JP2001017379A

JP2001017379A - 蛍光診断装置

Info

Publication number: JP2001017379A
Application number: JP11195192A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tsujita; 和宏辻田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-01-23
Also published as: US6516217B1

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光診断装置において、自家蛍光の強度から
取得した複数の特徴量を組み合わせてデータ処理を行う
ことにより、診断部位の組織状態の変化を高い識別能で
識別する。【解決手段】励起光を生体の診断部位に照射する光源
部１００と、励起光の照射により診断部位から発生する
自家蛍光の強度を検出する画像取込部３００と、画像取
込部３００で検出された自家蛍光の強度から複数の特徴
量を取得する特徴取得部４００と、前記複数の特徴量に
基づいて診断部位の識別を行う識別部５００とを備え
る。識別部５００の画像論理演算器６０によって複数の
特徴量に関する論理演算を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光診断装置に関
し、詳しくは励起光を照射することにより生体組織から
発せられる自家蛍光から取得された特徴量に基づき診断
部位の識別を行う、例えば各種疾患に伴う組織状態の変
化を識別する蛍光診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生体組織に励起光を照射して
該励起光の照射によりこの生体組織内の内在色素から発
せられる自家蛍光を受光し、この自家蛍光を分析するこ
とにより各種疾患に伴う組織状態の変化を識別する診断
装置が研究されている。

【０００３】当初、生体組織からの自家蛍光強度の変化
による診断が試みられたが、蛍光強度自体の誤差要因が
多い事と、強度情報だけでは十分な診断能が得られない
事とにより、現在の診断装置の多くは、生体組織から発
せられる自家蛍光のスペクトル強度のプロファイルが組
織状態の変化により異なることに基づき識別を試みてお
り、例えば病変組織と正常組織とでは、その組織から発
せられる自家蛍光の緑色帯域の波長領域の強度と赤色帯
域の波長領域の強度との比が大きく異なることに注目
し、診断対象となる生体組織から発せられた自家蛍光の
緑色帯域の波長領域の強度を赤色帯域の波長領域の強度
で除算し、その値と、予め別の方式により正常組織と判
定された生体組織から上記と同様な手法により求められ
た値とを比較することにより、前記生体組織が病変組織
であるか正常組織であるかを識別しカラー画像として表
示する方式が特開平６−５４７９２号で提案されてい
る。また、診断対象となる生体組織から発せられる自家
蛍光の各波長における強度を全波長領域の蛍光強度で規
格化して蛍光強度を無次元化し、この無次元化されたス
ペクトル強度のプロファイル曲線と、予め別の方式によ
り正常組織と判定された生体組織から上記と同様な手法
により求められたプロファイル基準曲線との差を取るこ
とにより差曲線を求め、これらの曲線の特徴により前記
生体組織が病変組織であるか正常組織であるかを識別す
る方式が特開平９−５０６０２７号で提案されている。

【０００４】さらに、本出願人も、特開平１０−２２５
４３６号において、自家蛍光のうち、特定の波長領域の
強度を全波長領域の強度で規格化した値と、予め別の方
式により正常組織と判定された生体組織から上記と同様
な手法により求められた規格化された値とを比較するこ
とにより病変組織であるか正常組織であるかを識別し画
像として表示する方式を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生体組
織を観察する場合は、標本化された組織を試料台に載置
して各種計測器で観察および分析する場合とは異なり、
上記励起光を照射し自家蛍光を受光する装置部分と診断
対象となる生体組織との距離あるいは角度等の状態が刻
々と変化するので、検出される自家蛍光の性質が一定せ
ず、組織状態の変化（癌、潰瘍、炎症、異形成、正常等
の組織状態の変化）を十分に信頼できる識別能で診断す
ることは難しく、また生体組織の組織状態の変化に直接
的には関係の少ない血流の変化等の要因によっても自家
蛍光が変化する。このように自家蛍光は強度が弱い上
に、誤差要因が多くあるため自家蛍光の強度単独または
自家蛍光を規格化した強度単独のように単一の特徴量を
取得して注目する組織状態の変化を高い識別能で識別す
ることは難しい。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、自家蛍光の強度から取得した複数の特徴量を
組み合わせてデータ処理を行うことにより、診断部位の
組織状態の変化を高い識別能で識別することができる蛍
光診断装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光診断装置
は、蛍光を発する生体内在色素の励起波長領域にある励
起光を生体の診断部位に照射する励起光照射手段と、励
起光の照射により診断部位の生体内在色素から発生する
自家蛍光の強度を検出する検出手段と、この検出手段で
検出された強度から複数の特徴量を取得する特徴量取得
手段と、複数の特徴量に基づいて診断部位の識別を行う
識別手段とを備えてなることを特徴とするものである。

