JP5356191B2 - 蛍光観察装置 - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光観察装置に関するものである。
従来、蛍光画像を参照画像で除算することにより、観察距離等に依存する蛍光強度変化を補正した定量性のある蛍光画像を取得する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の蛍光観察装置は、さらに撮像素子の露光時間を自動調整することにより、観察条件が変動しても一定の明るさで反射光画像および蛍光画像を観察することができるようになっている。
しかしながら、従来の蛍光観察装置のように、露光時間を調整して画像の明るさを制御しただけでは、露光時間を下限にしても画像が明るくなってしまったり、観察対象部位に照射される励起光の強度が高すぎて生体に含まれる蛍光色素が退色し、蛍光画像が暗くなってしまったりする場合があり、適正な明るさの画像を観察することができないという不都合がある。また、調光を行い照射光強度を変化させると、励起光の照射光強度と照明光の照射光強度とが変化する等の影響により、蛍光の定量性が失われるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、定量性があり適正な明るさの蛍光画像を取得して観察を行うことができる蛍光観察装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、被写体に照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、該照明部からの励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、該戻り光撮像部により取得された前記参照画像の輝度値に基づいて露光時間を調節する露光時間調節部と、該露光時間調節部により調節された前記露光時間に基づいて前記照明部からの照明光または励起光の少なくとも一方の強度を制御する照明制御部と、前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を前記露光時間で規格化する第１の規格化手段と、前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を、前記照明制御部により制御された前記照明光または前記励起光の少なくとも一方の強度で規格化する第２の規格化手段と、前記第１の規格化手段および前記第２の規格化手段によって輝度が規格化された前記参照画像および前記蛍光画像の少なくとも一方を用いて、前記蛍光画像を前記参照画像によって補正する画像補正部とを備える蛍光観察装置を提供する。
本発明は、被写体に照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、該照明部からの励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、該戻り光撮像部により取得された前記参照画像の輝度値に基づいて露光時間を調節する露光時間調節部と、該露光時間調節部により調節された前記露光時間に基づいて前記照明部からの照明光または励起光の少なくとも一方の強度を制御する照明制御部と、前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を前記露光時間で規格化する第１の規格化手段と、前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を、前記照明制御部により制御された前記照明光または前記励起光の少なくとも一方の強度で規格化する第２の規格化手段と、前記第１の規格化手段および前記第２の規格化手段によって輝度が規格化された前記参照画像および前記蛍光画像の少なくとも一方を用いて、前記蛍光画像を前記参照画像によって補正する画像補正部とを備える蛍光観察装置を提供する。
本発明によれば、照明部から発せられた励起光が被写体に照射されると、被写体において発生した蛍光が蛍光撮像部により撮影されて蛍光画像が取得され、照明部から励起光とともに発せられた照明光が被写体に照射されると、その戻り光が戻り光撮像部により撮影されて参照画像が取得される。
本発明に係る蛍光観察装置は、参照画像の輝度値が高くなった場合に、露光時間調節部の作動により露光時間を短くするとともに、照明制御部の作動によりその露光時間に基づいて照明光または励起光の少なくとも一方の強度を低減することで、入射光量を抑えつつ被写体に照射される照明光および励起光の強度が高くなりすぎるのを防ぐことができる。一方、参照画像の輝度値が低くなった場合に、露光時間調節部により露光時間を長くするとともに、照明制御部によりその露光時間に基づいて照明光または励起光の少なくとも一方の強度を増大することで、入射光量を増やしつつ被写体に照射される照明光および励起光の強度が低くなりすぎるのを防ぐことができる。
そして、第１の規格化手段により、参照画像または蛍光画像の少なくとも一方の輝度を露光時間調節部によって調節された露光時間で規格化するとともに、第２の規格化手段により、参照画像または蛍光画像の少なくとも一方の輝度を照明制御部によって制御された強度で規格化することで、露光時間の変化や光強度の変化にかかわらず参照画像の輝度値および蛍光画像の輝度値をほぼ一定の値に統一することができる。したがって、画像補正部により、輝度値が統一された蛍光画像を参照画像で補正することで、照明光および励起光の距離等に依存する蛍光強度変化を精度よく補正することができる。これにより、定量性があり適正な明るさの蛍光画像を取得して観察することができる。
上記発明においては、前記画像補正部が、前記蛍光画像を前記参照画像で除算することとしてもよい。
このように構成することで、簡易な演算処理により定量性の高い蛍光画像を得ることができる。
このように構成することで、簡易な演算処理により定量性の高い蛍光画像を得ることができる。
また、上記発明においては、前記露光時間調節部が、前記照明制御部により強度が制御された前記照明光による前記参照画像または前記励起光による前記蛍光画像の少なくとも一方の明るさが一定になるように前記露光時間を補正することとしてもよい。
