JPS60246733A

JPS60246733A - 生物組識の光学的撮影装置

Info

Publication number: JPS60246733A
Application number: JP10208084A
Authority: JP
Inventors: 熊谷　博彰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1984-05-21
Publication date: 1985-12-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（利用分野）本発明は、生物組織の光学的撮影装置に関するものであ
り、特に、人体などの生物組織の病変部を正常部から識
別し、さらに病変部の診断をするための螢光分光画像を
撮影するに適した生物組織の光学的撮影装置に関するも
のである。

（従来技術）生物組織に、レーザ、光などの励起光を照射すると、そ
の組織の部位や状態（正常か異常か、病変を生じている
かなどの状態、および病変の５種類など）に応じて決ま
る固有の波長対強度分布を有する螢光が、被照射部位か
ら発生される。

すなわち、生物組織のそれぞれの部分は、固有の螢光波
長分布特性を有している。

第１図は、このような固有螢光波長分布曲線の一例を示
すもので、横軸は波長、縦軸は螢光の強度である。また
、図において、例えば、実゛１ｌＡＬ１は組織が正常で
ある場合、点線Ｌ２は組織に癌を生じている場合であり
、また鎖線Ｌ３は良性潰瘍を生じている場合を示してい
る。

この図から分るように、例えばλ３の波長光で生物組織
の被照射部を撮影すると、正常部、陥部、良性潰瘍部の
順に明るい像が得られ、λ６の波長光で撮影した場合は
、良性潰瘍部、陥部、゛正常部の順に明るい像が得られ
ることになる。

また、λ１の波長光の場合は、正常部と陥部とは同じ明
るさであり、良性潰瘍部はそれより明るい像になる。

それ故に、この図のような固有螢光波長分布曲線を各部
位、各病変状態ごとに′、予め測定して、種々の固有螢
光波長分布曲線を準備しておけば、被検対象の生物組織
につ、いて得られた螢光分光画像を標準のものと比較対
照することによって、その部分が正常であるか、異常で
あるか、また異常であるとすれば、どのように異常にな
つ、でいるかの診断を行なうことができるようになる。

さて、前述した生物組織から発生される螢光により、該
生物組織が正常であるか、あるいは異常であるかを診断
するための方法および装置が、各種提案されている。

以下に、前記生物組織診断方法および装置について、簡
単に説明する。

（１）癌細胞社レーザ光を照射し、その励起光をフィル
タでカットし、顕微鏡下に発する細胞の螢光波長−螢光
強度の曲線のパターン認識により、癌細胞と通常細胞と
を分別分離して、夫々集める方法がセルソータを用いて
すすめられている。

（２）癌組織にレーザ光を照射し、その励起光をカット
フィルタで除去した後、前記組織の発する螢光画像をカ
ラー写真撮影し、その画像濃度の強弱で癌診断をするこ
とが最近開発されている。

（３）入出力同軸ファイバセンサの入力側にレーザ光を
導入し、そして癌組織と密着したセンサの先端から出力
側７フアイバに導入された光のうら、励起波長光をカッ
トフィルタで除去した後、前記組織の発する螢光の波長
−強度曲線を記録して、癌の組織診断を行なう試みがな
されている。

（４）　前記（３）のセンサを用いて、該センサを分光
器に接続して、血色素の吸収波尿の極大又は極小の一定
波長を選んで組織表面に照射し、前記組織透過後の光の
強さを検出するためにセンサの先端を正常組織→癌＠織
→正常絹織ど直線上に密着させ−ながら走査し、位置（
距＃ｔ）−反射吸光度曲線を描かせて癌組織の診断を行
なう方法がある。

前記反射吸光度は、正常部と癌組織との境界線では、不
連続に突然に変化し、また、癌組織内では不規則粗大な
分布を示すことが知られているので、この性質を利用し
て癌の範囲を知る方法が実施されている。