【０００８】また、前記複数の特徴量は、自家蛍光の強
度または蛍光収率と、前記自家蛍光の強度を規格化した
規格化強度とを組み合わせたものとすることができる。

【０００９】また、前記規格化は、自家蛍光の短波長成
分の強度を自家蛍光の全波長成分の強度で除算したもの
とすることができる。

【００１０】また、前記識別は、複数の特徴量それぞれ
を多値化し、多値化した値を論理演算して行われるもの
とすることができる。

【００１１】また、前記自家蛍光の強度の検出、前記複
数の特徴量の取得および前記識別はそれぞれ画素毎に行
われるものとすることができる。

【００１２】なお、蛍光収率とは、生体の診断部位に照
射される励起光の強度と、この励起光の照射により生体
の診断部位から発生する自家蛍光の強度との比率を意味
する。

【００１３】

【発明の効果】本発明の蛍光診断装置によれば、上記検
出手段で検出された自家蛍光の強度から複数の特徴量を
取得し、この複数の特徴量に基づいて診断部位の識別を
行うように構成したので、従来の自家蛍光の強度から１
つの特徴量を取得して識別を行う場合とは異なり、上記
励起光を照射し自家蛍光を受光する装置部分と診断対象
となる生体組織との距離あるいは角度等の検出配置の状
態に伴う自家蛍光の変化、および生体組織の血流の変化
等の生体組織の組織状態に直接的には関係の少ない要因
による自家蛍光の変化等の存在に拘わらず、高い識別能
で組織状態の変化を識別することができる。

【００１４】前記複数の特徴量を、自家蛍光の強度また
は蛍光収率と、この自家蛍光の強度を規格化した規格化
強度との組み合わせとすれば、生体組織の状態の変化を
自家蛍光の特徴量の変化により的確に対応させることが
できるので、より高い識別能で識別することができる。

【００１５】また、前記規格化を、自家蛍光の短波長成
分の強度を自家蛍光の全波長成分の強度で除算したもの
とすれば生体組織の状態の変化を自家蛍光の特徴量の変
化により的確に対応させることができ、より高い識別能
で識別することができる。

【００１６】また、前記識別を、複数の特徴量それぞれ
を多値化しこの多値化した値を論理演算して行われるも
のとすれば、識別するための演算がより単純化されるの
で識別に要する時間を短縮することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を用いて説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施の形態として
蛍光診断装置を内視鏡に適用した蛍光内視鏡の概略構成
を示す図である。

【００１９】図１に示すように蛍光内視鏡は、励起光お
よび白色光の光源を備えた光源部１００と、光源部１０
０から導かれた白色光Ｗｈを生体組織へ照射することに
より得られる通常の像を撮像し、同様に光源部１００か
ら導かれた励起光Ｌｅを生体組織へ照射することにより
得られる自家蛍光の像を光ファイバにより伝搬する屈曲
自在な内視鏡先端部２００と、内視鏡先端部２００で得
られた通常像を画像データとして取り込み記憶し、前記
蛍光像を３つの波長領域に分割しこれらの波長領域にそ
れぞれ対応する３つの画像データとして記憶する画像取
込部３００と、画像取込部３００によって記憶された画
像データから２つの特徴量に基づきそれぞれの特徴量に
対応する２種類の画像データを取得する特徴取得部４０
０と、特徴取得部４００によって取得された２種類の画
像データを入力し、各種疾患に伴う組織状態の変化を識
別する論理演算を行いその結果を画像データとして出力
する識別部５００と、識別部５００から出力される画像
データおよび画像取込部３００に記憶された画像データ
を入力しビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理
回路１４と、ビデオ信号処理回路１４によって出力され
たビデオ信号を画像として表示する表示部１５と、励起
光Ｌｅの照射、白色光Ｗｈの照射、通常像の読取り、蛍
光像の読取り等のタイミングを制御するコントロール部
１６とから構成されている。

【００２０】光源部１００の白色光光源１９には、コン
トロール部１６により制御される白色光電源２０が接続
され、該白色光光源１９は１／６０秒周期で白色光Ｗｈ
を発生し、その白色光Ｗｈは白色光集光レンズ２２によ
り集光されて、多成分ガラスファイバで形成され光源部
に接続された白色光ライトガイド２５−１に入射され
る。

【００２１】一方、光源部１００の励起光源１７には半
導体レーザが用いられ、コントロール部１６により制御
されるＬＤ電源１８によってパルス駆動されることによ
り１／６０秒周期で波長４１０ｎｍ近傍のパルス状の励
起光Ｌｅを発生し、その励起光Ｌｅは励起光集光レンズ
２１により集光されて石英ガラスファイバで形成され光
源部に接続された励起光ライトガイド２５−２に入射さ
れる。

