JP2001078205A

JP2001078205A - 微弱光カラー撮像装置

Info

Publication number: JP2001078205A
Application number: JP24764999A
Authority: JP
Inventors: Chikayoshi Takeyama; 周良竹山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ガン細胞に蓄積された光感受性物質からの微
弱な蛍光を鮮明に撮像できる微弱光カラー撮像装置を提
供する。【解決手段】本発明にかかる微弱光カラー撮像装置
は、被写体Ａを照明する白色光源２１と、被写体Ａに励
起光を照射する励起光源２２と、被写体Ａからの微弱光
の赤、緑および青の各波長成分をそれぞれ透過させるＲ
ＧＢフィルタ３３と、ＲＧＢフィルタ３３を透過した被
写体Ａからの微弱光の各波長成分の光強度を増強する光
増強管３５と、増強された被写体Ａからの各波長成分の
画像を撮像するＣＣＤカメラ３７と、撮像された各波長
成分の画像信号をそれぞれ記憶するＲＧＢフレームメモ
リ４１と、ＲＧＢフレームメモリ４１に記憶された各波
長成分の画像信号を重畳し、カラー画像信号に走査変換
する走査変換器４４と、カラー画像信号をカラー画像と
して表示するモニタ２７とを備え、ＲＧＢフィルタ３３
が被写体Ａからの微弱光の赤の波長成分を緑および青の
波長成分よりも多く透過させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体からの微弱
な光を撮像する微弱光カラー撮像装置において、特に被
写体からの微弱光の赤の波長成分を強調して撮像するこ
とを特徴とする微弱光カラー撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、正常細胞よりもガン細胞に高く蓄
積される光感受性物質を生体に注射し、特有の波長の光
に光感受性物質が励起されることにより蛍光を発生する
性質を利用したガン細胞の光線力学的診断法（ＰＤＤ）
や、特有の波長の光に光感受性物質が励起されることに
より一重項酸素を発生してガン細胞を破壊する性質を利
用した光線力学的治療法（ＰＤＴ）が新たなガンの診断
方法および治療法として注目を集めている。

【０００３】ＰＤＤおよびＰＤＴにおける光感受性物質
としては、ヘマトポルフィリン誘導体（ＨｐＤ）が多く
利用されている。ＨｐＤを利用したＰＤＤについて説明
すると、ＨｐＤは波長４０５ｎｍの励起光を照射するこ
とにより波長６３０ｎｍと６９０ｎｍにピークを持つ蛍
光を発する。このため、ＨｐＤを蓄積させたガン細胞と
その周辺に波長４０５ｎｍの励起光を照射すると、Ｈｐ
Ｄがより多く蓄積されているガン細胞では波長６３０ｎ
ｍと６９０ｎｍにピークを持つ蛍光を発生するが、Ｈｐ
Ｄがほとんど蓄積されていない正常細胞は蛍光を発生し
ない。この蛍光を検出し、ガン細胞の部位を診断する方
法がＰＤＤである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガン細
胞からの蛍光は非常に弱く、早期ガンにおいては特に微
弱な蛍光しか発しない。そのため、ＰＤＤにおける蛍光
画像の撮像には光強度を増強するイメージインテンシフ
ァイア（Ｉ．Ｉ．）と呼ばれる光増強管が用いられてい
る。ところが、光増強管を用いると波長情報が失われて
しまうため、ガン細胞周辺から得られた光強度の画像か
らは、画像のどの部分がガン細胞からの波長６３０ｎｍ
と６９０ｎｍにピークを持つ蛍光を示しているのか、そ
れともその他の物質からの他の波長を持つ反射光や蛍光
を示しているのか判別することが難しくなる。このた
め、ガン細胞周辺の画像をカラーで且つ動画で撮像し、
ガン細胞周辺の状態とガン細胞からの蛍光を同時に視認
できる装置の開発の要求が高まっている。

【０００５】カラーで画像を得るためにはカラーカメラ
を用いれば良いが、ガン細胞からの蛍光のように微弱な
光の画像を撮像するするためには、通常のカラーカメラ
を用いることはできない。従来の微弱光カラー撮像装置
としては、冷却ＣＣＤカラーカメラや天文用３ＣＣＤカ
ラーカメラなどがあるが、冷却ＣＣＤカラーカメラでは
静止画像しか得ることができず、天文用３ＣＣＤカラー
カメラは装置が大きく、且つ高価であるため、汎用の装
置に用いるとその装置が非常に大型で高価になってしま
うといった問題点がある。

【０００６】また、従来の技術として、被写体に照明光
を照射したときの画像と被写体に励起光を照射したとき
の画像とを別々に撮像し、スーパーインポーズすること
により、被写体周辺およびガン細胞からの蛍光の画像を
一つの画像とし、この画像を繰り返し撮像し表示するこ
とで動画を得て被写体を観察する手法がある。しかし、
この手法は厳密には同一時点での照明光および励起光を
照射した被写体を撮像していないためため、ＰＤＴにお
けるガン細胞の死滅による蛍光の消失などをリアルタイ
ムに観察することが不可能であるといった問題点があ
る。

【０００７】そこで本発明では、検出器一つで安価に構
築でき、リアルタイムの動画像を得ることが可能で、特
にガン細胞に蓄積された光感受性物質からの蛍光を鮮明
に撮像できる微弱光カラー撮像装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の微弱光カラー撮像装置は、被写体に励起光を
照射することにより蛍光を発生させる励起手段と、被写
体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分をそれぞ
れ透過させるフィルタ手段と、フィルタ手段を透過した
被写体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分の光
強度を増強する増強手段と、増強された被写体からの光
の赤、緑および青の各波長成分の画像を撮像する撮像手
段と、撮像された赤、緑および青の各波長成分の画像を
それぞれ記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された
赤、緑および青の各波長成分の画像信号を重畳し、カラ
ー画像信号に変換する変換手段と、カラー画像信号をカ
ラー画像として表示するモニタ手段とを備え、フィルタ
手段が被写体からの微弱光の赤の波長成分を緑および青
の波長成分よりも多く透過させることを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、被写体からの微弱光の光
強度を増強してリアルタイムに撮像することができる。
また、微弱光の赤、緑および青の波長成分の画像を、例
えば、テレビの垂直同期信号に同期してそれぞれ別々に
撮像し、重畳することによって単一のカラー画像を得る
ことができる。また、被写体からの微弱光の赤、緑およ
び青の各波長成分のうち、赤の波長成分を多く含んだ画
像を撮像するため、赤の波長成分に含まれるガン細胞か
らの蛍光が強調して撮像されたカラー画像を得ることが
できる。