以上に説明した従来の生物組織診断方法および装置には
、つぎのような欠点がある。

まず、前記＋１）、（３１は組織の癌の存在位置を知る
為には適していないばかりではなく、癌細胞の持つ多様
性という性質から分光学的な識別は困難であり、しかも
診断しようとする組織を全体的に面として診断しようと
するには適していないという欠点がある。゛また、癌組織でも螢光の弱いものがあり、また、良性の
病変でも螢光が強いものがあるために、前記（２）の方
法による螢光の強弱のみの診断では、組織が癌か良性潰
瘍かを識別することができない。

さらに前記（４）は、癌を疑う部分について、癌組織の
範囲を知ることには適しているが、組織全体について走
査スキャンを行なうことは困難である。

また、取り出した組織標本にスキャンを行なうことはで
きるが、胃などの生体内臓器で内視鏡を用いて行なうこ
とは、はとんど不可能に近い欠点がある。

（目的）本発明は、前述の欠ワを除去するためになされたもので
あり、その目的は、生物組織の固有螢光波長分布特性を
利用して撮影される螢光分光画像を、その画像コントラ
ストを強調して得ることのできる生物組織病変の存在診
断及び病変の拡がりと質的、量的診断とを行なう光学的
撮影装置を提供することにある。すなわち、本発明は、
前記（４）の性質を利用し、（３）の測定基礎データを
参照し、（２）の欠点を除き、（１）の細胞における識
別°法を、画像として一つまり、位置と模様の変化とし
てとらえるように改良し、組み立て１＝ものである。

（概要）前記の目的を達成するために、本発明は、生物組織に螢
光を発生させるための励起光を照射する光源と、前記励
起光を生物組織の所望領域へ指向し、かつ前記励起光の
照射により生物組織から発生された螢光のみを通過する
ダイクロイックミラーと、前記螢光のうち、所望波長帯
域の螢光のみを通過させる複数種の帯域通過フィルタと
、前記帯域通過フィルタから出力された複数種類の波長
光による複数種類の画像の各部の強度をそれぞれ画像と
して測定する手段と、前記複数種類の画像の各対応部分
の強度差を得る手段とにより生物組織の光学的撮影装置
を構成した点に特徴がある。

（実施例）双−下に、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第２薗は本発明の第１の実施例の概略図である。

図において、レーザ光源１０から出たレーザ光２０は、
凹レンズ１１Ａおよび凸レンズ１１Ｂに、より構成され
るコリメータ１１で、はぼ平行な光束に変換される。こ
のレーザ光２ｏは、ダイクロイックミラー１４で反射さ
れて、図中に実線で示したように、生物組織１５の被検
部分１５Ａ（斜線部分）に、平行励起光として照射され
る。

被検部分１５Ａからは、前述したところから理解される
ように、その部分の状ｌ１ｌ（正常、異常、病変など）
にしたがって、それぞれに特有の波長および強度の螢光
３０（図中に点線で示す）が発生される。

前記の螢光３０は、励起光（レーザ光２０＞の反射成分
と共に、再びダイクロイックミラー１４に達する。そし
て、前記ダイクロイックミラ？−１４を通過する際に、
励起光成分は前記レーザ光１ｉ１０゜側に全反射され−
すなわち除去され、螢光成分のみが帯域通過フィルタ１
８に到達する。

被検部８分１５Ａで発生した螢光３ｏは１、さらに帯域
通過フィルタ１８によって、その中の所望特。

定の波長または波長領域の螢光成分のみが分離抽出され
、これがカメラ１９に入射される。

また、被検部分１５Ａとカメラ１９との間には、前記ダ
イクロイックミラー１４および帯域通過フィルタ１８と
は別に、参照光ライトガイドファイバ４０が配置されて
いる。被検部分１５’Ａに照射されるレーザ光２ｏの一
部は、参照光として前記参照光ライトガイドファイバ４
ｏ内を通って（矢印し方向）、前記カメラ１９内に入射
される。

帯ぼ′通過フィルタ１８４Ｍ、種々の相異なる波長の（
例えば、第１図に示したλ０、λ１、λ２：・・などの
）螢、光を選択的に透過させることができるように構成
されている。その−例を第３図に示１゜同図ではａ〜１
までの１２種の帯域通過フィルタ１ｈが、円板１８Ａ上
にターレット式に配置されている。