【００２２】また、上記白色光ライトガイド２５−１と
励起光ライトガイド２５−２とはバンドルされており、
ケーブル状に一体化されている。

【００２３】内視鏡先端部２００には、上記ケーブル状
に一体化された白色光ライトガイド２５−１および励起
光ライトガイド２５−２が挿入され、照明レンズ５を介
して試料１に向けて励起光Ｌｅまたは白色光Ｗｈが照射
されるように配設されている。白色光Ｗｈの照射によ
り照明された試料１の像は通常観察用対物レンズ６によ
って通常観察用ＣＣＤ撮像素子７の受光面に結像され、
通常観察用ＣＣＤ撮像素子７により電気的な画像信号に
変換されてＣＣＤケーブル２７により画像取込部３００
に伝送される。一方、励起光Ｌｅが照射されたときに試
料１から発生する蛍光Ｋｅの像は蛍光観察用対物レンズ
４によって蛍光像イメージファイバ２６の端面Ｋｉに結
像され、その像は蛍光像イメージファイバ２６内を伝搬
して画像取込部３００に接続された蛍光像イメージファ
イバ２６の他方の端面Ｋｏに導かれる。

【００２４】画像取込部３００には、ＣＣＤケーブル２
７によって伝送された電気的な画像信号をＡ／Ｄ変換す
る通常観察用Ａ／Ｄ変換器８とＡ／Ｄ変換された画像を
記憶する通常画像メモリ９とが通常像の処理用に備えら
れ、一方蛍光像の処理用としては、蛍光像イメージファ
イバ２６の端面Ｋｏに導かれた蛍光像を、波長４１０ｎ
ｍ近傍以下の波長を遮断する励起光カットフィルタ２４
を介して蛍光用集光レンズ２３により蛍光観察用高感度
撮像素子１０の受光面に結像させるように構成された光
学系と、蛍光観察用高感度撮像素子１０と、蛍光観察用
高感度撮像素子１０によって受光され変換された電気的
な画像信号をＡ／Ｄ変換する蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器１
１と、Ａ／Ｄ変換された画像を記憶する蛍光画像ｈ１メ
モリ１２−１、蛍光画像ｈ２メモリ１２−２および蛍光
画像ｈ３メモリ１２−３からなる蛍光画像メモリ１２と
が備えられている。

【００２５】なお、上記蛍光観察用高感度撮像素子１０
の受光面には、図２に示すような波長領域ｈ１（４３０
ｎｍ近傍から４４５ｎｍ近傍の間）、波長領域ｈ２（４
４５ｎｍ近傍から５２０ｎｍ近傍の間）、波長領域ｈ３
（５２０ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍の間）のみをそれ
ぞれ透過させる特性を備えた３種類のフィルタの集合体
からなる図３に示すようなカラーモザイクフィルタがオ
ンチップされており、蛍光像は図２に示す３つの波長領
域に分離されて受光され、その強度はＡ／Ｄ変換されて
波長領域ｈ１を透過した蛍光の強度値は蛍光画像ｈ１メ
モリ１２−１に、波長領域ｈ２を透過した蛍光の強度値
は蛍光画像ｈ２メモリ１２−２に、波長領域ｈ３を透過
した蛍光の強度値は蛍光画像ｈ３メモリ１２−３にそれ
ぞれ記憶される。

【００２６】特徴取得部４００には、蛍光画像メモリ１
２に記憶された３つの画像データを強度の特徴量に基づ
き蛍光画像データＺＫに変換し出力する蛍光強度変換器
４０と、蛍光画像メモリ１２に記憶された３つの画像デ
ータを規格化強度の特徴量に基づき規格化蛍光画像デー
タＫＫに変換し出力する規格化蛍光強度変換器５０とが
備えられている。

【００２７】ここで、一般に、病変組織と正常組織との
プロファイルを比較すると、図２に示すように病変組織
は正常組織より蛍光の発光強度が弱く、この強度の特徴
量を取得したのが蛍光画像データＺＫであり、同様に図
２に示すように短波長成分の波長領域ｈ２において正常
組織は病変組織と異なるプロファイルを有することが知
られており、このプロファイルの違いを特徴量として取
得したのが規格化蛍光画像データＫＫである。

【００２８】すなわち、蛍光画像データＺＫは全波長領
域に亘る蛍光の強度の値に対応するように設定され、規
格化蛍光画像データＫＫは、波長領域ｈ２を透過した蛍
光の強度の値を全波長領域に亘る蛍光の強度の値で除算
した（規格化した）値に対応するように設定されてい
る。ここで、全波長領域に亘る蛍光の強度の値は、波長
領域ｈ１、波長領域ｈ２および波長領域ｈ３それぞれを
透過した３種類の蛍光の強度の値の和とみなすことがで
きる。

【００２９】識別部５００には、蛍光強度変換器４０か
ら出力された蛍光画像データＺＫの値を予め内部に記憶
している蛍光強度閾値ＺＳの値で２値化することにより
求められた２値蛍光画像データＺＮの値を出力する蛍光
強度２値変換器４１と、規格化蛍光強度変換器５０から
出力された規格化蛍光画像データＫＫの値を予め内部に
記憶している規格化蛍光強度閾値ＫＳの値で２値化する
ことにより求められた２値規格化蛍光画像データＫＮの
値を出力する規格化蛍光２値変換器５１と、蛍光強度２
値変換器４１から出力された２値蛍光画像データＺＮお
よび規格化蛍光２値変換器５１から出力された２値規格
化蛍光画像データＫＮとを論理演算してその値を蛍光診
断画像データＫＳＧとしてする画像論理演算器６０とが
備えられている。