このように構成することで、照明制御部により制御された照明光の強度および励起光の強度に合わせて参照画像および蛍光画像の明るさを一定に維持することができる。
このように構成することで、照明制御部により制御された照明光の強度および励起光の強度に合わせて参照画像および蛍光画像の明るさを一定に維持することができる。
また、上記発明においては、前記第２の規格化手段により前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を規格化する前記照明光または前記励起光の少なくとも一方の強度を、その強度分布特性に基づき補正する強度補正手段を備えることとしてもよい。
照明光の強度および励起光の強度を変更した場合に、照明光と励起光の波長帯域の相違により、照明光の光強度分布の特性の変化の仕方と励起光の光強度分布の特性の変化の仕方が互いに異なる。強度補正手段により照明光の強度および励起光の強度をその強度分布特性に基づき補正することで、照明制御部により照明光および励起光の強度を変更した場合であっても、第２の規格化手段において参照画像および蛍光画像の輝度を精度よく規格化することができ、蛍光画像の定量性を高めることができる。
本発明によれば、定量性があり適正な明るさの蛍光画像を取得して観察を行うことができるという効果を奏する。
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００は、内視鏡装置であって、図１に示すように、体腔内に挿入される細長い挿入部２と、挿入部２の先端２ａから射出させる照明光を発する光源１０を備える照明ユニット（照明部）２０と、挿入部２内に配置され、被写体である観察対象部位Ｘの画像情報を取得する撮像ユニット３０と、撮像ユニット３０により取得された画像情報を演算処理する画像処理部５０と、画像処理部５０により処理された画像等を表示するモニタ４とを備えている。
以下、本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００は、内視鏡装置であって、図１に示すように、体腔内に挿入される細長い挿入部２と、挿入部２の先端２ａから射出させる照明光を発する光源１０を備える照明ユニット（照明部）２０と、挿入部２内に配置され、被写体である観察対象部位Ｘの画像情報を取得する撮像ユニット３０と、撮像ユニット３０により取得された画像情報を演算処理する画像処理部５０と、画像処理部５０により処理された画像等を表示するモニタ４とを備えている。
光源１０は、照明光を発するキセノンランプ１２と、キセノンランプ１２から発せられた照明光の光量を制限する絞り１３と、絞り１３の開口範囲を調節する絞り制御部（照明制御部）１４と、絞り１３を通過した照明光のうち赤外線を遮断して白色光のみを透過させる赤外光カットフィルタ１５と、波長帯域が７４０ｎｍの励起光を発する半導体レーザ１６と、半導体レーザ１６の出力を制御する半導体レーザ制御部（照明制御部）１７と、赤外光カットフィルタ１５からの白色光を透過し半導体レーザ１６からの励起光を反射して、白色光と励起光とを同一光路へと導く第１のビームスプリッタ１８とを備えている。
絞り制御部１４は、絞り１３の開口範囲を変更することで、通過させる照明光の光量を変えて照明光の強度を制御するようになっている。
半導体レーザ制御部１７は、半導体レーザ１６の出力を変更することで、励起光の強度を制御するようになっている。
半導体レーザ制御部１７は、半導体レーザ１６の出力を変更することで、励起光の強度を制御するようになっている。
赤外光カットフィルタ１５は、例えば、波長帯域が４００〜６８０ｎｍの白色光のみを透過させるようになっている。なお、符号１９Ａは赤外光カットフィルタ１５を透過した白色光および半導体レーザ１６から発せられた励起光をそれぞれ集光する第１のカップリングレンズを示し、符号１９Ｂは第１のビームスプリッタ１８により同一光路に導光された白色光および励起光を集光する第２のカップリングレンズを示している。
照明ユニット２０は、挿入部２の長手方向の略全長にわたって配置され、第２のカップリングレンズ１９Ｂによって集光された白色光および励起光を挿入部２の先端２ａまで導光するライトガイドファイバ２２と、挿入部２の先端２ａに配置され、ライトガイドファイバ２２により導光されてきた白色光および励起光を拡散させて観察対象部位Ｘに照射させる拡散レンズ２４とを備えている。
撮像ユニット３０は、照明ユニット２０により白色光および励起光が照射された観察対象部位Ｘから戻る戻り光を集光する対物レンズ３２と、対物レンズ３２により集光された戻り光の内、励起波長以上の光（励起光および蛍光）を反射し、励起波長より短い波長の白色光を透過する第２のビームスプリッタ３４とを備えている。対物レンズ３２は、挿入部２の先端２ａに前記拡散レンズ２４と並列して配置されている。
また、この撮像ユニット３０には、第２のビームスプリッタ３４により反射された励起光および蛍光の内、励起光を遮断して蛍光（例えば、近赤外蛍光）のみを透過させる励起光カットフィルタ３６と、この励起光カットフィルタ３６を透過した蛍光および第２のビームスプリッタ３４を透過した白色光をそれぞれ集光する２つの集光レンズ３８と、集光レンズ３８により集光された蛍光を撮影して蛍光画像情報を取得する蛍光撮像部４２および集光レンズ３８により集光された白色光を撮影して参照画像情報を取得する白色光撮像部（戻り光撮像部）４４とを備えている。
励起光カットフィルタ３６は、例えば、波長帯域が７６５〜８５０ｎｍの蛍光のみを透過させるようになっている。
蛍光撮像部４２は、例えば、蛍光用の高感度モノクロＣＣＤである。白色光撮像部４４は、例えば、白色光用のカラーＣＣＤであり、モザイクフィルタ（図示略）を備えている。
蛍光撮像部４２は、例えば、蛍光用の高感度モノクロＣＣＤである。白色光撮像部４４は、例えば、白色光用のカラーＣＣＤであり、モザイクフィルタ（図示略）を備えている。
画像処理部５０は、蛍光撮像部４２および白色光撮像部４４の露光時間を調節して蛍光画像および参照画像を取得する画像取得ユニット５２と、画像取得ユニット５２により取得された蛍光画像および参照画像の輝度をそれぞれ規格化する輝度規格化ユニット５４と、蛍光画像および参照画像の定量性を制御する定量性制御部５６と、輝度規格化ユニット５４により規格化された蛍光画像および参照画像を用いて蛍光画像を参照画像により補正する除算処理部（画像補正部）５８とを備えている。