【００１０】また、本発明の微弱光カラー撮像装置は、
フィルタ手段が被写体からの微弱光の前記赤の波長成分
を青および緑の波長成分よりも長時間透過させることに
よって、赤の波長成分を青および緑の波長成分よりも多
く透過させることを特徴とする。本発明によれば、上記
発明と同様に、被写体からの微弱光の赤、緑および青の
各波長成分のうち、赤の波長成分を多く含んだ画像を撮
像するため、赤の波長成分に含まれるガン細胞からの蛍
光が強調して撮像されたカラー画像を得ることができ
る。

【００１１】また、本発明の微弱光カラー撮像装置は、
フィルタ手段が被写体からの微弱光の赤の波長成分を緑
および青の波長成分より高い透過率で透過させることを
特徴としてもよい。本発明によれば、上記発明と同様
に、被写体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分
のうち、赤の波長成分を多く含んだ画像を撮像するた
め、赤の波長成分に含まれるガン細胞からの蛍光が強調
して撮像されたカラー画像を得ることができる。

【００１２】また、本発明の微弱光カラー撮像装置は、
フィルタ手段が更に赤外域の波長成分を透過することを
特徴としてもよい。本発明によれば、被写体からの微弱
光が赤外域の波長成分を含んでいたとしても、それを撮
像することが可能であるため、赤外域の波長情報を含ん
だ画像を得ることができる。特に、ガン細胞に蓄積され
ている光感受性物質が赤外域の波長の蛍光を発するとき
でも、その蛍光を含んだ画像を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。なお、図面の説明におい
て、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。

【００１４】図１から図７を参照して本発明にかかる第
一実施形態について説明する。第一実施形態の概略図を
図１に示す。この第一実施形態は本発明の微弱光カラー
撮像装置を内視鏡１１に適用した装置となっている。図
１に示すように、第一実施形態の微弱光カラー撮像装置
は、被写体Ａに対面した３種類の光源２１，２２および
２３を有する内視鏡１１と、内視鏡１１により導光され
た被写体Ａからの微弱光を赤、緑および青の各波長成分
毎に増強し撮像するカメラボックス３と、撮像された各
波長成分の画像信号を演算して一つの画像を得るＲＧＢ
コントロールユニット４と、得られた画像を表示・記録
するモニタ２７、ＶＴＲ２８およびパソコン２９と、そ
の他付随する装置類とを備えている。

【００１５】ところで、第一実施形態において、微弱光
カラー撮像装置でガン細胞である被写体Ａを撮像したい
場合、内視鏡１１を生体内に挿入した状態で内視鏡１１
の先端が被写体Ａに対面していなければならない。その
ため、まず内視鏡１１をカラーカメラ１２に接続し、被
写体Ａの位置探索を行う。図１に示すように、内視鏡１
１は白色光源２１（Ｘｅランプ）を有しており、白色光
源２１からの照明はライトガイド（図示せず）により内
視鏡１１先端に導かれ、生体内部を照明する。カラーカ
メラ１２は、OES TV SYSTEM１３を介してモニタ２７に
接続されている。これにより、内視鏡１１が対面してい
る生体内部の画像がモニタ２７に映し出される。操作者
は内視鏡１１を適宜操作し、モニタ２７に映し出される
画像によって被写体Ａを探索する。被写体Ａを発見した
ら、内視鏡１１をカメラボックス３の内視鏡１１の接続
部位にワンタッチ接続する。これにより、内視鏡１１は
被写体Ａに対面し、対面している被写体Ａからの微弱光
は、内視鏡１１の有するイメージガイド（図示せず）に
よりカメラボックス３に導かれる。その後、第一実施形
態における微弱光カラー撮像装置により、被写体Ａの観
察を行う。ただし、生体にはあらかじめ光感受性物質で
あるヘマトポルフィリン誘導体（ＨｐＤ）が注入されて
いるとする。

【００１６】次に、内視鏡１１の構成について説明す
る。図１に示すように、内視鏡１１は、前述した内視鏡
１１が具備するライトガイド（図示せず）により照明光
を被写体Ａに照射する白色光源２１と、光線力学的診断
（ＰＤＤ）に適用され、励起光を照射することによりＨ
ｐＤ特有の蛍光を発生させる励起光源２２（Ｈｇ−Ｘｅ
ランプ）と、光線力学的治療（ＰＤＴ）に適用され、治
療光を照射することによりガン細胞を死滅させる治療用
光源２３（エキシマダイレーザ）とを有している。これ
らからの光は、内視鏡１１に付属されている鉗子口１１
ａに挿入された、コネクタ付きファイバ１１ｂによって
導光され、被写体Ａに照射される。

【００１７】図２に、ＨｐＤを注入したガン細胞を有す
る生体に、励起光を照射した際の部位別のＨｐＤの蛍光
スペクトルを示す。図示のように、ガン細胞（腫瘍）は
ＨｐＤを選択的に蓄積するため、ＨｐＤ特有の波長６３
０ｎｍおよび６９０ｎｍにピークを持つ蛍光を発生して
いる。これに対し、ＨｐＤの蓄積量が少ないガン細胞周
辺では、ガン細胞よりも強度の低いＨｐＤの蛍光を発生
している。正常細胞は、ＨｐＤをほとんど蓄積しないた
め、ＨｐＤの蛍光をほとんど発していない。この様に、
ガン細胞に選択的に蓄積されるＨｐＤの特性を利用し、
ＨｐＤ特有の波長の蛍光を検出することによりガンの診
断を行う診断方法がＰＤＤである。本発明の第一実施形
態では、後述するように、励起光源２２によって被写体
Ａに励起光を照射し、ＨｐＤの蛍光を微弱光カラー撮像
装置で撮像し、観測者が蛍光を視認することにより、被
写体Ａ周辺におけるガン細胞の診断、つまりＰＤＤを行
うことが可能である。また、ガン細胞の位置を確認でき
たときは、励起光源２２を治療用光源２３と交換してガ
ン細胞に治療光を照射することにより、その場でＰＤＴ
を行うことも可能である。