【００３０】次に、上記実施の形態における作用につい
て説明する。

【００３１】蛍光内視鏡は、図４に示すタイミングチャ
ートに従ってコントローラ１６により制御されている。
図４のタイミングチャートに示されるように、白色光光
源１９から発せられた白色光Ｗｈは、白色光集光レンズ
２２および白色光ライトガイド２５−１を介して内視鏡
先端部２００に導かれ照明レンズ５を介して生体組織１
を照明する。白色光Ｗｈによって照明された生体組織１
の像は、通常観察用対物レンズ６により通常観察用ＣＣ
Ｄ撮像素子７の受光面上に結像され、通常観察用ＣＣＤ
撮像素子７を構成する、光を電荷に変換する多数の感光
素子からなる感光部に露光され信号電荷に変換されて蓄
積される。白色光Ｗｈの照明が終了すると、感光部に蓄
積された信号電荷は通常観察用ＣＣＤ撮像素子７を構成
する回路によって電気的な画像信号に変換されて読み出
され、通常観察用Ａ／Ｄ変換機８によりデジタル値に変
換されて通常画像メモリ９に記憶される。

【００３２】上記白色光Ｗｈの照射が終了すると、次
に、励起光源１７から発せられたパルス状の励起光Ｌｅ
が、励起光集光レンズ２１および励起光ライトガイド２
５−２を経由して内視鏡先端部２００に導かれ照明レン
ズ５を介して生体組織１に向って照射される。

【００３３】励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発
せられた蛍光は蛍光観察用対物レンズ４によって蛍光像
イメージファイバ２６の端面Ｋｉに結像され他方の端面
Ｋｏに伝搬される。端面Ｋｏに伝搬された蛍光像は、励
起光カットフィルタ２４により測定対象となる蛍光Ｋｅ
に混入する励起光Ｌｅが除去され蛍光集光レンズ２３に
よってモザイクフィルタがオンチップされた蛍光観察用
高感度撮像素子１０の受光面上に結像され、蛍光観察用
高感度撮像素子１０の感光部に露光されて信号電荷とし
て蓄積される。励起光Ｌｅのパルス状の照射が終了する
と、感光部に蓄積された信号電荷は蛍光観察用高感度撮
像素子１０を構成する回路によって電気的な画像信号に
変換されて読み出され、蛍光観察用Ａ／Ｄ変換機１１に
よりデジタル値に変換されて、蛍光画像ｈ１メモリ１２
−１、蛍光画像ｈ２メモリ１２−２および蛍光画像ｈ３
メモリ１２−３に記憶される。

【００３４】なお、図４のタイミングチャートに示され
るように、通常像と蛍光像とを１／６０秒毎に取り込
み、動画像を得るには、生体組織１への励起光Ｌｅの照
射と白色光Ｗｈの照射とは１／６０秒の中で重複しない
ように時間が設定されそれぞれの光が露光される。

【００３５】次に、蛍光画像ｈ１メモリ１２−１、蛍光
画像ｈ２メモリ１２−２および蛍光画像ｈ３メモリ１２
−３に記憶された画像データの値は、蛍光強度変換器４
０および規格化蛍光強度変換器５０に入力され次の変換
処理が施される。

【００３６】図５（ａ）に拡大して示すようにモザイク
フィルタは４つの微小領域を備えた行列状の多数の区画
からなり、ある１つの区画Ｍｘｙの中の４つの微小領域
Ｍｘｙ（１，１）、Ｍｘｙ（１，２）、Ｍｘｙ（２，
１）、Ｍｘｙ（２，２）には、図２に示すような波長領
域ｈ１、波長領域ｈ２、波長領域ｈ３のみをそれぞれ透
過させるフィルタ特性を備えたｈ１フィルタ、ｈ２フィ
ルタ、ｈ３フィルタが配設され、微小領域Ｍｘｙ（１，
１）にはｈ１フィルタ、微小領域Ｍｘｙ（１，２）およ
びＭｘｙ（２，１）にはｈ２フィルタ、微小領域Ｍｘｙ
（２，２）にはｈ３フィルタが対応している（図５
（ｂ）参照）。モザイクフィルタの区画Ｍｘｙの中の４
つの微小領域Ｍｘｙ（１，１）、Ｍｘｙ（１，２）、Ｍ
ｘｙ（２，１）、Ｍｘｙ（２，２）に対応する個々の感
光素子から得られる蛍光の強度値をそれぞれＤｘｙ
（１，１）、Ｄｘｙ（１，２）、Ｄｘｙ（２，１）、Ｄ
ｘｙ（２，２）とすると、区画Ｍｘｙにおける蛍光画像
データＺＫｘｙの値に対応する全波長領域に亘る蛍光の
強度の値は、以下の式により求まる。

