JP2001212071A - パルス光励起蛍光観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス光励起蛍光観察装置において、電荷蓄
積型の蛍光像撮像手段の電荷蓄積期間を最適に設定し
て、Ｓ／Ｎの高い、そして高コントラストの蛍光像を撮
像可能にする。 【解決手段】 蛍光を発する光感受性物質もしくは生体
内在蛍光物質を含んでいる生体の部位１に、該光感受性
物質もしくは生体内在蛍光物質の励起波長領域にある励
起光３をパルス状に照射する励起光照射手段10と、この
パルス状励起光３に対応して前記光感受性物質もしくは
生体内在蛍光物質が発するパルス状蛍光２を検出して生
体の蛍光像を撮像する電荷蓄積型の蛍光像撮像手段18と
を備えてなる蛍光観察装置において、前記蛍光像撮像手
段18による電荷蓄積動作をパルス状蛍光２の発光と同期
して実施するとともに、前記電荷蓄積期間の時間幅を、
前記パルス状蛍光２のパルス幅と等しいか、もしくはそ
れ以下に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光を発する光感
受性物質もしくは生体内在蛍光物質を含んでいる生体部
位に励起光を照射し、そのとき該光感受性物質もしくは
生体内在蛍光物質から発せられる蛍光による画像を撮像
する蛍光観察装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般にＰＤＤ（Photodynamic Dia
gnosis）と称される光力学診断についての研究が種々な
されている。このＰＤＤとは、腫瘍親和性を有し、光に
より励起されたとき蛍光を発する光感受性物質（ATX-S1
0、5-ALA、HAT-D01等）を予め生体の腫瘍部分に吸収・
結合させておき、その部分に光感受性物質の励起波長領
域にある励起光を照射して蛍光を生じさせ、この蛍光に
よる画像を撮像、表示して病変部の局在、浸潤部分を診
断するとともに、その見落としを防止する技術である。

【０００３】またこのＰＤＤの別の形態として、生体由
来の光感受性物質に着目し、その生体内在蛍光物質に励
起光を照射して蛍光（いわゆる自家蛍光）を生じさせ、
同様の診断に応用する技術も知られている。その場合
は、腫瘍組織の自家蛍光スペクトルと正常組織の自家蛍
光スペクトルとが異なることを利用して、腫瘍部の検出
等がなされる。

【０００４】例えば特開昭５９−４０８３０号には、こ
のＰＤＤを行なうための蛍光観察装置が開示されてい
る。この蛍光観察装置は基本的に、光感受性物質あるい
は生体内在蛍光物質の励起波長領域にある励起光を生体
に対して照射する励起光照射手段と、光感受性物質ある
いは生体内在蛍光物質が発する蛍光を検出して生体の蛍
光像を撮像する電荷蓄積型の撮像手段と、この撮像手段
の出力を受けて上記蛍光像を表示する画像表示手段とか
らなるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される
内視鏡や、コルポスコープや、手術顕微鏡等に組み込ま
れた形に構成される。

【０００５】上記特開昭５９−４０８３０号に示された
装置は、より詳しくは、励起光照射手段にエキシマ・ダ
イレーザを使用し、このエキシマ・ダイレーザをテレビ
系の60Ｈｚの垂直同期信号に同期させて垂直ブランキン
グ期間にパルス幅30ｍｓ（ミリ・秒）で発光させるとと
もに、蛍光像を観察するための高感度カメラをエキシマ
・ダイレーザのパルス駆動と同期動作させるように構成
されている。

【０００６】この装置は、蛍光観察をテレビ系の垂直ブ
ランキング期間という極めて短い期間内に行なうように
しているので、露光時間が短く、蛍光観察が背景光、背
景ノイズに影響され難いという有利性を備えている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の蛍光観
察装置において、パルス駆動されるエキシマ・ダイレー
ザからは尖頭値の極めて高いパルス光が出力されるの
で、テレビ系の垂直ブランキング期間に収まるようなパ
ルス幅の短い励起光を利用しても、十分に観察され得る
強度の蛍光が得られる。しかしそれでも、この種の蛍光
は非常に微弱であるため、高い診断性能を得るために観
察画像のＳ／Ｎをさらに向上させることが望まれてい
る。

