CN102958417A - 荧光观察装置 - Google Patents

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Abstract

使用通过镜头特性不同的照相机取得的荧光图像和照射光图像，高精度地对荧光图像进行标准化，并进行定量性高的荧光观察。提供具有以下部件的荧光观察装置（1）：照明部（3），其向被摄体（A）照射照明光和激励光；荧光图像取得部（16），其拍摄由于激励光的照射而在被摄体（A）中产生的荧光，取得荧光图像；返回光图像取得部（17），其拍摄由于照明光的照射而从被摄体（A）返回的返回光，取得返回光图像；配光特性信息存储部（21），其存储与这些图像取得部（16、17）所具备的光学系统（14、15）的配光特性相关的信息；图像校正部（21），其使用与该配光特性相关的信息，校正荧光图像或返回光图像中的至少一方，以使荧光图像和返回光图像所包含的配光特性一致；以及图像标准化部（22），其使用校正后的荧光图像和返回光图像，利用返回光图像对荧光图像进行标准化。

Description

荧光观察装置
技术领域
本发明涉及荧光观察装置。
背景技术
以往公知有如下的荧光测量装置：向观察对象照射激励光，检测在观察对象中产生的荧光，并且还检测观察对象表面上的激励光的反射光，通过将荧光强度除以检测到的反射光强度来进行标准化（例如参照专利文献1）。
根据该荧光测量装置，即使在由于激励光的射出端和观察对象之间的距离或角度的变动而导致产生的荧光发生变动的情况下，也能够对该荧光进行标准化，能够减少距离或角度的影响，提高荧光观察的定量性。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本特开昭62-247232号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1的荧光测量装置的情况下，激励光与利用该激励光产生的荧光的强度差异较大，为了取得清晰的荧光图像，需要遮断入射到照相机的激励光。此外，为了拍摄细微的荧光，需要利用具有明亮的镜头特性的照相机进行拍摄。此外，对于强度高的激励光的反射光，需要使用与取得荧光图像用的照相机不同的高分辨率的照相机进行拍摄。
其结果，由于不同的照相机的不同的镜头特性，入射到两个照相机的各摄像面的光的配光特性不同，如果仅采用如专利文献1那样用荧光强度除以激励光强度的方式，则存在不能高精度地进行标准化，不能高精度地进行定量的荧光观察的不足。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种荧光观察装置，该荧光观察装置能够使用通过镜头特性不同的照相机取得的荧光图像和返回光图像，高精度地对荧光图像进行标准化，进行定量性高的荧光观察。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明提供以下手段。
本发明提供一种荧光观察装置，其具有：照明部，其向被摄体照射照明光和激励光；荧光图像取得部，其拍摄由于来自该照明部的激励光的照射而在所述被摄体中产生的荧光，取得荧光图像；返回光图像取得部，其拍摄由于来自所述照明部的照明光的照射而从所述被摄体返回的返回光，取得返回光图像；配光特性信息存储部，其存储与这些荧光图像取得部和返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性相关的信息；图像校正部，其使用该配光特性信息存储部所存储的与所述配光特性相关的信息，校正荧光图像或返回光图像中的至少一方，以使荧光图像和返回光图像所包含的所述配光特性一致；以及图像标准化部，其使用该图像校正部校正后的荧光图像和返回光图像，利用返回光图像对荧光图像进行标准化。