【００３７】ＺＫｘｙ＝[｛Ｄｘｙ（１，２）＋Ｄｘｙ
（２，１）｝／２＋Ｄｘｙ（１，１）＋Ｄｘｙ（２，
２）] また、区画Ｍｘｙにおける規格化蛍光画像データＫＫｘ
ｙの値に対応する波長領域ｈ２を透過した蛍光の強度の
値を全波長領域に亘る蛍光の強度の値で除算した（規格
化した）値は、以下の式により求まる。

【００３８】ＫＫｘｙ＝[｛Ｄｘｙ（１，２）＋Ｄｘｙ
（２，１）｝／２]／[Ｄｘｙ（１，１）＋｛Ｄｘｙ
（１，２）＋Ｄｘｙ（２，１）｝／２＋Ｄｘｙ（２，
２）] このようにして求められた蛍光画像データＺＫｘｙの値
と規格化蛍光画像データＫＫｘｙの値をモザイクフィル
タの全ての区画、すなわち図５（ａ）に示すようにＭ１
１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４・・・に亘って求めること
により全区画の蛍光画像データＺＫおよび規格化蛍光画
像データＫＫが、生体組織１から取得した蛍光像の画像
データに対応して求められる。なお、上記蛍光画像メモ
リ１２の画像データから蛍光画像データＺＫを求める処
理は蛍光強度変換器４０により実施され、蛍光画像メモ
リ１２の画像データから規格化蛍光画像データＫＫを求
める処理は規格化蛍光強度変換器５０により実施され
て、それぞれ識別部５００に出力される。

【００３９】蛍光強度変換器４０から出力された蛍光画
像データＺＫは、識別部５００の蛍光強度２値変換器４
１に入力され蛍光強度閾値ＺＳの値を閾値として２値化
されて画像論理演算器６０に出力され、一方規格化蛍光
強度変換器５０から出力された規格化蛍光画像データＫ
Ｋは、識別部５００の規格化蛍光強度２値化変換器５１
に入力され規格化蛍光強度閾値ＫＳの値を閾値として２
値化されて画像論理演算器６０に出力される。

【００４０】上記蛍光強度２値変換器４１における２値
化処理は、図６（ａ）に示すように各区画Ｍｘｙに対応
する蛍光画像データＺＫの各値に対して、以下の式蛍光画像データＺＫ≧蛍光強度閾値ＺＳの条件に当てはまる蛍光画像データＺＫの値を１に変換
し、以下の式蛍光画像データＺＫ＜蛍光強度閾値ＺＳの条件に当てはまる蛍光画像データＺＫの値を０に変換
することにより１と０の値からなる２値蛍光画像データ
ＺＮを得るものである（図６（ｂ）参照）。

【００４１】また、規格化蛍光２値変換器５１における
処理は、図７（ａ）に示すように各区画Ｍｘｙに対応す
る規格化蛍光画像データＫＫの各値に対して、以下の式規格化蛍光画像データＫＫ≧規格化蛍光強度閾値ＫＳの条件に当てはまる値を１に変換し、以下の式規格化蛍光画像データＫＫ＜規格化蛍光強度閾値ＫＳの条件に当てはまる値を備えた規格化蛍光画像データＺ
Ｋの値を０に変換することにより２値規格化蛍光画像デ
ータＫＮを得るものである（図７（ｂ）参照）。

【００４２】なお、蛍光強度閾値ＺＳの値は、予め正常
組織と判定された生体組織から求めた多数の蛍光画像デ
ータＺＫの値の平均値Ｚａｖから標準偏差σを減算した
値Ｚａｖ−σであり、規格化蛍光強度閾値ＫＳの値は、
予め正常組織と判定された生体組織から求めた多数の規
格化蛍光画像データＺＫの値の平均値Ｋａｖから標準偏
差σを減算した値Ｋａｖ−σを規格化蛍光強度閾値ＫＳ
の値とすることにより求めたものである。

【００４３】従って蛍光画像データＺＫ≧蛍光強度閾値
ＺＳの条件を満たし２値蛍光画像データＺＮの値が１と
なる区画は、正常組織として生体組織が識別された区画
であり、蛍光画像データＺＫ＜蛍光強度閾値ＺＳの条件
を満たし２値蛍光画像データＺＮの値が０となる区画
は、正常組織とは言えない生体組織として識別された区
画である。また、規格化蛍光画像データＫＫ≧規格化蛍
光強度閾値ＫＳの条件を満たし２値規格化蛍光画像デー
タＫＮの値が１となる区画は、正常組織として生体組織
が識別された区画であり、蛍光画像データＺＫ＜蛍光強
度閾値ＺＳの条件を満たし２値規格化蛍光画像データＫ
Ｎの値が０となる区画は、正常組織とは言えない生体組
織としては識別された区画である。