【００１８】次に、カメラボックス３の構成について説
明する。図１に示すように、被写体Ａからの微弱光は、
内視鏡１１によってカメラボックス３に導かれる。カメ
ラボックス３は、励起光源２２を使用している際に被写
体Ａから反射・散乱された励起光成分を除去する励起光
カットフィルタ３１と、被写体Ａからの微弱光を集光す
る結合レンズ３２と、集光された被写体Ａからの微弱光
の赤、緑および青の各成分を別々に透過させるＲＧＢフ
ィルタ３３と、ＲＧＢフィルタ３３を回転させる回転モ
ータ３４と、ＲＧＢフィルタ３３を透過した光を増強す
る光増強管３５と、光増強管３５によって増強された光
をリレーレンズ３６を介して撮像するＣＣＤカメラ３７
とを有している。

【００１９】励起光カットフィルタ３１はフィルタコン
トローラ２４に接続されており、励起光源２２を使用し
ている際には励起光カットフィルタ３１を内視鏡１１と
結合レンズ３２の間に挿入して被写体Ａからの微弱光に
含まれる励起光成分を除去し、励起光源２２を使用して
いないときは励起光カットフィルタ３１を移動して内視
鏡１１によって導光された被写体Ａからの微弱光が直接
結合レンズ３２に導かれるように制御されている。ま
た、回転モータ３４はＲＧＢフィルタコントローラ２５
に結合されており、後述するように同期信号と同期して
ＲＧＢフィルタ３３が回転するように制御されている。
また、光増強管３５は光増強管電源２６に接続されてお
り、後述するように同期信号に同期して光増強管電源２
６がＯＮ・ＯＦＦすることにより、光増強管３５のゲー
ト機能を動作させるように制御している。

【００２０】図３を参照して、第一実施形態に使用され
るＲＧＢフィルタ３３の波長透過特性について説明す
る。ＲＧＢフィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の
３原色の波長の光をそれぞれ透過するフィルタで構成さ
れている。図３は、ＲＧＢフィルタの入射光の波長に対
する透過率の関係を示した図であり、赤、緑および青の
それぞれ３つのフィルタの波長透過特性を示している。
実線は、通常のＣＣＤカメラに用いる際のＲＧＢフィル
タの波長透過特性を示している。波長が赤、緑および青
と短くなるに連れて透過度が高くなっていることがわか
る。これは、人間の視感度に合わせた画像を得るために
設定された波長透過特性で、得られる画像の色が実際に
人間の目で見る画像の色と一致するように設定されてい
る。一点破線は、第一実施形態で使用する長波長の赤の
成分の透過率を高めたＲＧＢフィルタ３３の波長透過特
性を示している。実線で示された通常のＲＧＢフィルタ
に対し、波長が青、緑および赤と長くなるに連れて透過
率が高くなっていることがわかる。そのため、得られる
画像は長波長側、特に赤色の成分が強いものとなる。ま
た、長波長側に点線で示されている特性は、一点破線で
示されたＲＧＢフィルタ３３において、赤外域の波長の
光も透過させるようにしたＲＧＢフィルタ３３の波長透
過特性を示している。赤外域の波長の光も透過するよう
にすることで、ＣＣＤカメラ３７で撮像された画像に赤
外域の光の情報が含まれるようになる。

【００２１】図４を参照して、ＲＧＢフィルタ３３の構
成について説明する。図４（ａ）は、ＲＧＢフィルタ３
３である円盤を４分割にして用いる実施例を示してい
る。分割されたそれぞれの領域は、図３において点線で
示した波長透過特性を持つ赤外域までの赤の波長成分を
透過するExtended Red（Ext. R）領域３３ａと、図３に
おいて一点破線で示した波長透過特性を持つ赤の波長成
分を透過するＲ領域３３ｂと、緑の波長成分を透過する
Ｇ領域３３ｃと、青の波長成分を透過するＢ領域３３ｄ
とで構成されている。このＲＧＢフィルタ３３を等速度
で回転させ、ある一定の位置で光を透過させると、光は
それぞれの領域の波長透過特性に応じた波長成分のみに
時系列的に分光される。なお、図４（ａ）のＲＧＢフィ
ルタ３３では、Ext. R領域３３ａおよびＲ領域３３ｂが
ＲＧＢフィルタ３３の半分の領域を占めているため、緑
および青の波長成分よりも長時間赤の波長成分を透過さ
せることになる。さらに、ＲＧＢフィルタ３３は、図３
に示した長波長側の波長成分を高い透過率で透過させる
ため、通常のＲＧＢフィルタよりも長波長側の波長成
分、特に赤の波長成分の光を多く透過させる。

【００２２】図４（ｂ）は、ＲＧＢフィルタ３３である
円盤を３分割にして用いる実施例を示している。分割さ
れたそれぞれの領域は、図３において点線で示した波高
透過特性を持つ赤外域までの赤の波長成分を透過するEx
t. R領域３３ａと、図３において一点破線で示した波長
透過特性を持つ緑の波長成分を透過するＧ領域３３ｃ
と、青の波長成分を透過するＢ領域３３ｄとで構成され
ている。図４（ｂ）のＲＧＢフィルタ３３も図４（ａ）
と同様に用いられ、ＲＧＢフィルタ３３を透過する光を
それぞれの領域の波長透過特性に応じた波長成分のみに
時系列的に分光することができる。また、ＲＧＢフィル
タ３３は、図３に示した長波長側の波長成分を高い透過
率で透過させるため、通常のＲＧＢフィルタよりも長波
長側の波長成分、特に赤の波長成分の光を多く透過させ
る。なお、図４（ａ）および（ｂ）に三角形で示された
印は、後述するようにＲＧＢフィルタ３３を回転モータ
３４によって同期信号に同期して回転させるときの頭出
しの位置を示したものである。