【０００８】観察画像のＳ／Ｎは露光時間（電荷蓄積期
間）を短くするほど向上するが、そうすると今度は撮像
手段に蓄積される電荷量の絶対値が減少して、蛍光画像
のコントラストを高く確保する上で不利となる。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、電荷蓄積型の蛍光像撮像手段における電荷蓄積
期間を最適に設定して、Ｓ／Ｎの高い、そして高コント
ラストの蛍光像を撮像することができるパルス光励起蛍
光観察装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるパルス光励
起蛍光観察装置は、蛍光を発する光感受性物質もしくは
生体内在蛍光物質を含んでいる生体の部位に、該光感受
性物質もしくは生体内在蛍光物質の励起波長領域にある
励起光をパルス状に照射する励起光照射手段と、このパ
ルス状励起光に対応して前記光感受性物質もしくは生体
内在蛍光物質が発するパルス状蛍光を検出して生体の蛍
光像を撮像する電荷蓄積型の蛍光像撮像手段とを備えて
なるパルス光励起蛍光観察装置において、前記蛍光像撮
像手段による電荷蓄積動作が前記パルス状蛍光の発光と
同期して実施されるとともに、前記電荷蓄積期間の時間
幅が、前記パルス状蛍光のパルス幅と等しいか、もしく
はそれ以下に設定されていることを特徴とするものであ
る。

【００１１】なお本発明において、パルス状蛍光のパル
ス幅とは、蛍光強度が０（ゼロ）となる時点で挟まれて
パルスが立ち上がっている時間幅を言うものとする。

【００１２】また、この本発明によるパルス光励起蛍光
観察装置の好ましい実施の形態においては、パルス状励
起光が正弦波状に照射されることにより、前記パルス状
蛍光が正弦波状のものとなっており、前記蛍光像撮像手
段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍光の強度がそれぞ
れＩt1、Ｉt2（Ｉt1＝Ｉt2）となる時刻t1、t2をそれぞ
れ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄積終了時刻とするようにし
てなされ、前記パルス状蛍光の波形の電荷蓄積開始時刻
t1と電荷蓄積終了時刻t2との間の領域の、蛍光強度Ｉt1
（＝Ｉt2）よりも低強度側の長方形領域、該長方形領域
よりも高強度側の領域の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２とし
たとき、それらの面積の比Ｓ２／Ｓ１の値がほぼ１以下
とされる。

【００１３】また、本発明によるパルス光励起蛍光観察
装置の好ましい別の実施の形態においては、前記パルス
状励起光がガウス波状に照射されることにより、前記パ
ルス状蛍光がガウス波状のものとなっており、前記蛍光
像撮像手段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍光の強度
がそれぞれＩt1、Ｉt2（Ｉt1＝Ｉt2）となる時刻t1、t2
をそれぞれ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄積終了時刻とする
ようにしてなされ、前記パルス状蛍光の波形の電荷蓄積
開始時刻t1と電荷蓄積終了時刻t2との間の領域の、蛍光
強度Ｉt1（＝Ｉt2）よりも低強度側の長方形領域、該長
方形領域よりも高強度側の領域の面積をそれぞれＳ１、
Ｓ２としたとき、それらの面積の比Ｓ２／Ｓ１の値がほ
ぼ１以下とされる。

【００１４】また、本発明によるパルス光励起蛍光観察
装置の好ましい別の実施の形態においては、前記パルス
状励起光が非対称波状に照射されることにより、前記パ
ルス状蛍光が非対称波状のものとなっており、前記蛍光
像撮像手段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍光の強度
がそれぞれピーク強度Ｉp、Ｉt2（Ｉp≠Ｉt2）となる時
刻t1、t2をそれぞれ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄積終了時
刻とするようにしてなされ、前記パルス状蛍光の波形の
電荷蓄積開始時刻t1と電荷蓄積終了時刻t2との間の領域
の、蛍光強度Ｉt2よりも低強度側の長方形領域、該長方
形領域よりも高強度側の領域の面積をそれぞれＳ１、Ｓ
２としたとき、それらの面積の比Ｓ２／Ｓ１の値がほぼ
１以下とされる。