画像取得ユニット５２は、蛍光撮像部４２により取得された蛍光画像情報から２次元的な蛍光画像を生成する蛍光画像生成部６０および蛍光撮像部４２の露光時間を調節する蛍光露光時間調節ユニット（露光時間調節部）６１と、白色光撮像部４４により取得された参照画像情報から２次元的な参照画像を生成する参照画像生成部６５および白色光撮像部４４の露光時間を調節する白色光露光時間調節ユニット（露光時間調節部）６６とを備えている。
蛍光露光時間調節ユニット６１は、蛍光画像生成部６０により生成された蛍光画像の輝度値に基づいて蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間を算出する蛍光露光時間算出部６２と、蛍光露光時間算出部６２により算出された次フレームの露光時間に所定の補正係数を乗算して露光時間を補正する蛍光露光時間補正部６３と、蛍光露光時間補正部６３により補正された露光時間に基づき蛍光撮像部４２の露光時間を制御する蛍光露光時間制御部６４とを備えている。
同様に、白色光露光時間調節ユニット６６は、参照画像生成部６５により生成された参照画像の輝度値に基づいて白色光撮像部４４の次フレームの露光時間を算出する白色光露光時間算出部６７と、白色光露光時間算出部６７により算出された次フレームの露光時間に所定の補正係数を乗算して露光時間を補正する白色光露光時間補正部６８と、白色光露光時間補正部６８により補正された露光時間に基づき白色光撮像部４４の露光時間を制御する白色光露光時間制御部６９とを備えている。
蛍光画像の輝度値および参照画像の輝度値としては、例えば、蛍光画像および参照画像の予め定められた領域の輝度値の平均値が用いられる。
蛍光画像の輝度値および参照画像の輝度値としては、例えば、蛍光画像および参照画像の予め定められた領域の輝度値の平均値が用いられる。
輝度規格化ユニット５４は、蛍光画像生成部６０により生成された蛍光画像の輝度を蛍光撮像部４２の露光時間で除算する蛍光画像第１規格化部（第１の規格化手段）７２および蛍光画像第１規格化部７２により露光時間で規格化された蛍光画像の輝度をさらに励起光の強度で規格化する蛍光画像第２規格化部（第２の規格化手段）７４と、参照画像生成部６５により生成された参照画像の輝度を白色光撮像部４４の露光時間で除算する参照画像第１規格化部（第１の規格化手段）７６および参照画像第１規格化部７６により露光時間で規格化された参照画像の輝度をさらに照明光の強度で規格化する参照画像第２規格化部（第２の規格化手段）７８とを備えている。
定量性制御部５６は、図２に示すように、照明光の強度および励起光の強度が通常の状態の通常モードＡ、励起光の強度のみ低い状態の低励起光モードＢ、励起光の強度に加え照明光の強度も低い状態の低照射光モードＣの３つの制御モードを備えている。
この定量性制御部５６は、前記白色光露光時間算出部６７により算出された白色光撮像部４４の次フレームの露光時間を読み出して、絞り制御部１４および半導体レーザ制御部１７に制御モードを設定するようになっている。また、定量性制御部５６は、半導体レーザ制御部１７に設定した制御モードを蛍光画像第２規格化部７４に入力し、蛍光画像の輝度を除算する励起光の強度を設定するとともに、絞り制御部１４に設定した制御モードを参照画像第２規格化部７８に入力し、参照画像の輝度を除算する照明光の強度を設定するようになっている。
また、定量性制御部５６は絞り制御部１４の制御モードを変更した場合に、励起光の強度が変化する前と後の蛍光画像の明るさが一定になるように、蛍光露光時間補正部６３に補正係数を設定するようになっている。
除算処理部５８は、蛍光画像第２規格化部７４により規格化された蛍光画像を参照画像第２規格化部７８により規格化された参照画像により除算して補正蛍光画像Ｋを取得するようになっている。
また、前記画像処理部５０には、参照画像生成部６５で生成された参照画像Ｓと除算処理部５８で生成された補正蛍光画像Ｋとを合成した画像を生成する画像合成部５９が備えられている。画像合成部５９は、参照画像Ｓと補正蛍光画像Ｋとを合成してモニタ４に同時に並列に配置して表示させるようになっている。なお、画像合成部５９が補正蛍光画像Ｋの輝度値と蛍光の存在量（すなわち、蛍光薬剤の濃度）とを対応づけた濃度変換テーブルを備え、モニタ４に特定の領域の蛍光濃度を表示させることとしてもよい。
このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００を用いて、例えば、生体の体腔内の観察対象部位Ｘを観察するには、体腔内に挿入部２を挿入して先端２ａを観察対象部位Ｘに対向させる。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００を用いて、例えば、生体の体腔内の観察対象部位Ｘを観察するには、体腔内に挿入部２を挿入して先端２ａを観察対象部位Ｘに対向させる。
そして、光源１０を作動させて、キセノンランプ１２から発せられて絞り１３を通過した照明光の内、赤外光カットフィルタ１５を透過した白色光を第１のカップリングレンズ１９Ａにより集光して第１のビームスプリッタ１８を透過させるとともに、半導体レーザ１６から発せられた励起光を第１のカップリングレンズ１９Ａにより集光して第１のビームスプリッタ１８により反射し、これらの白色光および励起光をそれぞれ第２のカップリングレンズ１９Ｂにより集光してライトガイドファイバ２２に入射させる。
ライトガイドファイバ２２に入射された白色光および励起光は、挿入部２の先端２ａへと導光され、拡散レンズ２４によって拡散されて観察対象部位Ｘに照射される。観察対象部位Ｘにおいては、内部に含まれている蛍光物質が励起光によって励起されることにより蛍光が発せられるとともに、観察対象部位Ｘの表面において白色光や励起光の一部が反射させられる。
蛍光と励起光および白色光の戻り光は、挿入部２の対物レンズ３２により集光され、第２のビームスプリッタ３４により波長ごとに分岐される。具体的には、第２のビームスプリッタ３４において、励起波長以上の光、すなわち、励起光および蛍光は反射され、励起波長より短い波長の白色光は透過させられる。