【００２３】図５を参照して、第一実施形態で使用され
る光増強管３５の波長増強特性について説明する。第一
実施形態で用いる光増強管３５は、赤外域の長波長の光
まで感度を広げたもので、図示のように、波長１００ｎ
ｍから９００ｎｍの光に対して十分なゲインを有してい
る。そのため、ＲＧＢフィルタ３３を透過した赤外から
青までの各波長成分の光を増強することが可能である。

【００２４】次に、ＲＧＢコントロールユニット４の構
成について説明する。図１に示すように、ＣＣＤカメラ
３７によって撮像された各波長成分の画像信号は、ＲＧ
Ｂコントロールユニット４に送られる。ＲＧＢコントロ
ールユニット４は、通信制御装置（ＣＣＵ）４１と、Ｃ
ＣＤカメラ３７からの画像信号を記憶するＲＧＢフレー
ムメモリ４２と、画像信号の雑音を除去して画質を改善
する画質改善装置４３と、画質改善装置４３によって画
質を改善された画像信号を、後述するようにそれぞれ画
像を取り込む媒体に応じた画像信号に走査変換する走査
変換器４４とを有している。

【００２５】ＣＣＵ４１は、第一実施形態における微弱
光カラー撮像装置を６０Ｈｚのテレビの垂直同期信号
（ＶＤ）に同期させて作動させるための制御装置であ
る。ＣＣＵ４１は、ＲＧＢフィルターコントローラ２５
に頭出し信号を送り、図４に三角形で印されたＲＧＢフ
ィルタ３３の頭出し位置が、頭出し信号に同期して回転
するように制御している。また、光増強管電源２６に光
増強管ゲート信号を送り、光増強管電源２６をＯＮ・Ｏ
ＦＦさせることにより光増強管３５のゲート機能を動作
させ、ＲＧＢフィルタ３３の回転に応じて図４に示した
Ext. R領域３３ａ、Ｒ領域３３ｂ、Ｇ領域３３ｃおよび
Ｂ領域３３ｄを透過する有効な光成分のみを増強するよ
うに制御している。つまり、図４における分割された領
域と領域の境界部分においては、両方の領域を透過した
光の成分が混在している可能性があるため、領域と領域
の境界部分を透過した光は無効な成分として光増強管３
５のゲート機能により排除し、各フィルタ中央部分を透
過した光のみを有効成分とし、光増強管３５によって増
強している。

【００２６】ＣＣＵ４１は、さらに、ＲＧＢコントロー
ルユニット４におけるＲＧＢフレームメモリ４２および
走査変換器４４を制御している。ＲＧＢフレームメモリ
４２は、ＣＣＤカメラ３７が時系列的に撮像した赤外を
含む赤、赤、緑および青の波長成分の各画像信号をＣＣ
Ｕ４１から送られてくるＣＣＤ電荷読み出し信号に同期
してそれぞれ読み出すように制御されており、読み出し
た各画像信号はそれぞれ対応したビデオフレームメモリ
（ＶＦＭ）に記憶される。走査変換器４４は、ＲＧＢフ
レームメモリ４２に記憶されいる赤外を含む赤、赤、緑
および青の波長の各画像信号を画質改善装置４３を介し
て読み出し、１画面のカラー画像として演算する。そし
て、ＣＣＵ４１からの（Ext. R＋Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）読み出し
信号に同期して、それぞれ画像を取り込む媒体に応じた
画像信号に走査変換する。図１に示すように、第一実施
形態において、画像を取り込む媒体はモニタ２７、ＶＴ
Ｒ２８およびパソコン２９である。モニタ２７が取り込
む画像信号はＮＴＳＣ方式に、ＶＴＲ２８が取り込む画
像信号はＹ／Ｃ信号に、パソコンが取り込む画像信号は
ＲＧＢ信号にと画像信号がそれぞれ走査変換される。こ
こで、パソコン２９は変換されたＲＧＢ信号をインター
フェース回路（Ｉ／Ｆ）２９ａを介して取り込んでい
る。

【００２７】次に、図１および図６を参照して、第一実
施形態における微弱光カラー撮像装置の作用について説
明する。

【００２８】図６は、６０ＨｚのＶＤ信号に同期して、
赤外を含む赤、赤、緑および青の各波長成分の画像が取
り込まれ、各画像が演算されて１つのカラー画像を得る
までの動作を各信号毎に図中（Ａ）〜（Ｏ）で示したタ
イミングチャートである。被写体Ａは、白色光源２１の
みで照明され、励起光源２２および治療用光源２３は消
灯しているとする。被写体Ａからの微弱光は、内視鏡１
１によってカメラボックス３に導光され、結合レンズ３
２によって集光される（このとき、励起光カットフィル
タ３１はフィルタコントローラ２４に制御されることに
よって、内視鏡１１と結合レンズ３２の間から移動して
いる）。集光された微弱光はＲＧＢフィルタ３３に入射
し、透過される。ここで、ＲＧＢフィルタ３３は、図４
（ａ）に示す４分割されたフィルタを使用するとする。

【００２９】図６の時点ｔ₁において、（Ａ）に示す頭
出し信号が立ち上がり、これと同期して図４に三角形で
示された頭出し位置からＲＧＢフィルタ３３が回転す
る。時点ｔ₁からｔ₂の期間において、（Ｃ）に示すよう
に回転しているＲＧＢフィルタ３３のExt. R領域３３ａ
を微弱光が透過する。透過した微弱光の赤外を含む赤の
波長成分は、光増強管３５に入射するが、（Ｄ）に示す
ように光増強管３５のゲート機能により、Ext. R領域３
３ａを透過する有効成分のみが光増強管３５によって増
強される。光増強管３５によって増強された赤外を含む
赤の波長成分の光は、ＣＣＤカメラ３７によって撮像さ
れ、画像信号に対応する電荷が蓄積される。