【００１５】また、本発明によるパルス光励起蛍光観察
装置の好ましい別の実施の形態においては、前記パルス
状励起光が非対称波状に照射されることにより、前記パ
ルス状蛍光が非対称波状のものとなっており、前記蛍光
像撮像手段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍光の強度
がそれぞれＩt1、ピーク強度Ｉp（Ｉt1≠Ｉp）となる時
刻t1、t2をそれぞれ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄積終了時
刻とするようにしてなされ、前記パルス状蛍光の波形の
電荷蓄積開始時刻t1と電荷蓄積終了時刻t2との間の領域
の、蛍光強度Ｉt1よりも低強度側の長方形領域、該長方
形領域よりも高強度側の領域の面積をそれぞれＳ１、Ｓ
２としたとき、それらの面積の比Ｓ２／Ｓ１の値がほぼ
１以下とされる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によるパルス光励起蛍光観察装置
においては、蛍光像撮像手段による電荷蓄積動作がパル
ス状蛍光の発光と同期して実施されるとともに、電荷蓄
積期間の時間幅が、パルス状蛍光のパルス幅と等しい
か、もしくはそれ以下に設定されていることにより、Ｓ
／Ｎの高い、そして高コントラストの蛍光像を撮像可能
となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態によるパルス光励起蛍光観察装置の概略形状を
示すものである。この実施形態の装置は、一例として内
視鏡型蛍光観察装置50として構成されたものであり、パ
ルス励起光源10と、それを駆動する励起光電源11と、パ
ルス励起光源10から発せられた励起光３を集光する集光
レンズ13と、集光された励起光３を導く光ファィバ等か
らなるライトガイド14とを有している。

【００１８】パルス励起光源10としては、波形が矩形に
近似できる高ピークパワーのパルス状励起光３を発する
レーザ光源、例えば高出力半導体レーザが用いられる。
本例においてこの励起光３のパルス幅は0.83ｍｓ（ミリ
・秒）に設定される。この励起光３のパルス幅およびピ
ーク値は、励起光電源11からパルス励起光源10に供給さ
れる電流によって制御される。

【００１９】一方ライトガイド14は、生体の内部に挿入
される可撓性のプローブ15内に収められている。そして
このプローブ15内にはさらに、ライトガイド14の先端か
ら出射した励起光３を拡散させる拡散レンズ16、励起光
３の照射を受けて生体組織１内の光感受性物質から発せ
られた蛍光２を集光する集光レンズ17、集光された蛍光
２を受光する高感度ＣＣＤ18、およびＣＣＤ18の出力を
伝送する信号線19が収められている。なお集光レンズ17
の前方には、励起光カットフィルタ25が取り付けられて
いる。

【００２０】上記信号線19は、カメラコントロールユニ
ット（ＣＣＵ）20に接続されている。このＣＣＵ20はコ
ンピュータ21によって制御され、前述の励起光電源11も
このコンピュータ21によって制御される。またコンピュ
ータ21には、ＣＲＴ等からなるディスプレイ22が接続さ
れている。

【００２１】以下、この内視鏡型蛍光観察装置50の作用
について説明する。生体組織１には、腫瘍親和性を有
し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質
が予め吸収されている。この生体組織１に、パルス励起
光源10から発せられてライトガイド14を伝搬したパルス
状励起光３が照射されると、この励起光３によって励起
された光感受性物質から蛍光２が発せられる。

【００２２】集光レンズ17は、この蛍光２による生体組
織１の蛍光像をＣＣＤ18の撮像面上に結像させ、この蛍
光像がＣＣＤ18によって撮像される。なお、生体組織１
で反射して集光レンズ17に向かう励起光３は、励起光カ
ットフィルタ25によってカットされる。

【００２３】上記蛍光像を示すＣＣＤ18の出力信号は、
信号線19およびカメラコントロールユニット20を介して
コンピュータ21に入力され、この信号が示す蛍光像がデ
ィスプレイ22において表示される。なお、前記光感受性
物質は腫瘍親和性を有するので、ＣＣＤ18の出力信号は
基本的に、腫瘍部分のみを蛍光像として示すものとな
る。

【００２４】図２は、この内視鏡型蛍光観察装置50にお
ける励起光照射、蛍光発生、ＣＣＤ18の電荷蓄積、フィ
ールドシフトパルス、読み出し動作および画像表示のタ
イミングを示している。以下、このタイミングについて
詳しく説明する。生体組織１からは、パルス状励起光３
の照射にほぼ同期して蛍光２が発せられる。この蛍光２
の波形は、パルス状励起光３の波形と相似形であり、そ
のパルス幅はほぼ0.83ｍｓとなる。