それ故に、円板１８Ａをその中心軸１．８　Ｂのまわり
に回転させることにより、所望の波長または波長帯域を
選択することができ、その波長帯域での被検部分１５Ａ
の螢光分光像を得ることができる。

さて、以上の構成を有丈る本発明の第１の実施例におけ
る螢光分光画像の撮影方法を、被検部分１５Ａに癌が生
じた場合を例にとって説明する。

第４図は、第１図に示した固有螢光波長分布曲線のうち
、組織が正常である場合（Ｌｌ）および組織に癌を生じ
ている場合（Ｌ２）の曲、線を示したものである。

１　本発明の第１の実施例では、例えばまず、第４図の
波長λ３における螢光分光画像をポジフィルムを用いて
撮影し、次に波長λ６における螢光分光画像をネガフィ
ルムを用いて撮影する。

そして、前記ポジおよびネガフィルムに撮影されたポジ
画像およびネガ画像を重ね合わせれば、正常な組織の画
像と癌の生じた組織の画像との間に、螢光強麿差（３３
＋８４＞の画像コントラストを有する螢光分光画像を得
ることができる。

第４図においては、波長λ３のときは、正常な組織（Ｌ
ｌ）の方が癌組織（Ｌ２）よりも螢光強度が大きく、ま
た逆に、波長λ６のときは、癌組織（Ｌ２）の方が正常
な組織（Ｌｌ）よりも螢光強度が大きい。

つまり、正常組織部と異常組織部との螢光強度の強弱の
関係は、λ３の場合とλ６の場合とでは逆転している。

したがって、λ３およびλ６の螢光分光画像の撮影は、
一方の波長における撮影には、ポジフィルムを用い・、
他方の波長における撮影には、ネガフィルムを用いた。

しかし、正常組織部と異常組織部との螢光強度の強弱の
関係が、逆転していない波長（例えば、第４図のλ２お
よびλ３）を選択する場合には、前記撮影は２回ともネ
ガフィルムのみ、あるいはポジフィルムのみを装填して
、行なうこ”とになる。

なお、参照光ライトガイドファイバ４０によりカメラ１
９内に入射される参照光は、前記螢光分光画像撮影時に
、その画面の一部に直接露光され、記録される。したが
って、例えば、各波長における画像撮影時にレーザ光２
０の強度が異なっても、前記参照光が記録された画面部
分が、常に一定の明度を有するように、カメラ１９の露
出時間、あるいは現像時間等を調整すれば、各々の画面
を比較し、また重ね合わせを行なうことに、より、被検
部分１５Ａの診断を良好に行なうことができる。

また、参照光が画面の一部分に露光されなくても、各画
面を一定明度に保つことは可能である。

すなわち、前記参照光を光強度検出器（図示せず）等に
入射させ、その強度を検出し、該検出結果に　−より、
カメラ１９の露出時間、あるいは現像時間等を直接制御
しても良い。

さて、本発明の第１の実施例においては、カメラ１９に
ポジフィルムおよびネガフィルムを装填し、そして撮影
されたフィルムを重ね合わせるものとして説明したが、
特にこれに限定されず、ポジ画像およびネガ画像を１．
フィルム上に感光させることなく、直接マイクロコンピ
ュータ等によっ−て重ね合わせを行ない、その結果をブ
ラウン管に表示しても良い。

即ちλ３と２６との波長の画像を比較すると、癌と正常
部位との螢光強度の強弱が逆転していることから、癌の
存在と範囲とを識別できることになる。

螢光分光画像を、単一の波長−例えば、λ３あるいはλ
６・の波長のみの撮影で得たとすれば、癌形成部の画像
コントラストは単にＳ３あるいは＄４である。

したがって本発明の第１の実施例により、ざらに明確な
フン１〜ラストを有する螢光分光画像を得ることかでき
る。また、Ｍ１図にお′いて、正常部分ではλ３とλ６
の画像の螢光強度が大きく表れ、隔部分では螢光強度差
が小さく表れることによっても識別できる。即ちこれら
のことによって、前記螢光分光画像で、被検部分１５Ａ
が正常であるか、異常であるかの診断を容易に行なうこ
とができる。