根据本发明，通过将来自照明部的激励光照射到被摄体，由此，荧光图像取得部拍摄在被摄体中产生的荧光，取得荧光图像，另一方面，通过将来自照明部的照明光照射到被摄体，由此，返回光图像取得部拍摄从被摄体返回的返回光，取得返回光图像。荧光图像取得部和返回光图像取得部具备光学系统，该光学系统根据其目的不同而具有不同的配光特性，将与各光学系统的配光特性相关的信息存储到配光特性信息存储部中。
并且，在图像校正部中，使用该配光特性信息存储部所存储的与配光特性相关的信息，校正荧光图像或返回光图像中的至少一方，以使荧光图像和返回光图像所包含的配光特性一致。
使用这样校正后的荧光图像和返回光图像，用返回光图像对荧光图像进行标准化，由此，能够从标准化后的荧光图像中去除由于配光特性的不同而造成的影响，从而能够进行定量性更高的观察。
在上述发明中，也可以是所述配光特性信息存储部分别存储所述荧光图像取得部和所述返回光图像取得部所具备的两方的光学系统的配光特性，作为与所述光学系统的配光特性相关的信息，所述图像校正部将荧光图像除以所述荧光图像取得部所具备的光学系统的配光特性，将返回光图像除以所述返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性。
由此，从在荧光图像的标准化中使用的荧光图像和返回光图像中去除各个图像所包含的光学系统的配光特性的影响，因此，能够从标准化后的荧光图像中去除由于配光特性的不同而造成的影响，从而能够进行定量性更高的观察。
此外，在上述发明中，也可以是所述配光特性信息存储部存储将所述荧光图像取得部所具备的光学系统的配光特性除以所述返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性而得到的配光特性比，作为与所述光学系统的配光特性相关的信息，所述图像校正部将荧光图像除以所述配光特性比。
此外，在上述发明中，也可以是所述配光特性信息存储部存储将所述返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性除以所述荧光图像取得部所具备的光学系统的配光特性而得到的配光特性比，作为与所述光学系统的配光特性相关的信息，所述图像校正部将返回光图像除以所述配光特性比。
由此，能够通过配光特性比的使用，减少图像校正部中的图像的校正次数，能够以较短的处理时间，从标准化后的荧光图像中去除由于配光特性的不同而造成的影响，从而能够进行定量性更高的观察。
此外，本发明提供一种荧光观察装置，其具有：照明部，其向被摄体照射照明光和激励光；荧光图像取得部，其拍摄由于来自该照明部的激励光的照射而在所述被摄体中产生的荧光，取得荧光图像；返回光图像取得部，其拍摄由于来自所述照明部的照明光的照射而从所述被摄体返回的返回光，取得返回光图像；配光特性信息存储部，其存储与这些荧光图像取得部和返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性相关的信息；图像标准化部，其使用由所述返回光图像取得部取得的返回光图像，对由所述荧光图像取得部取得的荧光图像进行标准化；以及图像校正部，其使用所述配光特性信息存储部所存储的与所述配光特性相关的信息，校正利用所述图像标准化部进行标准化后的荧光图像，以使荧光图像和返回光图像所包含的所述配光特性一致。
发明效果
根据本发明，产生如下效果：能够使用通过镜头特性不同的照相机取得的荧光图像和照射光图像，高精度地对荧光图像进行标准化，进行定量性高的荧光观察。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的荧光观察装置的整体结构图。
图2是示出图1的荧光观察装置所具备的聚光透镜的配光特性的一例的图，（a）是示出荧光用的聚光透镜的配光特性的图，（b）是示出白色光用的聚光透镜的配光特性的图。
图3是示出使用了图1的荧光观察装置的被摄体的荧光观察步骤的流程图。
图4是示出图1的荧光观察装置的第1变形例的整体结构图。
图5是示出使用了图4的荧光观察装置的被摄体的荧光观察步骤的流程图。
图6是示出图1的荧光观察装置的第2变形例的整体结构图。