第２のビームスプリッタ３４により反射された励起光および蛍光は、励起光カットフィルタ３６により励起光が除去されて、蛍光のみが集光レンズ３８によって集光される。そして、蛍光撮像部４２により撮影されて蛍光画像情報として取得される。
また、第２のビームスプリッタ３４を透過した白色光は、集光レンズ３８によって集光されて白色光撮像部４４により撮影され、参照画像情報として取得される。
なお、蛍光画像情報と参照画像情報は、どちらから先に取得してもよいし同時に取得することとしてもよい。
また、第２のビームスプリッタ３４を透過した白色光は、集光レンズ３８によって集光されて白色光撮像部４４により撮影され、参照画像情報として取得される。
なお、蛍光画像情報と参照画像情報は、どちらから先に取得してもよいし同時に取得することとしてもよい。
蛍光撮像部４２により取得された蛍光画像情報および白色光撮像部４４により取得された参照画像情報は、それぞれ画像処理部５０に入力されて画像処理される。
画像処理部５０において、蛍光画像情報は蛍光画像生成部６０に入力され、２次元的な蛍光画像が生成される。この場合に、蛍光露光時間算出部６２により、蛍光画像生成部６０によって生成された蛍光画像の輝度値に基づいて蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間が算出される。そして、算出された露光時間が蛍光露光時間補正部６３を介して蛍光露光時間制御部６４に入力され、蛍光撮像部４２の露光時間が設定される。
画像処理部５０において、蛍光画像情報は蛍光画像生成部６０に入力され、２次元的な蛍光画像が生成される。この場合に、蛍光露光時間算出部６２により、蛍光画像生成部６０によって生成された蛍光画像の輝度値に基づいて蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間が算出される。そして、算出された露光時間が蛍光露光時間補正部６３を介して蛍光露光時間制御部６４に入力され、蛍光撮像部４２の露光時間が設定される。
同様にして、参照画像情報は参照画像生成部６５に入力され、２次元的な参照画像が生成される。この場合に、白色光露光時間算出部６７により、参照画像生成部６５によって生成された参照画像の輝度値に基づいて白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が算出される。そして、算出された露光時間が白色光露光時間補正部６８を介して白色光露光時間制御部６９に入力され、白色光撮像部４４の露光時間が設定される。
蛍光画像生成部６０により生成された蛍光画像および参照画像生成部６５により生成された参照画像は、それぞれ輝度規格化ユニット５４へと送られる。
輝度規格化ユニット５４においては、蛍光画像第１規格化部７２により、蛍光露光時間制御部６４から蛍光撮像部４２の露光時間が読み出され、蛍光画像の輝度値が露光時間で除算される。これにより、蛍光画像における露光時間の相違が規格化され、蛍光画像が単位時間当たりの輝度値に統一される。
輝度規格化ユニット５４においては、蛍光画像第１規格化部７２により、蛍光露光時間制御部６４から蛍光撮像部４２の露光時間が読み出され、蛍光画像の輝度値が露光時間で除算される。これにより、蛍光画像における露光時間の相違が規格化され、蛍光画像が単位時間当たりの輝度値に統一される。
同様にして、参照画像第１規格化部７６により、白色光露光時間制御部６９から白色光撮像部４４の露光時間が読み出され、参照画像の輝度値が露光時間で除算される。これにより、参照画像における露光時間の相違が規格化され、参照画像が単位時間当たりの輝度値に統一される。
続いて、蛍光画像第１規格化部７２により露光時間で規格化された蛍光画像が蛍光画像第２規格化部７４に送られるとともに、参照画像第１規格化部７６により露光時間で規格化された参照画像が参照画像第２規格化部７８へと送られる。
蛍光画像第２規格化部７４においては、定量性制御部５６から出力される制御モードに基づき、蛍光画像の輝度値が半導体レーザ制御部１７により制御された励起光の強度で除算される。これにより、蛍光画像における光強度の相違が規格化され、蛍光画像が一定の励起光の強度当たりの輝度値に統一される。
蛍光画像第２規格化部７４においては、定量性制御部５６から出力される制御モードに基づき、蛍光画像の輝度値が半導体レーザ制御部１７により制御された励起光の強度で除算される。これにより、蛍光画像における光強度の相違が規格化され、蛍光画像が一定の励起光の強度当たりの輝度値に統一される。
同様にして、参照画像第２規格化部７８においては、定量性制御部５６から出力される制御モードに基づき、参照画像の輝度値が絞り制御部１４により制御された白色光の強度で除算される。これにより、参照画像における光強度の相違が規格化され、参照画像が一定の白色光の強度当たりの輝度値に統一される。
ここで、本実施形態に係る蛍光観察装置１００においては、白色光露光時間算出部６７により算出された白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が定量性制御部５６に入力され、定量性制御部５６により、蛍光画像および参照画像の定量性が制御される。具体的には、図３，４，５のフローチャートに示されるように、定量性制御部５６において、白色光露光時間算出部６７から白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が入力されると（ステップＳ１）、現在の制御モードに応じて以下のように制御される。
通常モードＡの状態では（ステップＳ２「Ａ」）、図３に示されるように、まず、白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が閾値ａｂより短いか長いか判断される（ステップＳＡ３）。次フレームの露光時間が閾値ａｂより長い場合は（ステップＳＡ３「ＮＯ」）、図６に示されるように、通常モードＡが維持される（エンド）。一方、次フレームの露光時間が閾値ａｂ以下の場合は（ステップＳＡ３「ＹＥＳ」）、制御モードが低励起光モードＢに変更される（ステップＳＡ４）。