さらにまた、前記被検部分１５Ａが異常である場合には
、どのように異常になっているかを診断することもでき
る。すなわち、癌あるいは良性潰瘍等の中には、その病
変状態（病変組織の種類）ｊ　が異なるにもかかわらず
、その全螢光量がほぼ等しくなるものがある。この場合
には、単に螢光強度を比較するだけでは、前記異常組織
がどのような組織であるかを識別することはできない。

しかし、第４図において説明したのと同様に、２つの選
択された波長において、螢光−像を撮影し、前記螢光画
像の各々を重ね合わせることにより、明確なコントラス
トを有する螢光分光画像を得るこ　゛とができ、これに
より、被検部分１５Ａの病変の質的識別が可能になる。

第５図は、本発明の第２の実施例の概略構成図である。

図において、第２図と同一の符号は、同一あるいは同等
部分をあられしており、またその説明は省略する。

第５図において、レーザ光２０の照射により発生７した
螢光３０は、半透明鏡２１に達する。螢光３０は、前記
半透明鏡２１により２方向に分岐され、一方は第１帯域
通過フィルタ１８Ｇを通過後、第１カメラ１９Ａに達し
、またその他方は、第２帯域通過フィルタ１８Ｄを通過
後、第２カメラ１９Ｂに達する。

前記第１帯域通過フィルタ１８Ｇおよび第２帯域通過フ
ィルタ１８Ｄは、例えば第４図における波長λ３および
λ６の螢光を通過させることができるものである。

なお、第５図には示されていないが、第２の実施例にお
いても、前記第１の実施例と同様に、参照光ライトガイ
ドファイバ４０が配置される。

さて、前記第４図において、曲線Ｌ１の、波長λ３にお
ける螢光強度と、波長λＱにおける螢光強度との差はＳ
ｌである。“また、曲線Ｌ２の、波長λ３における螢光
強度と、波長λ６における螢光強度との差はＳ２である
。

したがって１、正常な組織について、おらかしめ選択さ
れた第１の波長（λ３）と第２の波長（λ６〉とについ
ての螢光強度の差のデータ（すなわちＳｌ）を用意して
おき、前記データから、第１カメラ１９Ａおよび第２カ
メラ１９Ｂにより撮影された被検部分１５Ａの各画像の
螢光強度の差を引くことにより、もし前記被検部分１５
Ａに癌が生じていれば、（Ｓ　１−’Ｓ　２　）　＝　
（Ｓ３＋８４　＞の螢光強度を得ることができる。前記
被検部分１５Ａが正常であれば（３，１＝、Ｓ　１　）
　＝　Ｏとなり、螢光強度は得ることができ、ない。

つまり、この場合には、正常な組織の画像と癌の生じた
組織の画像との間に、（’Ｓ３＋８４）の螢光強度差−
ずなわら、強調された画像コントラストを得ることがで
きる。

本発明は、このように、被検部分１５Ａの２つの波長に
おける螢光強度差を、あらかじめ測定され準備された正
常部位の２つの波長における螢光強度差と比較し、その
差を画像コントラストにすることもできる。

本発明の第２の実施例により得、られる螢光分光画像の
画像コントラストを強くするためには、例えば、第４図
において、曲線１−１およびＬ２の螢光強醜差が各々大
きく、また該螢光強度差の極性が反転するような２つの
波長を選択しなければならない。したがって、前述した
ように波長λ３およびλ６を選択したり、あるいは波長
λ０およびλ３を選択したりするのが望ましい。

このためには、被検部分１５Ａが正常な場合における螢
光波長分布曲線、および該被検部分１５Ａに（癌、良性
潰瘍等の）病変が生じた場合における螢光波長分布曲線
を多数用意しておき、被検部位に癌が生じているときに
最も強い画像コン１〜ラストを得ることのできる波長範
囲、あるいはまた良性潰瘍が生じているときに最も強゛
い画像コントラストを得ることのできる波長範囲、・・
・・・・・・パ等をあらかじめ選択しておけば良い。