【００２５】高感度ＣＣＤ18においては、パルス状励起
光３の照射と同期を取って露光（電荷蓄積）がなされ
る。そしてＣＣＵ20からフィールドシフトパルスがＣＣ
Ｄ18に入力されると、該ＣＣＤ18の各画素から、フィー
ルドシフトパルスが入る前の電荷蓄積期間に蓄積されて
いた電荷が一斉に吐き出される。この電荷は、ＣＣＤ18
から順次読み出される。

【００２６】この読み出された電荷からなるアナログ画
像信号は、前述した腫瘍部分の蛍光像を示すものとなっ
ており、図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタル化さ
れた後、コンピュータ21内のフレームメモリ（図示せ
ず）に書き込まれる。そして、このフレームメモリから
逐次デジタル画像データが読み出され、この画像データ
が示す蛍光像がディスプレイ22に表示される。なお図２
に示されている通り、ある画像表示期間においては、そ
の１周期前の画像表示期間中に並行して読み出された画
像データが担持する画像が表示される。

【００２７】図３の（１）、（２）および（３）はそれ
ぞれ、パルス状励起光３の波形、蛍光２の波形、および
ＣＣＤ18の露光期間（電荷蓄積期間）を示すものであ
る。以下、これらについて詳しく説明する。なお同図
（１）、（２）では時間を、励起光３のパルスの中心を
０として示してある（後出の図５、７および９も同
様）。ここに図示されている通り、パルス状励起光３の
照射にほぼ同期して蛍光２が発生する。本発明において
電荷蓄積期間はパルス状蛍光２のパルス幅に等しいか、
もしくはそれ以下に設定されるものであるが、本実施形
態では一例として0.78ｍｓに設定される。

【００２８】また図４には、背景光などの背景ノイズが
一定強度で存在する下で、ＣＣＤ18の電荷蓄積期間を変
化させて行った場合の、その出力画像信号の信号値（si
gnal）、ノイズ（noise）およびＳ／Ｎの変化の様子を
示す。なおこの図４における横軸の時間は、測定の都合
上、実際の電荷蓄積期間の１／２の値で示されている。
したがって例えば前述のパルス幅0.83ｍｓは、ここでは
0.415ｍｓとして示されている。

【００２９】図示の通り画像信号のＳ／Ｎは、電荷蓄積
期間が蛍光２のパルス幅（ほぼ0.83ｍｓ。図４中では0.
415ｍｓとして示される点）より長い場合には、この期
間が長くなるにつれて低下し、電荷蓄積期間が蛍光２の
パルス幅と等しい場合およびそれより短い場合に、最大
の一定値をとる。そこで本実施形態においては、上述し
た通り、電荷蓄積期間を蛍光２のパルス幅よりやや短い
0.78ｍｓに設定しているものである。なお図４に示した
画像信号のノイズ量の変化特性は、ＣＣＤ18の固有のノ
イズ（暗電流、並びに背景光等）の特性に起因してい
る。

【００３０】画像信号のＳ／Ｎ向上のことだけを考える
のであれば、電荷蓄積期間がとにかく蛍光２のパルス幅
より短ければよいが、図４から分かる通り、電荷蓄積期
間を蛍光２のパルス幅まで長く取れば画像信号値（これ
はＣＣＤ18に蓄積される電荷量の絶対値と対応してい
る）が大きく確保できるので、本実施形態ではこの点も
考慮に入れて、電荷蓄積期間を蛍光２のパルス幅よりや
や短い0.78ｍｓに設定している。このようにすれば、画
像信号値を大きく確保できて、高コントラストの蛍光像
を得る上で有利となる。

【００３１】次に図５および６を参照して、本発明の第
２の実施形態によるパルス光励起蛍光観察装置について
説明する。この第２実施形態の装置は、第１実施形態の
装置と比較すると、基本的にパルス状励起光３の波形と
ＣＣＤ18の電荷蓄積期間が異なるだけで、その他の点は
共通のものである。そこで装置構成については図１を参
照して説明し、また図５の（１）、（２）および（３）
をそれぞれ参照して、パルス状励起光３の波形、蛍光２
の波形、およびＣＣＤ18の露光期間（電荷蓄積期間）に
ついて説明する。