【００４４】次に、２値蛍光画像データＺＮおよび２値
規格化蛍光画像データＫＮは画像論理演算器６０に入力
され、２値蛍光画像データＺＮと２値規格化蛍光画像デ
ータＫＮとの間の各画像位置が対応するように各対応画
素毎に論理演算されその結果は蛍光診断画像データＫＳ
Ｇとして出力される。すなわち、正常組織を識別する場
合は、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように２値蛍
光画像データＺＮと２値規格化蛍光画像データＫＮの論
理積を取ることにより正常組織と識別され、この正常組
織と識別された区画に対応する蛍光診断画像データＫＳ
Ｇの値は１となり、正常組織とは言えないと識別された
区画に対応する蛍光診断画像データＫＳＧの値は０とな
る。また、病変組織を識別する場合には図９に示す規定
に従う論理演算を実施することにより、蛍光診断画像デ
ータＫＳＧの値が０の区画は病変組織として識別され、
蛍光診断画像データＫＳＧの値が１の区画は病変組織と
は言えない区画として識別される（図８（ａ）、
（ｂ）、（ｄ）参照）。

【００４５】なお、上記識別方式の効果を確認するため
に、予め病変組織または正常組織と判定された１７の異
なる生体組織の８２点に関して上記と同様な手法に基づ
き（但し、生体組織から発せられる自家蛍光を画像とし
ては検出せず点として検出した）各点の識別を個別に行
った実験の結果は以下のようである。

【００４６】上記１７の異なる生体組織の８２点から前
記と同様な２つの特徴量を取得し同様な閾値によって２
値化した２値蛍光データＺＮ１と２値規格化蛍光データ
ＫＮ１とを求め、正常組織を識別するために両者が共に
１となる点を判別した（論理積を取った）結果２３点が
正常組織と識別されたが、その内５点が病変組織であり
｛（２３−５）／２３｝×１００＝約７８％の識別能で
あった。また、病変組織を識別するために、２値蛍光デ
ータＺＮ１と２値規格化蛍光データＫＮ１の両者が共に
０となるデータを判別した結果３１点が病変組織と識別
されたが、その内７点が正常組織であり｛（３１−７）
／３１｝×１００＝約７７％の識別能であった。

【００４７】また、従来の方式である規格化蛍光強度の
みを用いて（１つの特徴量のみを用いて）上記生体組織
の８２点から正常組織を識別すると、すなわち規格化蛍
光データＫＫ１から規格化蛍光強度閾値ＫＳ以上となる
値を有するデータを識別した結果５２点が正常組織と識
別されその内２３点が病変組織であり｛（５２−２３）
／５２｝×１００＝約５５％の識別能であった。

【００４８】従って、上記実施の形態による複数の特徴
量による識別方式は従来の１つの特徴量のみを用いた識
別方式に比べて十分に有意差があるといえる。

【００４９】ここで、上記蛍光強度と規格化蛍光強度と
の２つの特徴量を用いて組織状態の識別を行った実験の
内容を、識別対象となる箇所を１０点と仮定して具体的
に説明する。

【００５０】図１０（ａ）（ｂ）に示すように予め正常
組織と判定された点：１、３、５、７、９と病変組織と
判定された点：２、４、６、８、１０の計１０点に関し
て、蛍光強度と規格化蛍光強度をそれぞれ求め、蛍光強
度に関しては蛍光強度閾値ＺＳの値により判別された正
常組織と言えないデータ点：２、５、６、７、８と正常
組織と言えるデータ点：１、３、４、９、１０に区分し
（２値化することに相当する）、一方、規格化蛍光強度
に関しては規格化蛍光強度閾値ＫＳの値により判別され
た正常組織と言えるデータ点：１、５、６、９、１０と
正常組織とは言えないデータ点：２、３、４、７、８に
区分する。

【００５１】これらの２つの特徴量である蛍光強度およ
び規格化蛍光強度を用いて正常組織を識別する場合は、
蛍光強度を特徴量として判別した正常組織と言えるデー
タ点：１、３、４、９、１０と規格化蛍光強度を特徴量
として判別した正常組織と言えるデータ点：１、５、
６、９、１０との共通する点１、９、１０が正常組織と
して識別される。しかしながら、データ点１０は予め病
変組織と判定されているので３点のうち１点が誤りであ
り｛（３−１）／３｝×１００＝約６６％の識別能とな
る。また、病変組織を識別する場合は、蛍光強度を特徴
量として判別した正常組織とは言えないデータ点：２、
５、６、７、８と規格化蛍光強度を特徴量として判別し
た正常組織とは言えないデータ点：２、３、４、７、８
との共通する点２、７、８、が病変組織として識別され
る。しかしながら、データ点７は予め正常組織と判定さ
れているので３点のうち１点が誤りであり｛（３−１）
／３｝×１００＝約６６％の識別能となる。

【００５２】上記のようにして求められた蛍光診断画像
データＫＳＧは通常画像メモリ９から出力される通常像
の画像データと共にビデオ信号処理回路１４に入力さ
れ、１画面に通常像の画像と蛍光診断用に識別された画
像とが同時に表示されるように信号処理されて、各種疾
患に伴う組織状態の診断に供する情報として表示器１５
に出力され表示される。