したがって、最も強い画像コントラストを得ることので
きた螢光分光画像を作成することができ１　た波長範囲
から、病変部の存在、範囲あるいは分布状態、および変
化状態等を、通に推定づることができる。

さて、本発明による螢光分光画像は、モノクロームの画
像であっても、画像コントラストが強いので、充分に被
検部分１５Ａの診断を行なうことができる。しかし、前
記螢光分光画像の濃度階差ごとに、それぞれ相異なる色
調を割当てて、それぞれ一枚の擬似カラー画像どしても
良いことは当然である。

また、前述の説明においては、異なる２つの波長を選択
し、螢光画像を撮影し、重ね合わせるものとして説明し
たが、特にこれに限定されず、３種類以上の波長を選択
し、螢光画像を撮影、重ね合わせても良い。

さらに、本発明は、生物組織の病変部を正常部から判別
するのに用いられるだけでなく、食肉の腐敗、あるいは
異常等の判別にも利用されることができる。

（効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、つぎ
のような効果が達成される。

（１）複数種類の波長による複数種類の画像の各部の強
度を測定し、前記複数種類の画像の各対応部分の強度差
を得ることにより螢光分光画像を形成するようにしたの
で、異常部の、正常部に対する画像コントラストが強く
なり、被検部分の診断を容易に行なうことができる。

（２）螢光をあまり発生しない病変部においても、前記
波長の選択により画像コントラストを強くすることがで
きるので、病変の種類あるいはその進行状態を診断する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明づるための、生物組織の固
有螢光波長分布曲線の一例を示す図、第２図は本発明の
第１の実施例の概略構成図、第３図は第２図中の帯域通
過フィルタの具体的な構成例を示す平面図、第４図は第
１図の曲線Ｌ１およ例の概略構成図である。１０、ｌ；−ザ光源、１１−１−１１Ｊ　メータ、１１
Ａ・・・凹レンズ、１１Ｂ・・・凸レンズ、１４・・・
ダイクロイックミラー、１５・・・生物組織、１５Ａ・
・・被検部分、１８・・・帯域通過フィルタ、１８Ｃ・
・・第１帯域通過フィルタ、１８Ｄ・・・第２帯域通過
フィルタ、１９・・・カメラ、１９Ａ・・・第１カメラ
、１９Ｂ・・・第２カメラ、２０・・・レーザ光、２１
・・・半透明鏡、３０・・・螢光、４０・・・参照光ラ
イトガイドファイバ代理人弁理士　平木通人　外１名矛　１　図第　３　図ＲＡ第　４　図螢ス０　スＩ　Ａ２　ス５　Ａ４Ａ３　ス６　、＋２１：
俊才　５

Claims

【特許請求の範囲】（１）生物組織に螢光を発生させるための励起光を照射
する光源と、前記励起光を生物組織の所望領域へ指向し
、かつ前記励起光の照射により生物組織から発生された
螢光のみを通過するダイクロイックミラーと、前記螢光
のうち、所望波長帯域の螢光のみを通過させる複数種の
帯域通過フィルタと、前記帯域通過フィルタから出力さ
れた情数種類の波長光による複数種類の画像の各部の強
度をそれぞれ画像として測定する手段と、前記複数種類
の画像の各対応部分の強度差を得る手段とを具備したこ
とを特徴とす゛る生物組織の光学的撮影装置。（２）前記帯域通過フィルタから出力された複数種類の
波長光は、２種類であり、かつ生物組織内の正常部およ
び異変部の螢光強度差の極性が異なるように選択された
ことを特徴とする特許撮影装置。（３　前記複数種類の画像は、ポジ画像およびネガ画像
であり、前記強度差を得る手段は、前記ポジ画像および
ネガ画像の合成手段であることを特徴とする前記特許請
求の範囲第２項記載の生物組織の光学的撮影装置。（４）　前記励起光は、レーザ光であることを特徴とす
る前記特許請求の範囲第１項、第２項、あるいは第３項
記載の生物組織の光学的撮影装置。