图7是示出使用了图6的荧光观察装置的被摄体的荧光观察步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明一个实施方式的荧光观察装置1进行说明。
如图1所示，本实施方式的荧光观察装置1是内窥镜装置，其具有：插入部2，其插入到体腔内；照明部3，其向与该插入部2的前端面2a相对配置的生物体组织（以下称作被摄体）A照射白色光（照明光）和激励光；图像取得部4，其取得被摄体A的荧光图像信号和白色光图像信号；图像处理部5，其对由该图像取得部4取得的图像信号进行处理；以及监视器6，其对由图像处理部5生成的图像进行显示。
照明部3具有氙气灯7、滤光片8、耦合透镜9、光导纤维10和照明光学系统11。滤光片8具有：沿周向并列配置在依靠电机8a进行旋转的转台8b上的白色光滤光片8c和激励光滤光片8d，其中，白色光滤光片8c使白色光的波段（例如400～650nm）透射，激励光滤光片8d使激励光的波段（例如650～750nm）的光透射。
耦合透镜9对透射过滤光片8的白色光和激励光进行会聚，并使其入射到光导纤维10的端部。光导纤维10配置在插入部2的基端至前端的整个长度范围内，将白色光和激励光导光至插入部2的前端面2a。照明光学系统11使被光导纤维10导光后的白色光和激励光扩散，并朝被摄体A照射。
图像取得部4具有：物镜12，其配置在插入部2的前端，会聚被摄体A中产生的荧光和来自被摄体的白色光的返回光；分色镜13，其将由该物镜12会聚的光分支为荧光和白色光；聚光透镜14、15，其分别会聚由该分色镜13分支后的荧光和白色光；荧光用CCD（荧光图像取得部）16，其对由该聚光透镜14会聚的荧光进行拍摄；以及白色光用CCD（返回光图像取得部）17，其对由聚光透镜15会聚的白色光进行拍摄。图中，标号18是遮断向荧光用CCD 16入射的激励光的激励光截止滤光片。
用于会聚微弱的荧光来取得明亮的荧光图像的聚光透镜14和用于会聚白色光来取得清晰的白色光图像的聚光透镜15，根据其目的而具有不同的配光特性。例如，聚光透镜14、15的配光特性如图2所示。
图2（a）、（b）示出了配光特性的一例。这些配光特性是荧光图像和白色光图像中的同一直线上的灰度值分布，该荧光图像和白色光图像是通过向均匀地含有荧光色素且具有与生物体组织相似的光学特性的标准试样照射激励光和白色光而取得的。
图2（a）示出了沿着激励光的照射范围的一条直线上的聚光透镜14的配光特性的一例。将上述直线端部处的荧光的灰度值表示为FL0，将标准试样的直线上的任意位置处的荧光的亮度值表示为FLsij。这里下标i、j是表示荧光图像的垂直的两个方向上的像素位置的自然数。
图2（b）示出了沿着白色光的照射范围的上述直线上的聚光透镜15的配光特性的一例。将上述直线端部处的荧光的亮度值表示为WL0，将标准试样的直线上的任意位置处的荧光的亮度值表示为WLsij。这里下标i、j是表示白色光图像的垂直的两个方向上的像素位置的自然数。
图像处理部5具有：荧光图像生成部19，其对由荧光用CCD 16取得的荧光图像信号进行处理，生成荧光图像；白色光图像生成部20，其对由白色光用CCD 17取得的白色光图像信号进行处理，生成白色光图像；图像校正部21，其对所生成的荧光图像和白色光图像进行校正；图像标准化部22，其使用校正后的荧光图像和校正后的白色光图像，利用白色光图像对荧光图像进行标准化；以及图像合成部23，其对标准化后的荧光图像和白色光图像进行合成。
图像校正部21分别存储荧光图像的校正系数和白色光图像的校正系数。校正系数被计算为：将使用了标准试样的各聚光透镜14、15的配光特性FLsij、WLsij除以代表性的共同的像素位置处的灰度值FL0、WL0而得到的比率Fij和Wij，即Fij=FLsij/FL0、Wij=WLsij/WL0。
并且，图像校正部21将通过向被摄体A照射激励光和白色光而得到的荧光图像和白色光图像的各像素位置处的灰度值FLij、WLij，分别除以所存储的校正系数F、W，由此，计算校正后的荧光图像FL’ij和校正后的白色光图像WL’ij。