この場合、定量性制御部５６は、半導体レーザ制御部１７に低励起光モードＢに切り替える制御信号を出力し、半導体レーザ制御部１７により半導体レーザ１６の出力を低減して励起光の強度を低くする（ステップＳＡ５）。ここで、白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が短いということは、観察対象部位Ｘに照射される白色光の強度が高い状態であるといえ、挿入部２の先端２ａと観察対象部位Ｘとの距離が近すぎることが考えられる。したがって、励起光の強度を低くすることで、観察対象部位Ｘに照射される励起光の強度が高くなりすぎるのを防ぐことができる。
また、定量性制御部５６は、励起光の強度を低くしたことに伴い、蛍光画像第２規格化部７４に低励起光モードＢに切り替える制御信号を出力し、蛍光画像の輝度値を除算する励起光の強度を小さくする（ステップＳＡ６）。これにより、蛍光画像第２規格化部７４において、規格化後の蛍光画像の定量性を維持することができる。
さらに、蛍光露光時間補正部６３に低励起光モードＢに切り替わる制御信号を出力し、励起光の強度を低くした直後の蛍光画像が暗くならないように、蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間を長くする補正係数を設定する（ステップＳＡ７）。これにより、蛍光露光時間補正部６３において、蛍光露光時間制御部６４により設定される蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間が補正され、蛍光画像の明るさを略一定に保つことができる。なお、励起光の強度の変更にかかる時間が露光時間に対して無視できない時間を要する場合には、励起光の強度の変化を加味した補正係数を設定することとしてもよい。
次に、低励起光モードＢの状態では（ステップＳ２「Ｂ」）、図４に示されるように、白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が閾値ａｂより長いか短いか判断される（ステップＳＢ３）。露光時間が閾値ａｂより長い場合は（ステップＳＢ３「ＹＥＳ」）、図６に示されるように、制御モードが通常モードＡに変更される（ステップＳＢ３−１）。
この場合、定量性制御部５６は、半導体レーザ制御部１７に通常モードＡに切り替える制御信号を出力し、半導体レーザ制御部１７により半導体レーザ１６の出力を増大して励起光の強度を高くする（ステップＳＢ３−２）。また、励起光の強度を高くしたことに伴い、蛍光画像第２規格化部７４に通常モードＡに切り替える制御信号を出力し、蛍光画像の輝度値を除算する励起光の強度を大きくする（ステップＳＢ３−３）。そして、蛍光露光時間補正部６３に通常モードＡに切り替わる制御信号を出力し、励起光の強度を高くした直後の蛍光画像が飽和しないように、蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間を短くする補正係数を設定する（ステップＳＢ３−４）。
一方、白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が閾値ａｂ以下の場合は（ステップＳＢ３「ＮＯ」）、その露光時間が閾値ｂｃより長いか短いか判断される（ステップＳＢ４）。次フレームの露光時間が閾値ｂｃより長い場合は（ステップＳＢ４「ＹＥＳ」）、図６に示されるように、低励起光モードＢが維持される（エンド）。一方、次フレームの露光時間が閾値ｂｃ以下の場合は（ステップＳＢ４「ＮＯ」）、制御モードが低照射光モードＣに変更される（ステップＳＢ４−１）。
この場合、定量性制御部５６は、絞り制御部１４に低照射光モードＣに切り替える制御信号を出力し、絞り制御部１４により絞り１３の開口範囲を狭めて照明光の強度を低くする（ステップＳＢ４−２）。照明光の強度を低くすることで、観察対象部位Ｘに照射される白色光の強度が高すぎて参照画像が飽和して白くなってしまうのを防ぐことができる。
また、定量性制御部５６は、照明光の強度を低くしたことに伴い、参照画像第２規格化部７８に低照射光モードＣに切り替える制御信号を出力し、参照画像の輝度値を除算する照明光の強度を小さくする（ステップＳＢ４−３）。これにより、参照画像第２規格化部７８において、規格化後の参照画像の定量性を維持することができる。
次に、低照射光モードＣの状態では（ステップＳ２「Ｃ」）、図５に示されるように、白色光撮像部４４の露光時間が閾値ｃｂより短いか長いか判断される（ステップＳＣ３）。露光時間が閾値ｃｂ以下の場合は（ステップＳＣ３「ＹＥＳ」）、図６に示されるように、低照射光モードＣが維持される（エンド）。一方、露光時間が閾値ｃｂより長い場合は（ステップＳＣ３「ＮＯ」）、制御モードが低励起光モードＢに変更される（ステップＳＣ４）。
この場合、定量性制御部５６は、絞り制御部１４に低励起光モードＢに切り替える制御信号を出力し、絞り制御部１４により絞り１３の開口範囲を拡げて照明光の強度を高くする（ステップＳＣ５）。照明光の強度を高くすることで、観察対象部位Ｘに照射される白色光の強度が低すぎて参照画像が暗くなりすぎてしまうのを防ぐことができる。
また、定量性制御部５６は、照明光の強度を高くしたことに伴い、参照画像第２規格化部７８に低励起光モードＢに切り替える制御信号を出力し、参照画像の輝度値を除算する照明光の強度を大きくする（ステップＳＣ６）。これにより、参照画像第２規格化部７８において、規格化後の参照画像の定量性を維持することができる。
このようにして、定量性制御部５６により制御された蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８において光強度で規格化された蛍光画像および参照画像は、それぞれ除算処理部５８へと送られる。除算処理部５８において、露光時間および光強度で規格化された蛍光画像を参照画像で除算することで、距離の依存性が相殺されて精度よく補正された定量性のある補正蛍光画像Ｋを取得することができる。
除算処理部５８により取得された補正蛍光画像Ｋは画像合成部５９に送られ、参照画像生成部６５から読み出される参照画像Ｓと合成されてモニタ４上に同時に表示される。なお、濃度変換テーブルに基づいて特定の領域の蛍光濃度がモニタ４上に表示されることとしてもよい。