【００３０】時点ｔ₂において、（Ｅ）に示すようにＣ
ＣＤ電荷読み出し信号が立ち上がり、これによってＣＣ
Ｄカメラ３７に蓄積されていた赤外を含む赤の波長成分
の画像信号に対応する電荷が、ＲＧＢコントロールユニ
ット３のＲＧＢフレームメモリ４２に出力される。時点
ｔ₂からｔ₃の期間において、（Ｃ）に示すように回転し
ているＲＧＢフィルタ３３のＲ領域３３ｂを微弱光が透
過する。透過した微弱光のＲ波長成分は、光増強管３５
に入射するが、（Ｄ）に示すように光増強管３５のゲー
ト機能により、Ｒ領域３３ｂを透過する有効成分のみが
光増強管３５によって増強される。光増強管３５によっ
て増強された赤の波長成分の光は、ＣＣＤカメラ３７に
よって撮像され、画像信号に対応する電荷が蓄積され
る。ＲＧＢフレームメモリ４２に出力された赤外を含む
赤の波長成分の画像信号は、（Ｆ）に示すようにＲＧＢ
フレームメモリ４２のExt. RＶＦＭに書き込まれる。Ex
t. RＶＦＭに書き込まれた赤外を含む赤の波長成分の画
像信号は、画像改善装置４３によって光増強管３５によ
る光の増強で発生する特有の雑音成分を除去される。そ
して、（Ｍ）に示すように走査変換器４４の演算部（図
示せず）に入力される。

【００３１】時点ｔ₃において、（Ｇ）に示すようにＣ
ＣＤ電荷読み出し信号が立ち上がり、これによってＣＣ
Ｄカメラ３７に蓄積されていた赤の波長成分の画像信号
に対応する電荷が、ＲＧＢコントロールユニット３のＲ
ＧＢフレームメモリ４２に出力される。時点ｔ₃からｔ₄
の期間において、（Ｃ）に示すように回転しているＲＧ
Ｂフィルタ３３のＧ領域３３ｃを微弱光が透過する。透
過した微弱光の緑の波長成分は、光増強管３５に入射す
るが、（Ｄ）に示すように光増強管３５のゲート機能に
より、Ｇ領域３３ｃを透過する有効成分のみが光増強管
３５によって増強される。光増強管３５によって増強さ
れた緑の波長成分の光は、ＣＣＤカメラ３７によって撮
像され、画像信号に対応する電荷が蓄積される。ＲＧＢ
フレームメモリ４２に出力された赤の波長成分の画像信
号は、（Ｈ）に示すようにＲＧＢフレームメモリ４２の
ＲｅｄＶＦＭに書き込まれる。ＲｅｄＶＦＭに書き込ま
れた赤の波長成分の画像信号は、画像改善装置４３によ
って光増強管３５による光の増強で発生する特有の雑音
成分を除去される。そして、（Ｍ）に示すように走査変
換器４４の演算部に入力され、先に入力されていた赤外
を含む赤の波長成分の画像信号と重畳される。

【００３２】時点ｔ₄において、（Ｉ）に示すようにＣ
ＣＤ電荷読み出し信号が立ち上がり、これによってＣＣ
Ｄカメラ３７に蓄積されていた緑の波長成分の画像信号
に対応する電荷が、ＲＧＢコントロールユニット３のＲ
ＧＢフレームメモリ４２に出力される。時点ｔ₄からｔ₅
の期間において、（Ｃ）に示すように回転しているＲＧ
Ｂフィルタ３３のＢ領域３３ｄを微弱光が透過する。透
過した微弱光の青の波長成分は、光増強管３５に入射す
るが、（Ｄ）に示すように光増強管３５のゲート機能に
より、Ｂ領域３３ｄを透過する有効成分のみが光増強管
３５によって増強される。光増強管３５によって増強さ
れた青の波長成分の光は、ＣＣＤカメラ３７によって撮
像され、画像信号に対応する電荷が蓄積される。ＲＧＢ
フレームメモリ４２に出力された緑の波長成分の画像信
号は、（Ｊ）に示すようにＲＧＢフレームメモリ４２の
ＧｒｅｅｎＶＦＭに書き込まれる。ＧｒｅｅｎＶＦＭに
書き込まれた緑の波長成分の画像信号は、画像改善装置
４３によって光増強管３５による光の増強で発生する特
有の雑音成分を除去される。そして、（Ｍ）に示すよう
に走査変換器４４の演算部に入力され、先に入力されて
いた赤外を含む赤および赤の波長成分の画像信号と重畳
される。

【００３３】この時点で、ＲＧＢフィルタ３３は１回転
し、すべての波長成分の画像がＣＣＤカメラ３７によっ
て撮像される。そして、後述するように撮像されたすべ
ての画像信号を読み出すことによって１つのカラー画像
を得ることができる。このように、（Ｂ）に示すビデオ
信号ＶＤの４クロックで１つのカラー画像が作成される
ため、１５Ｈｚで変化するカラー画像が得られる。ま
た、これ以降、図６に示す（Ａ）から（Ｄ）の動作は、
時点ｔ₁からの繰り返しになり、これに応じてＣＣＤ電
荷の読み出し等の動作も繰り返しになるため説明を省略
する。

【００３４】時点ｔ₅において、（Ｋ）に示すようにＣ
ＣＤ電荷読み出し信号が立ち上がり、これによってＣＣ
Ｄカメラ３７に蓄積されていた青の波長成分の画像信号
に対応する電荷が、ＲＧＢコントロールユニット３のＲ
ＧＢフレームメモリ４２に出力される。時点ｔ₅からｔ₆
の期間において、ＲＧＢフレームメモリ４２に出力され
た青の波長成分の画像信号は、（Ｌ）に示すようにＲＧ
Ｂフレームメモリ４２のＢｌｕｅＶＦＭに書き込まれ
る。ＢｌｕｅＶＦＭに書き込まれた青の波長成分の画像
信号は、画像改善装置４３によって光増強管３５による
光の増強で発生する特有の雑音成分を除去される。そし
て、（Ｍ）に示すように走査変換器４４の演算部に入力
され、先に入力されていた赤外を含む赤、赤および緑の
波長成分の画像信号と重畳される。ここで、走査変換器
４４の演算部には赤、赤、緑および青の波長成分の画像
信号が重畳された（Ext. R＋Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）画像信号が記
憶されている。