【００３２】本実施形態では、励起光電源11からパルス
励起光源10に正弦波状の駆動電流が供給され、図５の
（１）に示すような正弦波状のパルス状励起光３が生体
組織１に照射される。本実施形態においてパルス状励起
光３のパルス幅、すなわち光強度が０（ゼロ）となる時
点で挟まれてパルスが立ち上がっている時間幅は、0.83
ｍｓに設定されている。

【００３３】このパルス状励起光３の照射に対応して生
体組織１からは、図５（２）に示すような、パルス幅が
ほぼ0.83ｍｓの正弦波状の蛍光２が発せられる。なおこ
の蛍光２のパルス幅も、蛍光強度が０（ゼロ）となる時
点で挟まれてパルスが立ち上がっている時間幅で規定す
る。この場合も電荷蓄積期間は、パルス状蛍光２のパル
ス幅に等しいか、もしくはそれ以下に設定される。

【００３４】また図６には、暗電流、背景光などの背景
ノイズが一定強度で存在する下で、ＣＣＤ18の電荷蓄積
期間を変化させて行った場合の、その出力画像信号の信
号値（signal）、ノイズ（noise）およびＳ／Ｎの変化
の様子を示す。またここには、図５（２）に示した蛍光
波形における長方形領域（右上がり斜線部分）と、該長
方形領域よりも高強度側の領域（左上がり斜線部分）の
面積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、それらの面積の
比Ｓ２／Ｓ１の変化の様子も示す。なおこの図６でも横
軸の時間は、測定の都合上、実際の電荷蓄積期間の１／
２の値で示されている。

【００３５】ここで上記面積Ｓ１の領域は、電荷蓄積開
始時刻t1、電荷蓄積終了時刻t2におれける蛍光強度をそ
れぞれＩt1、Ｉt2（Ｉt1＝Ｉt2）としたとき、時刻t1、
t2の間の領域の、蛍光強度Ｉt1（＝Ｉt2）よりも低強度
側の長方形領域である。また上記面積Ｓ２の領域は、時
刻t1、t2の間の領域の、上記長方形領域よりも高強度側
の領域である。この比Ｓ２／Ｓ１は、時刻t1と時刻t2と
の間の時間、つまり電荷蓄積期間に応じて変化する。

【００３６】図６に示されている通り画像信号のＳ／Ｎ
は、電荷蓄積期間が蛍光２のパルス幅の増大とともに低
下する。特に上記面積比Ｓ２／Ｓ１が１近傍以上の領域
で、画像信号のＳ／Ｎが大きく低下する。そこで本実施
形態においては、電荷蓄積期間を蛍光２のパルス幅より
短くて、しかもこの面積比Ｓ２／Ｓ１がほぼ１以下とな
るように設定する。

【００３７】画像信号のＳ／Ｎ向上のことだけを考える
のであれば、以上の観点から電荷蓄積期間を設定すれば
よいが、図６から分かる通り、電荷蓄積期間を長く取る
ほど画像信号値（これはＣＣＤ18に蓄積される電荷量の
絶対値と対応している）が大きく確保できるので、電荷
蓄積期間はこの点も考慮に入れて、上記面積比Ｓ２／Ｓ
１がほぼ１となるように設定するのが好ましい。そのよ
うにすれば、画像信号値を大きく確保できて、高コント
ラストの蛍光像を得る上で有利となる。

【００３８】次に、図７および８を参照して本発明の第
３の実施形態によるパルス光励起蛍光観察装置について
説明する。この第３実施形態の装置も、第１実施形態の
装置と比較すると、基本的にパルス状励起光３の波形と
ＣＣＤ18の電荷蓄積期間が異なるだけで、その他の点は
共通のものである。そこで装置構成については図１を参
照して説明し、また図７の（１）、（２）および（３）
をそれぞれ参照して、パルス状励起光３の波形、蛍光２
の波形、およびＣＣＤ18の露光期間（電荷蓄積期間）に
ついて説明する。

【００３９】本実施形態では、励起光電源11からパルス
励起光源10にガウス波状の駆動電流が供給され、図７の
（１）に示すようなガウス波状のパルス状励起光３が生
体組織１に照射される。本実施形態においてパルス状励
起光３のパルス幅、すなわち光強度が０（ゼロ）となる
時点で挟まれてパルスが立ち上がっている時間幅は、0.
83ｍｓに設定されている。