将在图像校正部21中进行校正后的荧光图像FL’ij和校正后的白色光图像WL’ij发送至图像标准化部21，将校正后的荧光图像FL’ij除以校正后的白色光图像WL’ij来取得标准化后的荧光图像。在图像合成部中将所取得的标准化荧光图像与白色光图像合成，输出到监视器6。
以下，针对如这样构成的本实施方式的荧光观察装置1的作用进行说明。
为了使用本实施方式的荧光观察装置1进行被摄体A的荧光观察，使滤光片的电机动作来使转台旋转，由此将使氙气灯动作而产生的照明光依次透射白色光滤光片8c和激励光滤光片8d。
如图1和图3所示，透射过白色光滤光片8c后的白色光和透射过激励光滤光片8d后的激励光依次利用耦合透镜入射到光导纤维10的端面，并被导光至插入部2的前端面2a，并通过照明光学系统11照射到被摄体A的表面（步骤S1）。
照射到被摄体A的表面的白色光在表面发生反射并被物镜12会聚。另一方面，在将激励光照射到被摄体A时，存在于被摄体A中的荧光物质被激励而发出荧光，在所产生的荧光中，从被摄体A的表面发出的荧光的一部分被物镜12会聚。
通过物镜12会聚的白色光透射过分色镜13，然后，被聚光透镜15会聚并被白色光用CCD 17拍摄。另一方面，通过物镜12会聚的荧光被分色镜13反射，然后，被聚光透镜14会聚并被荧光用CCD 16拍摄。由此，取得白色光图像信号和荧光图像信号（步骤S2）。
将这些白色光图像信号和荧光图像信号分别发送到图像处理部5的白色光图像生成部20和荧光图像生成部19，生成白色光图像WLij和荧光图像FLij。接着，将所生成的白色光图像WLij和荧光图像FLij发送到图像校正部21，由此，取得校正后的白色光图像WL’ij和荧光图像FL’ij。（步骤S3、S4）。
将校正后的白色光图像WL’ij和荧光图像FL’ij发送至图像标准化部22，将校正后的荧光图像FL’ij除以校正后的白色光图像WL’ij，由此，取得标准化后的荧光图像FL’ij/WL’ij（步骤S5）。然后，将荧光图像FL’ij/WL’ij发送到图像合成部23，在那里与白色光图像WLij进行合成（步骤S6），然后，显示在监视器6上（步骤S7）。
这样，根据本实施方式的荧光观察装置1，通过将使用配光特性不同的聚光透镜14、15单独取得的荧光图像和白色光图像除以用于取得各个图像的聚光透镜14、15的配光特性来进行校正，因此存在如下优点：能够利用减少了配光特性的影响的荧光图像和白色光图像对荧光图像进行标准化，从而能够利用定量性更高的标准化荧光图像观察被摄体A。
另外，在本实施方式中，采用了如下方法：预先分别存储了聚光透镜14、15的配光特性，将取得的荧光图像和白色光图像通过用于取得各个图像的聚光透镜14、15的配光特性进行校正，利用校正后的白色光图像对校正后的荧光图像进行标准化，不过，也可以替代上述方法，而采用图4和图5所示的方法。
即，在图4所示的例子中，图像校正部21预先存储W/F作为校正系数，将由白色光图像生成部20生成的白色光图像WLij除以校正系数W/F，由此计算校正后的白色光图像WL”ij。然后，图像标准化部22将由荧光图像生成部19生成的荧光图像FLij除以校正后的白色光图像WL”ij。
由此，能够与图1同样地取得标准化后的荧光图像。在该情况下，如图5所示，可以省略存在于图3的流程图中的荧光图像的校正步骤S4，从而具有能够减少计算量且使处理迅速化的优点。
此外，也可以与之相反，图像校正部21预先存储F/W作为校正系数，由此利用校正系数校正荧光图像，将校正后的荧光图像除以由白色光图像生成部20生成的白色光图像。
此外，在上述实施方式中，在利用校正系数校正了荧光图像和白色光图像中的至少一方后，使用校正后的图像进行了荧光图像的标准化，但也可以取而代之，如图6和图7所示那样进行图像处理。
即，交换图像标准化部22与图像校正部21的顺序，首先在图像标准化部22中利用由白色光图像生成部20生成的白色光图像WLij对由荧光图像生成部19生成的荧光图像FLij进行标准化（步骤S5）后，再通过将标准化荧光图像FLij/WLij乘以校正系数W/F来进行校正（步骤S8）。由此，能够以较少的运算量迅速取得与上述同样的标准化后的荧光图像FL’ij/WL’ij。