【００３５】時点ｔ₆において、（Ｎ）に示すように（E
xt. R＋Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）読み出し信号が立ち上がり、走査
変換器４４の演算部に記憶されている（Ext. R＋Ｒ＋Ｇ
＋Ｂ）画像信号が読み出される。このとき、走査変換器
４４は、接続されている画像を取り込む媒体に応じて、
（Ext. R＋Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）画像信号を走査変換する。例え
ば、モニタ２７が取り込む画像信号はＮＴＳＣ方式に変
換される。このとき、走査変換器４４は、ＮＴＳＣ方式
の画像信号に対応するように（Ext. R＋Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）画
像信号を、図６の（Ｏ）に示されるＯｄｄあるいはＥｖ
ｅｎのインターレース走査するため画像信号に変換す
る。図１に示すように、第一実施形態において、画像を
取り込む媒体にはモニタ２７以外に、ＶＴＲ２８および
パソコン２９がある。走査変換器４４は、（Ext. R＋Ｒ
＋Ｇ＋Ｂ）画像信号をモニタ２７が取り込む画像信号は
ＮＴＳＣ方式に、ＶＴＲ２８が取り込む画像信号はＹ／
Ｃ信号に、パソコンが取り込む画像信号はＲＧＢ信号に
とそれぞれ走査変換する。ここで、パソコン２９は変換
されたＲＧＢ信号をインターフェース回路（Ｉ／Ｆ）２
９ａを介して取り込んでいる。

【００３６】取り込まれた画像は、モニタ２７などによ
って表示され、観測者が被写体Ａのカラー画像を観測す
ることができる。ただし、第一実施形態の微弱光カラー
撮像装置は、人間が目で見る画像のよりも高い割合で赤
（および赤外）の波長成分を撮像しているため、得られ
る画像は赤色の強度が強い画像となる。

【００３７】ところで、第一実施形態において、励起光
源２２をガン細胞である被写体Ａに照射した場合、被写
体Ａからは波長６３０ｎｍと６９０ｎｍにピークを持つ
ＨｐＤの蛍光が発生する。このとき、被写体Ａを第一実
施形態の微弱光カラー撮像装置で撮像する場合について
説明する。ただし、白色光源２１も励起光源２２と共に
被写体Ａに照射し、被写体Ａの周辺の様子と蛍光発光の
様子とを同時に観察する。

【００３８】励起光源２２を用いた場合の第一実施形態
の作用について説明する。内視鏡１１によってカメラボ
ックス３に導かれた被写体Ａからの微弱光は、励起光カ
ットフィルタ３１によって微弱光に含まれる励起光成分
がカットされる。そして、励起光成分がカットされた微
弱光は、結合レンズ３２によってＲＧＢフィルタ３３に
入射・透過される。この後の作用は、前述した第一実施
形態の作用と同様なので説明を省略する。

【００３９】第一実施形態の微弱光カラー撮像装置で撮
像された被写体Ａからの波長６３０ｎｍおよび６９０ｎ
ｍの蛍光は、赤外を含む赤および赤の波長成分に含まれ
るため、強調して撮像される。このため、観測者は、撮
像された画像が表示されるモニタ２７において、被写体
Ａ周辺の様子と共にＨｐＤの蛍光が視認できるようにな
り、ＰＤＤを容易に行うことが可能になる。また、ＰＤ
Ｄによりガン細胞の部位が確定したら、励起光源２２を
治療用光源２３に交換することにより、その場でＰＤＴ
を行うことが可能になる。

【００４０】次に、図７を参照して、ＲＧＢフィルタ３
３に図４（ｂ）のフィルタを用いた場合の第一実施形態
の作用について説明する。図７は、６０ＨｚのＶＤ信号
に同期して、赤外を含む赤、緑および青の各波長成分の
画像が取り込まれ、各画像が演算されて１つのカラー画
像を得るまでの動作を示すタイミングチャートであり、
各信号毎に（Ａ）〜（Ｍ）で示す。（Ａ）から（Ｍ）の
動作は、前述した第一実施形態の作用とほぼ同じである
ので詳細な説明は省略するが、図６と異なる点は、ＲＧ
Ｂフィルタ３３が３分割されているため、図７に示す
（Ｂ）のＶＤ信号３クロック分で赤外を含む赤、緑およ
び青の各波長成分の画像を取り込むことができ、３クロ
ックで１つのカラー画像を得られる点である。つまり、
図４（ｂ）のＲＧＢフィルタ３３を用いた場合、２０Ｈ
ｚで変化するカラー画像が得られる。前述したように、
図４（ａ）のＲＧＢフィルタで３３では、１５Ｈｚのカ
ラー画像が得られるため、画質の点では図４（ｂ）のＲ
ＧＢフィルタ３３を用いた場合の方が良いことがわか
る。しかし、図４（ａ）のＲＧＢフィルタ３３を用いた
場合の方が、赤外を含む赤および赤の波長成分を長時間
撮像するため、赤の波長成分をより多く含んだカラー画
像を得ることができる。

【００４１】以上のように第一実施形態の微弱光カラー
撮像装置は、被写体ＡからのＨｐＤの蛍光成分を含む微
弱光をカラー且つ動画で撮像することが可能であり、被
写体Ａに含まれたＨｐＤの蛍光が強調して表示された画
像により、被写体Ａ周辺の様子と共にＨｐＤの蛍光を視
認できるカラー画像を得ることができる。