以上説明したように、本実施形態に係る蛍光観察装置１００によれば、白色光撮像部４４の次フレームの露光時間、すなわち、参照画像の次フレームの輝度値に基づいて、励起光および照明光の強度と蛍光撮像部４２の露光時間を変更することで、観察対象部位Ｘに照射される励起光および照明光の強度を適正な強さに保ちつつ、適正な明るさの画像を取得することができる。そして、輝度が露光時間および光強度で規格化された蛍光画像を参照画像で補正することで、励起光の距離等に依存する蛍光強度変化を精度よく補正することができる。これにより、定量性があり適正な明るさの蛍光画像を取得して観察を行うことができる。
なお、本実施形態においては、定量性制御部５６が、絞り制御部１４の制御モードを変更した場合に、照明光の強度が変化する前と後の参照画像の明るさが一定になるように、白色光露光時間補正部６８を制御することとしてもよい。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置について説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置２００は、図７に示すように、光源２１０が半導体レーザ１６を備えず、絞り制御部１４がキセノンランプ１２から発せられた照明光および励起光の光量を同時に制御する点で、第１の実施形態と異なる。
以下、第１の実施形態に係る蛍光観察装置１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
次に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置について説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置２００は、図７に示すように、光源２１０が半導体レーザ１６を備えず、絞り制御部１４がキセノンランプ１２から発せられた照明光および励起光の光量を同時に制御する点で、第１の実施形態と異なる。
以下、第１の実施形態に係る蛍光観察装置１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
光源２１０は、キセノンランプ１２と、絞り１３と、キセノンランプ１２から発せられて絞り１３を通過した励起光を含む照明光（白色光）を集光するカップリングレンズ１９とを備えている。
定量性制御部５６は、図８に示すように、通常モードＡ、低照射光モードＣの２つの制御モードを備えている。また、定量性制御部５６は、白色光露光時間算出部６７により算出された白色光撮像部４４の次フレームの露光時間を読み出して、絞り制御部１４の制御モードを設定するとともに、絞り制御部１４に設定した制御モードを蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８に入力するようになっている。
このように構成された蛍光観察装置２００の作用について説明する。
キセノンランプ１２から発せられ絞り１３を通過してカップリングレンズ１９により集光された励起光を含む照明光は、ライトガイドファイバ２２により挿入部２の先端２ａへと導光されて観察対象部位Ｘに照射される。観察対象部位Ｘにおいて発生した蛍光は、第２のビームスプリッタ３４で反射されて蛍光撮像部４２により蛍光画像情報として取得されるとともに、観察対象部位Ｘから戻る白色光は、第２のビームスプリッタ３４を透過して白色光撮像部４４により参照画像情報として取得される。そして、蛍光画像情報および参照画像情報がそれぞれ画像処理部５０に入力されて画像処理される。
キセノンランプ１２から発せられ絞り１３を通過してカップリングレンズ１９により集光された励起光を含む照明光は、ライトガイドファイバ２２により挿入部２の先端２ａへと導光されて観察対象部位Ｘに照射される。観察対象部位Ｘにおいて発生した蛍光は、第２のビームスプリッタ３４で反射されて蛍光撮像部４２により蛍光画像情報として取得されるとともに、観察対象部位Ｘから戻る白色光は、第２のビームスプリッタ３４を透過して白色光撮像部４４により参照画像情報として取得される。そして、蛍光画像情報および参照画像情報がそれぞれ画像処理部５０に入力されて画像処理される。
以下、本実施形態に係る蛍光観察装置２００の定量性制御部５６による制御について、図９，１０のフローチャートを参照して説明する。
定量性制御部５６において、白色光露光時間算出部６７から白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が入力されると（ステップＳ１）、現在の制御モードが判断される（ステップＳ２）。通常モードＡの状態では（ステップＳ２「Ａ」）、図９に示されるように、まず、白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が閾値ａｃより短いか長いか判断される（ステップＳＡ３´）。
定量性制御部５６において、白色光露光時間算出部６７から白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が入力されると（ステップＳ１）、現在の制御モードが判断される（ステップＳ２）。通常モードＡの状態では（ステップＳ２「Ａ」）、図９に示されるように、まず、白色光撮像部４４の次フレームの露光時間が閾値ａｃより短いか長いか判断される（ステップＳＡ３´）。
露光時間が閾値ａｃより長い場合は（ステップＳＡ３´「ＮＯ」）、図１１に示されるように、通常モードＡが維持される（エンド）。一方、露光時間が閾値ａｃ以下の場合は（ステップＳＡ３´「ＹＥＳ」）、制御モードが低照射光モードＣに変更される（ステップＳＡ４´）。
この場合、定量性制御部５６は、絞り制御部１４に低照射光モードＣに切り替える制御信号を出力し、絞り制御部１４により絞り１３の開口範囲を狭めて照明光および励起光の強度を低くする（ステップＳＡ５´）。照明光および励起光の強度を低くすることで、観察対象部位Ｘに照射される照明光および励起光の強度が高くなりすぎるのを防ぐことができる。
また、定量性制御部５６においては、励起光および照明光の強度を低くしたことに伴い、蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８に低照射光モードＣに切り替える制御信号を出力し、蛍光画像の輝度値を除算する励起光の強度および参照画像の輝度値を除算する照明光の強度をそれぞれ小さくする（ステップＳＡ６´）。これにより、蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８において、規格化後の蛍光画像および参照画像の定量性をそれぞれ維持することができる。