此外，在本实施方式中，采用了白色光图像作为用于对荧光图像进行标准化的返回光图像，但也可以取而代之，采用激励光图像、自身荧光图像等在与荧光图像相同的照射范围中取得的其他任意图像。
此外，图像校正部21存储校正系数，但也可以将存储部（配光特性信息存储部、省略图示）与图像校正部21分开设置，图像校正部21使用存储在该存储部中的校正系数进行图像的校正。
此外，在图像校正部21中存储由将配光特性除以代表性灰度值而得的比率构成的校正系数，但可以取而代之，存储配光特性自身作为校正系数。
标号说明
A：被摄体
1：荧光观察装置
3：照明部
14、15：聚光透镜（光学系统）
16：荧光用CCD（荧光图像取得部）
17：白色光用CCD（返回光图像取得部）
21：图像校正部（配光特性信息存储部）
22：图像标准化部

Claims (5)

1.一种荧光观察装置，其具有：
照明部，其向被摄体照射照明光和激励光；
荧光图像取得部，其拍摄由于来自该照明部的激励光的照射而在所述被摄体中产生的荧光，取得荧光图像；
返回光图像取得部，其拍摄由于来自所述照明部的照明光的照射而从所述被摄体返回的返回光，取得返回光图像；
配光特性信息存储部，其存储与这些荧光图像取得部和返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性相关的信息；
图像校正部，其使用该配光特性信息存储部所存储的与所述配光特性相关的信息，校正荧光图像或返回光图像中的至少一方，以使荧光图像和返回光图像所包含的所述配光特性一致；以及
图像标准化部，其使用该图像校正部校正后的荧光图像和返回光图像，利用返回光图像对荧光图像进行标准化。
2.根据权利要求1所述的荧光观察装置，其中，
所述配光特性信息存储部分别存储所述荧光图像取得部和所述返回光图像取得部所具备的两方的光学系统的配光特性，作为与所述光学系统的配光特性相关的信息，
所述图像校正部将荧光图像除以所述荧光图像取得部所具备的光学系统的配光特性，将返回光图像除以所述返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性。
3.根据权利要求1所述的荧光观察装置，其中，
所述配光特性信息存储部存储将所述荧光图像取得部所具备的光学系统的配光特性除以所述返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性而得到的配光特性比，作为与所述光学系统的配光特性相关的信息，
所述图像校正部将荧光图像除以所述配光特性比。
4.根据权利要求1所述的荧光观察装置，其中，
所述配光特性信息存储部存储将所述返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性除以所述荧光图像取得部所具备的光学系统的配光特性而得到的配光特性比，作为与所述光学系统的配光特性相关的信息，
所述图像校正部将返回光图像除以所述配光特性比。
5.一种荧光观察装置，其具有：
照明部，其向被摄体照射照明光和激励光；
荧光图像取得部，其拍摄由于来自该照明部的激励光的照射而在所述被摄体中产生的荧光，取得荧光图像；
返回光图像取得部，其拍摄由于来自所述照明部的照明光的照射而从所述被摄体返回的返回光，取得返回光图像；
配光特性信息存储部，其存储与这些荧光图像取得部和返回光图像取得部所具备的光学系统的配光特性相关的信息；
图像标准化部，其使用由所述返回光图像取得部取得的返回光图像，对由所述荧光图像取得部取得的荧光图像进行标准化；以及
图像校正部，其使用所述配光特性信息存储部所存储的与所述配光特性相关的信息，校正利用所述图像标准化部进行标准化后的荧光图像，以使荧光图像和返回光图像所包含的所述配光特性一致。
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