【００４２】次に、図８を参照して、本発明の第二実施
形態について説明する。

【００４３】図８は、第二実施形態の概略図を示す図で
ある。第二実施形態は、微弱光カラー撮像装置をレンズ
マウントしてマクロ撮像に適用した実施形態であり、例
えば手術などにおいて被写体Ａが眼下にさらされてお
り、被写体Ａを直接撮像できる場合に適用される実施形
態である。ただし、第一実施形態と同様に、生体にはあ
らかじめＨｐＤが注入されているとする。図８に示すよ
うに、第二実施形態の微弱光カラー撮像装置は、２種類
の光源２１および２２と、被写体Ａを所定の倍率で拡大
するズームレンズ１５と、被写体Ａからの微弱光を赤、
緑および青の各波長成分毎に増強し撮像するカメラボッ
クス３と、撮像された各波長成分の画像信号を演算して
一つの画像を得るＲＧＢコントロールユニット４と、得
られた画像を表示・記録するモニタ２７、ＶＴＲ２８お
よびパソコン２９と、その他付随する装置類とを備えて
いる。

【００４４】更に詳細に説明すると、第二実施形態の微
弱光カラー撮像装置は、ガン細胞である被写体Ａに照明
光を照射する白色光源２１と、励起光を照射し被写体Ａ
に蓄積されているＨｐＤを励起させ蛍光を発生させる励
起光源２２を有している。第一実施形態と異なり、被写
体Ａが眼下にさらされているため、白色光源２１からの
照明光をライトガイドなどを介さずに直接被写体Ａに照
射することができる。また、励起光源２２はファイバ導
光され、被写体Ａに励起光が照射されるようになってい
る。

【００４５】また、第二実施形態の微弱光カラー撮像装
置は、被写体Ａから反射散乱されたＨｐＤを励起する励
起光をカットする励起光カットフィルタ１４と、被写体
Ａからの微弱光を所定の倍率に拡大するズームレンズ１
５と、励起光カットフィルタ１４を回転させることによ
り使用する励起光の波長に対応する励起光カットフィル
タにフィルタを交換したり、励起光を照射していない場
合に被写体Ａからの微弱光をフィルタを介さずにズーム
レンズ１５に入射させるように制御するフィルタ交換器
１６と、ズームレンズ１５の拡大倍率を制御するズーム
コントローラ１７とを有している。励起光カットフィル
タ１４は、第一実施形態では図１に示すようにカメラボ
ックス３が具備していたが、第二実施形態ではカメラボ
ックス３の内部ではなく外部に備えられている。

【００４６】更に、第二実施形態の微弱光カラー撮像装
置は、被写体Ａからの微弱光を撮像するカメラボックス
３と、カメラボックス３で撮像された微弱光の赤外を含
む赤、赤、緑および青の各波長成分の画像信号を記憶
し、画像を取り込む媒体に応じた画像信号に変換するＲ
ＧＢコントロールユニット４を備えている。カメラボッ
クス３およびＲＧＢコントロールユニット４内部の構成
は、図１に示す微弱光カラー撮像装置の第一実施形態と
同様である。ただし、前述したように、カメラボックス
３内に具備されていた励起光カットフィルタ３１は、第
二実施形態ではカメラボックス３内部ではなく被写体Ａ
とカメラボックス３との間に配置されている。

【００４７】更に、第一実施形態と同様に、ＲＧＢコン
トロールユニット４内部に具備されているＣＣＵ４１か
ら送られてくる頭出し信号に同期して、カメラボックス
３内部のＲＧＢフィルタ３３の回転を制御するＲＧＢフ
ィルタコントローラ２５と、ＣＣＵ４１から送られてく
る信号に同期して、カメラボックス３内部の光増強管３
５のゲート機能を制御する光増強管電源２６とを備えて
いる。また、撮像した画像信号を取り込む媒体として、
モニタ２７、ＶＴＲ２８およびパソコン２９が備えられ
ている。ここで、パソコン２９はＲＧＢコントロールユ
ニット４で走査変換されたＲＧＢ信号をインターフェー
ス回路２９ａを介して取り込み、画像を表示している。

【００４８】次に、図８を参照して、第二実施形態の微
弱光カラー撮像装置の作用について説明する。まず、被
写体Ａに白色光源２１および励起光源２２を照射する。
被写体ＡからのＨｐＤの蛍光を含む微弱光は、励起光カ
ットフィルタ１４を介してズームレンズ１５に入射す
る。ズームレンズ１５は所定の倍率で微弱光による被写
体Ａの画像を拡大し、カメラボックス３に入射させる。
カメラボックス３以降の作用は第一実施形態と同様であ
るので省略する。

【００４９】以上のように第二実施形態では、本発明に
かかる微弱光カラー撮像装置をレンズマウントし、眼下
にさらされている被写体Ａのマクロ撮像に応用すること
が可能である。そして、被写体ＡからのＨｐＤの蛍光成
分を含む微弱光をカラー且つ動画で撮像することが可能
であり、被写体Ａに含まれたＨｐＤの蛍光を強調して表
示された画像により、被写体Ａ周辺の様子と共にＨｐＤ
の蛍光を視認できるカラー画像を得ることができる。

【００５０】なお、本発明は第一および第二実施形態に
限られるものではない。例えば、ＲＧＢフィルタ３３を
透過した微弱光の有効成分のみをＣＣＤカメラ３７で撮
像したい場合、第一実施形態および第二実施形態では光
増強管３５のゲート機能を利用したが、ＣＣＤカメラ３
７のシャッタ機能を利用して増強された微弱光の有効成
分のみを撮像することも可能である。また、ＶＴＲ２８
は走査変換器４４に接続されていたが、モニタ２７に接
続することによりモニタ２７に表示された画像を取り込
む（録画する）ようにしてもよい。また、第一および第
二実施形態は、赤外域の波長成分の画像も撮像すること
ができるため、励起光の照射により赤外域の波長の蛍光
を発生するＨｐＤ以外の光感受性物質にも対応してＰＤ
Ｄを行うことが可能である。また、本発明の微弱光カラ
ー撮像装置を第二実施形態と同様にレンズマウントし、
顕微鏡に適用してミクロ撮像を行う応用例なども考えら
れる。