【００５３】なお、前記特徴量の１つである全波長領域
に亘る蛍光の強度の値（上記実施の形態においては、波
長領域ｈ１、波長領域ｈ２、波長領域ｈ３それぞれを透
過した３種類の蛍光の強度の和）の替りに、蛍光収率の
値を用いることもできる。

【００５４】本来蛍光収率とは、生体の診断部位に照射
される励起光の強度と、この励起光の照射により生体の
診断部位から発生する自家蛍光の強度との比率を意味す
るが、この「生体の診断部位に照射される励起光の強
度」は、「生体の診断部位に照射される励起光の強度に
比例する強度を備えた他の光の強度」で代替えすること
ができるので、前記励起光は、例えば生体の診断部位で
反射された励起光で代用することもできるし、内視鏡先
端部２００から照射される励起光の強度と同一の強度で
内視鏡先端部２００から照射されるように備えられた他
の光源から発せられる近赤外光や、生体の診断部位で反
射された前記近赤外光等でも代用することができる。

【００５５】すなわち、以下の方式により蛍光収率と規
格化蛍光強度の値とを取得することができる。４１０ｎ
ｍ近傍の励起光を発生する半導体レーザと近赤外光を発
生する半導体レーザとを励起光源１７（図１参照）とし
て配設し、ダイクロイックミラー等を用いて励起光と近
赤外光とを同じ光路に導き、内視鏡先端部２００の照明
レンズ５から試料１に向って前記励起光と近赤外光とが
同時に照射されるようにする。このとき励起光用の半導
体レーザと近赤外光用の半導体レーザとは同じＬＤ電源
によってパルス駆動されるので両者は同期してパルス光
を発生することができる。また、図５（ａ）、（ｂ）に
示されるようにモザイクフィルタの行列状の各区画内の
４つの微小領域に配設された２つのｈ２フィルタの内の
１つを取り除き、その場所に近赤外の波長領域の光のみ
を透過させる（近赤外光を透過し蛍光は遮断する）特性
を備えたｈ４フィルタを配することにより、各区画内の
４つの微小領域にｈ１フィルタ、ｈ２フィルタ、ｈ３フ
ィルタ、ｈ４フィルタをそれぞれ配置する。そして、励
起光Ｌｅおよび近赤外光Ｉｒの照射により試料１から発
生した蛍光Ｋｅと試料で反射された近赤外光Ｉｒとは蛍
光観察用対物レンズ４によって集光され蛍光イメージフ
ァイバ２６の端面Ｋｉに蛍光の像と近赤外光の像とを同
時に形成する。これらの像はさらに蛍光イメージファイ
バ２６、蛍光用集光レンズ２３を介して前記モザイクフ
ィルタがオンチップされた蛍光観察用高感度撮像素子１
０の受光面に結像される。ここでモザイクフィルタの、
ある区画Ｍｘｙのｈ１フィルタ、ｈ２フィルタ、ｈ３フ
ィルタ、ｈ４フィルタにそれぞれ対応する、蛍光観察用
高感度撮像素子１０内の感光部で受光される蛍光Ｋｅあ
るいは近赤外光Ｉｒの光量をＫｈ１、Ｋｈ２、Ｋｈ３、
Ｌｈ４とすると、Ｋｈ１は波長領域ｈ１を透過した蛍光
の強度、Ｋｈ２は波長領域ｈ２を透過した蛍光の強度、
Ｋｈ３は波長領域ｈ３を透過した蛍光の強度に対応し
（図２参照）、Ｉｈ４は近赤外の波長領域を透過した近
赤外光の強度に対応する。従って以下の式により区画Ｍ
ｘｙにおける蛍光収率と規格化蛍光強度の値が得られ
る。

【００５６】蛍光収率＝全波長領域の蛍光強度／試料で反射した近赤外光の強度＝（Ｋｈ１＋Ｋｈ２＋Ｋｈ３）／Ｉｈ４規格化蛍光強度＝波長領域ｈ２の蛍光強度／全波長領域の蛍光強度＝Ｋｈ２／（Ｋｈ１＋Ｋｈ２＋Ｋｈ３）同様の処理を全ての区画に関して実施することにより２
つの特徴量である蛍光収率および規格化蛍光強度を画像
データとして求めることができる。

【００５７】また、前記試料で反射した近赤外光の強度
の替りに試料で反射した励起光の強度を用いて蛍光収率
を求める場合には、図１に示される励起光カットフィル
タ２４を取り除き、モザイクフィルタの各区画のｈ４フ
ィルタを４１０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過させる
（励起光Ｌｅを透過し蛍光Ｋｅを遮断する）特性を備え
たフィルタに交換することにより、上記と同様に蛍光収
率を求めることができる。なお、この場合は近赤外光用
の光源等は不要となる。