また、蛍光露光時間補正部６３および白色光露光時間補正部６８に低照射光モードＣに切り替わる制御信号を出力し、励起光の強度および照明光の強度が低くなった直後の蛍光画像および参照画像がそれぞれ暗くならないように、蛍光撮像部４２の露光時間および白色光撮像部４４の露光時間をそれぞれ長くする補正係数を設定する（ステップＳＡ７´）。これにより、蛍光露光時間制御部６４により設定される蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間および白色光露光時間制御部６９により設定される白色光撮像部４４の次フレームの露光時間がそれぞれ補正され、蛍光画像および参照画像の明るさをそれぞれ略一定に保つことができる。
次に、低照射光モードＣの状態では（ステップＳ２「Ｃ」）、図１０に示されるように、白色光撮像部４４の露光時間が閾値ｃａより短いか長いか判断される（ステップＳＣ３´）。露光時間が閾値ｃａ以下の場合は（ステップＳＣ３´「ＹＥＳ」）、図１１に示されるように、低照射光モードＣが維持される（エンド）。一方、露光時間が閾値ｃａより長い場合は（ステップＳＣ３´「ＮＯ」）、制御モードが通常モードＡに変更される（ステップＳＣ４´）。
この場合、定量性制御部５６は、絞り制御部１４に通常モードＡに切り替える制御信号を出力し、絞り制御部１４により絞り１３の開口範囲を拡げて照明光および励起光の強度を高くする（ステップＳＣ５´）。照明光および励起光の強度を高くすることで、観察対象部位Ｘに照射される照明光および励起光の強度が低すぎて参照画像および蛍光画像が暗くなってしまうのを防ぐことができる。
また、定量性制御部５６においては、励起光および照明光の強度を高くしたことに伴い、蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８に通常モードＡに切り替える制御信号を出力し、蛍光画像の輝度値を除算する励起光の強度および参照画像の輝度値を除算する照明光の強度をそれぞれ大きくする（ステップＳＣ６´）。これにより、蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８において、規格化後の蛍光画像および参照画像の定量性を維持することができる。
また、蛍光露光時間補正部６３および白色光露光時間補正部６８に通常モードＡに切り替わる制御信号を出力し、励起光および照明光の強度が高くなった直後の蛍光画像および参照画像が飽和しないように、蛍光撮像部４２の次フレームの露光時間および白色光撮像部４４の次フレームの露光時間をそれぞれ短くする補正係数を設定する（ステップＳＣ７´）。これにより、蛍光露光時間制御部６４により設定される蛍光撮像部４２の露光時間および白色光露光時間制御部６９により設定される白色光撮像部４４の露光時間がそれぞれ補正され、蛍光画像および参照画像の明るさをそれぞれ略一定に保つことができる。
なお、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、図１２に示すように、輝度規格化ユニット５４が、定量性制御部５６から蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８に入力される制御モードの励起光および照明光の強度を、それぞれ励起光の強度分布特性（言い換えれば、配光特性）および照明光の強度分布特性に基づき補正する配光特性補正部（強度補正手段）２７９を備えることとしてもよい。
例えば、図１２に示すように、輝度規格化ユニット５４が、定量性制御部５６から蛍光画像第２規格化部７４および参照画像第２規格化部７８に入力される制御モードの励起光および照明光の強度を、それぞれ励起光の強度分布特性（言い換えれば、配光特性）および照明光の強度分布特性に基づき補正する配光特性補正部（強度補正手段）２７９を備えることとしてもよい。
この場合、配光特性補正部２７９は、蛍光画像および参照画像の画素ごとに異なる補正係数を光強度に乗算することとすればよい。このようにすることで、絞り制御部１４によって照明光の強度および励起光の強度を変更した場合に、照明光と励起光の波長帯域の相違により励起光の光強度分布の特性の変化の仕方と照明光の光強度分布の特性の変化の仕方とが互いに異なるとしても、配光特性補正部２７９により絞り制御部１４によって変更された励起光の強度および照明光の強度を補正して、蛍光画像第２に規格化部７４および参照画像第２に規格化部７８において蛍光画像の輝度および参照画像の輝度を精度よく規格化することができ、蛍光画像の定量性を高めることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
また、例えば、上記各実施形態および変形例においては、照明光の強度および励起光の強度を制御することとしたが、照明光または励起光の少なくとも一方の光強度を制御することとすればよい。また、蛍光画像または参照画像の少なくとも一方の輝度を露光時間で規格化することとすればよい。また、蛍光画像または参照画像の少なくとも一方の輝度を光強度で規格化することとすればよい。また、配光特性補正部２７９においては、照明光または励起光の少なくとも一方の強度を照明光または励起光の少なくとも一方の強度分布特性に基づき補正することとすればよい。
また、例えば、上記各実施形態および変形例においては、照明光の強度および励起光の強度を制御することとしたが、照明光または励起光の少なくとも一方の光強度を制御することとすればよい。また、蛍光画像または参照画像の少なくとも一方の輝度を露光時間で規格化することとすればよい。また、蛍光画像または参照画像の少なくとも一方の輝度を光強度で規格化することとすればよい。また、配光特性補正部２７９においては、照明光または励起光の少なくとも一方の強度を照明光または励起光の少なくとも一方の強度分布特性に基づき補正することとすればよい。
また、例えば、上記各実施形態および変形例においては、近赤外蛍光や白色光を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、近赤外蛍光に代えて可視領域の蛍光を用いることとしてもよいし、白色光に代えて可視領域の励起光を用いることとしてもよい。