【００４０】このパルス状励起光３の照射に対応して生
体組織１からは、図７（２）に示すような、パルス幅が
ほぼ0.83ｍｓのガウス波状の蛍光２が発せられる。なお
この蛍光２のパルス幅も、蛍光強度が０（ゼロ）となる
時点で挟まれてパルスが立ち上がっている時間幅で規定
する。この場合も電荷蓄積期間は、パルス状蛍光２のパ
ルス幅に等しいか、もしくはそれ以下に設定される。

【００４１】また図８には、暗電流、背景光などの背景
ノイズが一定強度で存在する下で、ＣＣＤ18の電荷蓄積
期間を変化させて行った場合の、その出力画像信号の信
号値（signal）、ノイズ（noise）およびＳ／Ｎの変化
の様子を示す。またここには、図７（２）に示した蛍光
波形における長方形領域と、該長方形領域よりも高強度
側の領域の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、それ
らの面積の比Ｓ２／Ｓ１の変化の様子も示す。なおこの
面積Ｓ１、Ｓ２の各領域は、前記第２実施形態において
図５を参照して説明した通りである。またこの図８でも
横軸の時間は、測定の都合上、実際の電荷蓄積期間の１
／２の値で示されている。

【００４２】図８に示されている通り画像信号のＳ／Ｎ
は、電荷蓄積期間が蛍光２のパルス幅の増大とともに低
下する。特に上記面積比Ｓ２／Ｓ１が１近傍以上の領域
で、画像信号のＳ／Ｎが大きく低下する。そこで本実施
形態においては、電荷蓄積期間を蛍光２のパルス幅より
短くて、しかもこの面積比Ｓ２／Ｓ１がほぼ１以下とな
るように設定する。

【００４３】画像信号のＳ／Ｎ向上のことだけを考える
のであれば、以上の観点から電荷蓄積期間を設定すれば
よいが、図８から分かる通り、電荷蓄積期間を長く取る
ほど画像信号値（これはＣＣＤ18に蓄積される電荷量の
絶対値と対応している）が大きく確保できるので、電荷
蓄積期間はこの点も考慮に入れて、上記面積比Ｓ２／Ｓ
１がほぼ１となるように設定するのが好ましい。そのよ
うにすれば、画像信号値を大きく確保できて、高コント
ラストの蛍光像を得る上で有利となる。

【００４４】次に、図９および１０を参照して本発明の
第４の実施形態によるパルス光励起蛍光観察装置につい
て説明する。この第４実施形態の装置も、第１実施形態
の装置と比較すると、基本的にパルス状励起光３の波形
とＣＣＤ18の電荷蓄積期間が異なるだけで、その他の点
は共通のものである。そこで装置構成については図１を
参照して説明し、また図９の（１）、（２）および
（３）をそれぞれ参照して、パルス状励起光３の波形、
蛍光２の波形、およびＣＣＤ18の露光期間（電荷蓄積期
間）について説明する。

【００４５】本実施形態では、励起光電源11からパルス
励起光源10に非対称波状の駆動電流が供給され、図９の
（１）に示すような非対称波状のパルス状励起光３が生
体組織１に照射される。本実施形態においてパルス状励
起光３のパルス幅、すなわち光強度が０（ゼロ）となる
時点で挟まれてパルスが立ち上がっている時間幅は、0.
83ｍｓに設定されている。

【００４６】このパルス状励起光３の照射に対応して生
体組織１からは、図９（２）に示すような、パルス幅が
ほぼ0.83ｍｓの非対称波状の蛍光２が発せられる。なお
この蛍光２のパルス幅も、蛍光強度が０（ゼロ）となる
時点で挟まれてパルスが立ち上がっている時間幅で規定
する。この場合も電荷蓄積期間は、パルス状蛍光２のパ
ルス幅に等しいか、もしくはそれ以下に設定される。

【００４７】また図１０には、背景光などの背景ノイズ
が一定強度で存在する下で、ＣＣＤ18の電荷蓄積期間を
変化させて行った場合の、その出力画像信号の信号値
（signal）、ノイズ（noise）およびＳ／Ｎの変化の様
子を示す。またここには、図９（２）に示した蛍光波形
における長方形領域と、該長方形領域よりも高強度側の
領域の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、それらの
面積の比Ｓ２／Ｓ１の変化の様子も示す。なおこの面積
Ｓ１、Ｓ２の各領域は、前記第２実施形態において図５
を参照して説明した通りである。またこの図１０でも横
軸の時間は、測定の都合上、実際の電荷蓄積期間の１／
２の値で示されている。