【００５８】上記のようにして求められた２つの特徴量
に基づく画像データは、上記実施の形態と同様の方式に
より２つの特徴量に関する閾値の設定および論理演算に
よる識別等の処理が施されることにより、各種疾患に伴
う組織状態の診断に供する情報を提供することができ
る。その他の構成および作用は上記実施の形態と同様で
ある。

【００５９】また、前記閾値および論理演算の内容は識
別する目的によって設定を変更することができ、蛍光強
度あるいは規格化蛍光強度を２値化するそれぞれの閾
値、および２値蛍光画像データと２値規格化蛍光画像デ
ータの論理演算の設定内容を患者群、例えば男女の性
別、年齢、疾患の種類等に応じて変更することにより
癌、異形成、炎症、潰瘍等のような各種疾患に伴う組織
状態の様々な状態を識別することも可能である。

【００６０】また、上記実施の形態では、蛍光画像用の
撮像素子と通常画像用の撮像素子とを備えた形態を示し
ているがＢＴ−ＣＣＤ（背面露光ＣＣＤ）のような素子
を先端に備え、素子上のモザイクフィルタと照明のタイ
ミングの切換えによって、通常画像と蛍光画像とを撮像
する方式にも適用できる。

【００６１】さらに、前記特徴量は自家蛍光の強度また
は蛍光収率と、規格化強度との組合わせに限らず識別す
る目的によって設定を変更することもでき、さらに３種
類以上の特徴量を適用することもできる。

【００６２】また、上記実施の形態では特徴量を２値化
した例を示したが特徴量を３値以上に多値化することも
できる。ただし、この場合は多値化したデータの論理演
算の方式の規定も新たに設定する必要がある。

【００６３】また、上記実施の形態では、本発明による
蛍光診断装置の内視鏡への適用例を説明したが、本発明
による蛍光診断装置は手術用顕微鏡およびコルポスコー
プ等に適用することもできる。

【００６４】上記のように、本発明の実施の形態によれ
ば、自家蛍光の強度から取得された複数の特徴量を組み
合わせてデータ処理を行うことにより、各種疾患に伴う
組織状態の変化を高い識別能で識別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による蛍光内視鏡の概略構
成図

【図２】各波長領域をを示す図

【図３】モザイクフィルタを示す図

【図４】通常像の撮像と蛍光像の撮像とのタイミングを
示すタイミングチャート図

【図５】（ａ）モザイクフィルタの拡大図（ｂ）モザイクフィルタの１区画の拡大図

【図６】（ａ）蛍光画像データＺＫの図（ｂ）２値蛍光画像データＺＮの図

【図７】（ａ）規格化蛍光画像データＺＫＫの図（ｂ）２値規格化蛍光画像データＺＫＮの図

【図８】論理演算の内容を示す図

【図９】論理演算の論理を示す図

【図１０】識別の実験の具体的な内容を示す図

【符号の説明】

１試料１７励起光源１９白色光光源３００画像取込部４００特徴取得部５００識別部Ｗｈ白色光Ｌｅ励起光Ｋｅ蛍光ＫＫ規格化蛍光画像データＺＫ蛍光画像データＺＮ２値蛍光画像データＫＮ２値規格化蛍光画像データ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月９日（１９９９．８．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【図３】

【図９】

【図１】

【図４】

【図５】

【図８】

【図６】

【図７】

【図１０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G043 AA06 CA05 EA01 FA01 GA06 GB21 HA05 KA02 KA03 LA03 NA01 4C061 AA00 BB02 CC06 DD00 FF46 HH51 LL02 LL08 NN01 NN05 QQ02 QQ04 QQ09 RR05 RR26 SS11 SS21 WW02 WW14 WW17 XX02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蛍光を発する生体内在色素の励起波長領
域にある励起光を生体の診断部位に照射する励起光照射
手段と、前記励起光の照射により前記診断部位の前記生
体内在色素から発生する自家蛍光の強度を検出する検出
手段と、前記検出手段で検出された強度から複数の特徴
量を取得する特徴量取得手段と、前記複数の特徴量に基
づいて診断部位の識別を行う識別手段とを備えてなるこ
とを特徴とする蛍光診断装置。
【請求項２】前記複数の特徴量が、前記自家蛍光の強
度または蛍光収率と、前記自家蛍光の強度を規格化した
規格化強度との組み合わせであることを特徴とする請求
項１記載の蛍光診断装置。
【請求項３】前記規格化が、前記自家蛍光の短波長成
分の強度を前記自家蛍光の全波長成分の強度で除算した
ものであることを特徴とする請求項２記載の蛍光診断装
置。
【請求項４】前記識別が、前記複数の特徴量それぞれ
を多値化し、多値化した値を論理演算して行われるもの
であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記
載の蛍光診断装置。
【請求項５】前記自家蛍光の強度の検出、前記複数の
特徴量の取得および前記識別がそれぞれ画素毎に行われ
ることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の
蛍光診断装置。