また、上記各実施形態および変形例においては、３つの制御モードＡ，Ｂ，Ｃと閾値ａｂ，ｂｃ，ｃｂ，ａｃ，ｃａを例示して説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御モードを４つ以上に分けてもよい。また、例えば、励起光の強度を変更する閾値を照明光の強度を変更する閾値より大きくすることとしてもよい。
また、上記各実施形態および変形例においては、３つの制御モードＡ，Ｂ，Ｃと閾値ａｂ，ｂｃ，ｃｂ，ａｃ，ｃａを例示して説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御モードを４つ以上に分けてもよい。また、例えば、励起光の強度を変更する閾値を照明光の強度を変更する閾値より大きくすることとしてもよい。
また、例えば、上記各実施形態においては、光源としてキセノンランプ１２を例示して説明したが、これに代えて、例えば、水銀ランプを採用することとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、絞り１３により照明光の強度を制御することとしたが、これに代えて、例えば、可変ＮＤフィルタを採用することとしてもよいし、キセノンランプ１２（あるいは、水銀ランプ）の入力電流値を調節することとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、絞り１３により照明光の強度を制御することとしたが、これに代えて、例えば、可変ＮＤフィルタを採用することとしてもよいし、キセノンランプ１２（あるいは、水銀ランプ）の入力電流値を調節することとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、半導体レーザ１６の入力電流値を調節して励起光の強度を制御することとして説明したが、これに代えて、例えば、絞りや可変ＮＤフィルタを採用することとしてもよいし、回析格子を採用することとしてもよい。回折格子を採用した場合には、励起光として回折格子の１次回折光を使用するか２次回折光を使用するかを切り替えることで、励起光の強度を変更することができる。
また、光源として、複数のＬＥＤを採用することとしてもよい。この場合、絞りや可変ＮＤフィルタを採用したり入力電流値を調節したりすることで光強度を制御することとしてもよいし、点灯させるＬＥＤの数を変更することで光強度を制御することとしてもよい。
また、光源として、複数のＬＥＤを採用することとしてもよい。この場合、絞りや可変ＮＤフィルタを採用したり入力電流値を調節したりすることで光強度を制御することとしてもよいし、点灯させるＬＥＤの数を変更することで光強度を制御することとしてもよい。
１０ 光源
１４ 絞り制御部（照明制御部）
１７ 半導体レーザ制御部（照明制御部）
２０ 照明ユニット（照明部）
４２ 蛍光撮像部
４４ 白色光撮像部（戻り光撮像部）
５８ 除算処理部（画像補正部）
６１ 蛍光露光時間調節ユニット（露光時間調節部）
６６ 白色光露光時間調節ユニット（露光時間調節部）
７２ 蛍光画像第１規格化部（第１の規格化手段）
７４ 蛍光画像第２規格化部（第２の規格化手段）
７６ 参照画像第１規格化部（第１の規格化手段）
７８ 参照画像第２規格化部（第２の規格化手段）
１００、２００ 蛍光観察装置
２７９ 配光特性補正部（強度補正手段）
１４ 絞り制御部（照明制御部）
１７ 半導体レーザ制御部（照明制御部）
２０ 照明ユニット（照明部）
４２ 蛍光撮像部
４４ 白色光撮像部（戻り光撮像部）
５８ 除算処理部（画像補正部）
６１ 蛍光露光時間調節ユニット（露光時間調節部）
６６ 白色光露光時間調節ユニット（露光時間調節部）
７２ 蛍光画像第１規格化部（第１の規格化手段）
７４ 蛍光画像第２規格化部（第２の規格化手段）
７６ 参照画像第１規格化部（第１の規格化手段）
７８ 参照画像第２規格化部（第２の規格化手段）
１００、２００ 蛍光観察装置
２７９ 配光特性補正部（強度補正手段）
Claims (4)
- 被写体に照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、
該照明部からの励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、
前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、
該戻り光撮像部により取得された前記参照画像の輝度値に基づいて露光時間を調節する露光時間調節部と、
該露光時間調節部により調節された前記露光時間に基づいて前記照明部からの照明光または励起光の少なくとも一方の強度を制御する照明制御部と、
前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を前記露光時間で規格化する第１の規格化手段と、
前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を、前記照明制御部により制御された前記照明光または前記励起光の少なくとも一方の強度で規格化する第２の規格化手段と、
前記第１の規格化手段および前記第２の規格化手段によって輝度が規格化された前記参照画像および前記蛍光画像の少なくとも一方を用いて、前記蛍光画像を前記参照画像によって補正する画像補正部と
を備える蛍光観察装置。 - 前記画像補正部が、前記蛍光画像を前記参照画像で除算する請求項１に記載の蛍光観察装置。
- 前記露光時間調節部が、前記照明制御部により強度が制御された前記照明光による前記参照画像または前記励起光による前記蛍光画像の少なくとも一方の明るさが一定になるように前記露光時間を補正する請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
- 前記第２の規格化手段により前記参照画像または前記蛍光画像の少なくとも一方の輝度を規格化する前記照明光または前記励起光の少なくとも一方の強度を、その強度分布特性に基づき補正する強度補正手段を備える請求項１から請求項３のいずれか記載の蛍光観察装置。
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