【００５１】更に、本発明の第一および第二実施形態に
おいて、被写体に蓄積された光感受性物質からの蛍光の
光強度程度の範囲で、白色光源２１の出力を可変とする
出力可変手段を設けてもよい。図９は、出力可変手段を
有した白色光源２１の構造を示す。図９（ａ）に示すよ
うに、白色光源２１は光源であるＸｅランプ２１ａと、
Ｘｅランプ２１ａを集光する集光レンズ２１ｂと、集光
された光を遮蔽する遮蔽板２１ｃとを具備している。図
９（ｂ）に示すように、遮蔽板２１ｃは縦方向に二等辺
三角形の穴部を有しており、光源２１ａからの光が遮蔽
板２１ｃに入射すると、穴部に入射した光はそのまま通
過し、それ以外の光は遮蔽板２１ｃにより遮蔽される。
そのため、遮蔽板を上下に移動させると、二等辺三角形
の穴部の幅に応じて遮蔽板２１ｃを通過できる光量が変
化する。この図９に示す出力可変手段で白色光源２１か
らの照明光の光強度を適宜調節することによって、光感
受性物質からの蛍光が照明光に埋もれることなく撮像す
ることが可能となるため、得られた画像による蛍光の視
認がより容易に行うことができる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の微
弱光カラー撮像装置によれば、被写体からの微弱光がＲ
ＧＢフィルタを透過し、光増強管で増強されることによ
ってカラーで且つ動画である被写体Ａの画像を撮像する
ことが可能である。

【００５３】また、ＲＧＢフィルタの長波長側、特に赤
（および赤外）の波長成分の透過率を高めたフィルタ用
いたり、赤（および赤外）の波長成分の光を透過するフ
ィルタの面積を緑および青の波長成分の光を透過するフ
ィルタよりも大きくし、長時間赤（および赤外）の波長
成分の光を透過させることによって、赤の波長成分を多
く含んだ被写体の画像を得ることができる。これによ
り、被写体に含まれたＨｐＤの蛍光が強調して撮像され
るため、撮像した画像により視認でＰＤＤを行うことが
可能となる。

【００５４】また、赤外域の波長成分の画像も撮像する
ことができるため、ＨｐＤ以外の光感受性物質で、励起
光の照射により赤外域の波長の蛍光を発生する光感受性
物質にも対応してＰＤＤを行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態にかかる微弱光カラー撮
像装置の概略図を示した図である。

【図２】ＨｐＤを注入したガン細胞を有する生体の各部
位におけるＨｐＤの蛍光強度を示す図である。

【図３】ＲＧＢフィルタの波長透過特性を示す図であ
る。

【図４】（ａ）第一実施形態を構成するＲＧＢフィルタ
の４分割にされたフィルタ構成を示す図である。
（ｂ））第一実施形態を構成するＲＧＢフィルタの３分
割にされたフィルタ構成を示す図である。

【図５】第一実施形態を構成する光増強管の波長に対す
る増強特性を示す図である。

【図６】図４（ａ）のＲＧＢフィルタを使用した場合
の、第一実施形態の作用のタイミングチャートを示す図
である。

【図７】図４（ｂ）のＲＧＢフィルタを使用した場合
の、第一実施形態の作用のタイミングチャートを示す図
である。

【図８】本発明の第二実施形態にかかる微弱光カラー撮
像装置の概略図を示す図である。

【図９】出力可変な白色光源の構造を示す図である。

【符号の説明】

３…カメラボックス、４…ＲＧＢコントロールユニッ
ト、２１…白色光源、２２…励起光源，２３…治療用光
源、２４…フィルタコントローラ、２５…ＲＧＢフィル
タコントローラ、２６…光増強管電源、２７…モニタ、
２８…ＶＴＲ、２９…パソコン、３１…励起光カットフ
ィルタ、３２…結合レンズ、３３…ＲＧＢフィルタ、３
４…回転モータ、３５…光増強管、３６…リレーレン
ズ、３７…ＣＣＤカメラ、４１…ＣＣＵ、４２…ＲＧＢ
フレームメモリ、４３…画質改善装置、４４…走査変換
器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C061 AA00 BB02 CC06 DD00 FF02 LL03 MM03 PP12 QQ04 RR02 RR04 RR14 RR18 RR20 RR26 SS07 WW17 5C054 AA01 AA05 CC02 EA01 EA05 EA07 EE04 FA01 FB05 FC08 GA01 GB02 HA12 5C065 AA04 BB41 DD02 DD26 EE06 EE12 FF07 GG30 GG44 GG49 HH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体からの微弱光をカラーで撮像する
微弱光カラー撮像装置であって、前記被写体に励起光を照射することにより蛍光を発生さ
せる励起手段と、前記被写体からの前記蛍光を含む微弱光の赤、緑および
青の各波長成分をそれぞれ透過させるフィルタ手段と、前記フィルタ手段を透過した前記被写体からの微弱光の
前記赤、緑および青の各波長成分の光強度を増強する増
強手段と、増強された前記被写体からの光の前記赤、緑および青の
各波長成分の画像を撮像する撮像手段と、撮像された前記赤、緑および青の各波長成分の画像信号
をそれぞれ記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記赤、緑および青の各波長
成分の画像信号を重畳し、カラー画像信号に変換する変
換手段と、前記カラー画像信号をカラー画像として表示するモニタ
手段とを備え、前記フィルタ手段が前記被写体からの微
弱光の前記赤の波長成分を前記緑および青の波長成分よ
りも多く透過させることを特徴とする微弱光カラー撮像
装置。
【請求項２】前記フィルタ手段が前記被写体からの微
弱光の前記赤の波長成分を前記青および緑の波長成分よ
りも長時間透過させることによって、前記赤の波長成分
を前記青および緑の波長成分よりも多く透過させること
を特徴とする請求項１記載の微弱光カラー撮像装置。
【請求項３】前記フィルタ手段が前記被写体からの微
弱光の前記赤の波長成分を前記緑および青の波長成分よ
り高い透過率で透過させることによって、前記赤の波長
成分を前記青および緑の波長成分よりも多く透過させる
ことを特徴とする請求項１記載の微弱光カラー撮像装
置。
【請求項４】前記フィルタ手段が更に赤外域の波長成
分を透過することを特徴とする請求項１、請求項２また
は請求項３記載の微弱光カラー撮像装置。