したが本発明はかかる例に限定されない。本発明は、人体の体腔内や内臓における患部、例えば癌以外の悪性腫瘍などの検出にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態の第１の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。
【図２】同実施形態の分光部が設置された内視鏡先端部を示す断面図である。
【図３】同実施形態に係る内視鏡の動作を示すフローチャートである。
【図４】ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【図５】ハイパースペクトルデータの定義を示す説明図である。
【図６】ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す写真である。
【図７】ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す写真である。
【図８】ハイパースペクトル解析により胃癌の癌細胞部を同定した事例を示す写真である。
【図９】癌細胞部と正常細胞部それぞれに該当するピクセルにおけるスペクトル特性を示す説明図である。
【図１０】（ａ）ｎ次元ベクトルで定義したスペクトル情報ＨＳを示す概念図である。（ｂ）コサイン距離を示す概念図である。
【図１１】コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す写真である。
【図１２】コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す写真である。
【図１３】コサイン距離を用いて癌細胞の識別を行った結果を示す写真である。
【図１４】本実施形態の第１の実施形態に係る内視鏡システムの変更例を示すブロック図である。
【図１５】本実施形態の第１の実施形態に係る内視鏡システムの変更例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００ 内視鏡システム
１１０ 分光部
１１２、１１８ レンズ
１１４ スリット
１１６ 回折格子
１２０ 撮像素子
１２２ 光学ステージ
１２４ ドライブ回路
１３０ 解析部
１３２ ＣＰＵ
１３４ ＨＳＤ記録部
１３６ スペクトル空間演算部
１３８ 画像分類演算部
１４０ 表示部
１４２ ディスプレイ
１４４ 外部出力
１５０ 受光部
１６０ 信号線
１７０ 挿入部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する光学系と、
前記光学系で分光された光を前記波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、
前記電気信号に基づいて前記波長領域の光の強度を算出し、前記画素における前記複数の波長領域と前記光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により前記被写体の患部を同定するため前記被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する解析部と、
を備えることを特徴とする、内視鏡システム。
【請求項２】
所定の前記波長領域の前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量に基づいて、前記被写体の患部を同定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量と所定の閾値との関係によって前記被写体の患部を同定することを特徴とする、請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記所定の前記波長領域は、赤色領域、近赤外領域又は赤外領域であることを特徴とする、請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記所定の前記波長領域は、６５０ｎｍ〜７５０ｎｍであることを特徴とする、請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記波長領域が６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量の平均値Ａと、前記波長領域が４５０ｎｍを含む所定領域の前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量Ｂを用いた評価関数ＨＳを用いて前記被写体の癌細胞部分を同定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【数１】
【請求項７】
前記被写体は特定の臓器であって前記被写体の予め取得された癌細胞部分における前記複数の波長領域と前記光の強度との関係を表す特性と、前記被写体の解析対象における前記複数の波長領域と前記光の強度との関係を表す特性との類似度を算出することによって、前記被写体の癌細胞部分を同定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記被写体を前記類似度に基づいて表示させる表示制御部を備えたことを特徴とする、請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記光学系及び前記撮像素子が人体内部に挿入される挿入部の一端部に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記光学系及び前記撮像素子が、人体内部に挿入され導光路を有する挿入部の一端部に対して反対の他端部に接続された本体部に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記光学系及び前記撮像素子が、人体内部に挿入されるカプセル型容器に収容されたことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記光学系は、
前記被写体からの放射光又は反射光を分光する回折格子と、
前記分光された光を前記撮像素子面上で合焦させるフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを駆動させるフォーカス駆動部と、
を備え、
前記フォーカス駆動部は、前記回折格子で分光され前記撮像素子が受光した０次回折光を利用して、前記フォーカスレンズの駆動位置を決定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光するステップと、
前記光学系で分光された光を前記波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成するステップと、
前記電気信号に基づいて前記波長領域の光の強度を算出するステップと、
前記複数の波長領域と前記光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により前記被写体の患部を同定するため前記被写体からの放射光又は反射光の成分を分析するステップと、
を含むことを特徴とする、内視鏡システムを用いた被写体の検出方法。
【請求項１】
被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光する光学系と、
前記光学系で分光された光を前記波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、
前記電気信号に基づいて前記波長領域の光の強度を算出し、前記画素における前記複数の波長領域と前記光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により前記被写体の患部を同定するため前記被写体からの放射光又は反射光の成分を分析する解析部と、
を備えることを特徴とする、内視鏡システム。
【請求項２】
所定の前記波長領域の前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量に基づいて、前記被写体の患部を同定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量と所定の閾値との関係によって前記被写体の患部を同定することを特徴とする、請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記所定の前記波長領域は、赤色領域、近赤外領域又は赤外領域であることを特徴とする、請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記所定の前記波長領域は、６５０ｎｍ〜７５０ｎｍであることを特徴とする、請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記波長領域が６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量の平均値Ａと、前記波長領域が４５０ｎｍを含む所定領域の前記光の強度又は前記光の強度に基づいた物理量Ｂを用いた評価関数ＨＳを用いて前記被写体の癌細胞部分を同定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【数１】
【請求項７】
前記被写体は特定の臓器であって前記被写体の予め取得された癌細胞部分における前記複数の波長領域と前記光の強度との関係を表す特性と、前記被写体の解析対象における前記複数の波長領域と前記光の強度との関係を表す特性との類似度を算出することによって、前記被写体の癌細胞部分を同定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記被写体を前記類似度に基づいて表示させる表示制御部を備えたことを特徴とする、請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記光学系及び前記撮像素子が人体内部に挿入される挿入部の一端部に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記光学系及び前記撮像素子が、人体内部に挿入され導光路を有する挿入部の一端部に対して反対の他端部に接続された本体部に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記光学系及び前記撮像素子が、人体内部に挿入されるカプセル型容器に収容されたことを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記光学系は、
前記被写体からの放射光又は反射光を分光する回折格子と、
前記分光された光を前記撮像素子面上で合焦させるフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを駆動させるフォーカス駆動部と、
を備え、
前記フォーカス駆動部は、前記回折格子で分光され前記撮像素子が受光した０次回折光を利用して、前記フォーカスレンズの駆動位置を決定することを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
被写体からの放射光又は反射光をハイパースペクトルで定義される複数の波長領域に分光するステップと、
前記光学系で分光された光を前記波長領域ごとに受光し、光電変換して電気信号を生成するステップと、
前記電気信号に基づいて前記波長領域の光の強度を算出するステップと、
前記複数の波長領域と前記光の強度との関係に基づいて、ハイパースペクトル解析により前記被写体の患部を同定するため前記被写体からの放射光又は反射光の成分を分析するステップと、
を含むことを特徴とする、内視鏡システムを用いた被写体の検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１４】
【図１５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１４】
【図１５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−３９２８０（Ｐ２００９−３９２８０Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０６８７２（Ｐ２００７−２０６８７２）
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（５０７２６８８１３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（５０７２６８８１３）
【Ｆターム（参考）】
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