【００４８】図１０に示されている通り画像信号のＳ／
Ｎは、電荷蓄積期間が蛍光２のパルス幅の増大とともに
低下する。特に上記面積比Ｓ２／Ｓ１が１近傍以上の領
域で、画像信号のＳ／Ｎが大きく低下する。そこで本実
施形態においては、電荷蓄積期間を蛍光２のパルス幅よ
り短くて、しかもこの面積比Ｓ２／Ｓ１がほぼ１以下と
なるように設定する。

【００４９】画像信号のＳ／Ｎ向上のことだけを考える
のであれば、以上の観点から電荷蓄積期間を設定すれば
よいが、図１０から分かる通り、電荷蓄積期間を長く取
るほど画像信号値（これはＣＣＤ18に蓄積される電荷量
の絶対値と対応している）が大きく確保できるので、電
荷蓄積期間はこの点も考慮に入れて、上記面積比Ｓ２／
Ｓ１がほぼ１となるように設定するのが好ましい。その
ようにすれば、画像信号値を大きく確保できて、高コン
トラストの蛍光像を得る上で有利となる。

【００５０】なお、非対称波状のパルス状励起光として
は図９（１）に示したものに限らず、その他例えば、こ
の図９（１）の波形の左右裏返しの波形を有する励起光
等も適用可能である。

【００５１】以上、内視鏡型蛍光観察装置として構成さ
れた実施形態について説明したが、本発明はこの種の蛍
光観察装置に限らず、その他例えば、手術顕微鏡型蛍光
観察装置やコルポスコープ型蛍光観察装置等に適用する
ことも可能である。

【００５２】また上述の実施形態においては、蛍光像撮
像手段として高感度ＣＣＤ18が用いられているが、それ
以外の蛍光像撮像手段、例えばＣＭＯＳイメージセン
サ、ＥＢ−ＣＣＤ（Electron Bombardment−ＣＣＤ）、
Ｉ−ＣＣＤ（Intensified−ＣＣＤ）等を用いることも
可能である。

【００５３】さらに、パルス励起光源10も前述の半導体
レーザに限るものではなく、その他例えば窒素色素レー
ザ、Ｑスイッチ固体レーザ、エキシマ・ダイレーザ等か
ら構成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるパルス光励起蛍光
観察装置の概略構成図

【図２】上記パルス光励起蛍光観察装置における励起光
照射および電荷読み出し等のタイミングを示すタイミン
グチャート

【図３】上記パルス光励起蛍光観察装置における励起光
照射、蛍光発生および電荷蓄積のタイミングを示すタイ
ミングチャート

【図４】上記パルス光励起蛍光観察装置において電荷蓄
積期間を変えたときの画像信号の値、ノイズおよびＳ／
Ｎの変化の様子を示すグラフ

【図５】本発明の第２実施形態によるパルス光励起蛍光
観察装置における励起光照射、蛍光発生および電荷蓄積
のタイミングを示すタイミングチャート

【図６】上記第２実施形態のパルス光励起蛍光観察装置
において電荷蓄積期間を変えたときの画像信号の値、ノ
イズおよびＳ／Ｎの変化の様子を示すグラフ

【図７】本発明の第３実施形態によるパルス光励起蛍光
観察装置における励起光照射、蛍光発生および電荷蓄積
のタイミングを示すタイミングチャート

【図８】上記第３実施形態のパルス光励起蛍光観察装置
において電荷蓄積期間を変えたときの画像信号の値、ノ
イズおよびＳ／Ｎの変化の様子を示すグラフ

【図９】本発明の第４実施形態によるパルス光励起蛍光
観察装置における励起光照射、蛍光発生および電荷蓄積
のタイミングを示すタイミングチャート

【図１０】上記第４実施形態のパルス光励起蛍光観察装
置において電荷蓄積期間を変えたときの画像信号の値、
ノイズおよびＳ／Ｎの変化の様子を示すグラフ

【符号の説明】

１ 生体組織 ２ 蛍光 ３ 励起光 10 パルス励起光源 11 励起光電源 13 集光レンズ 14 ライトガイド 15 プローブ 16 拡散レンズ 17 集光レンズ 18 高感度冷却ＣＣＤ 19 信号線 20 カメラコントロールユニット 21 コンピュータ 22 ディスプレイ 25 励起光カットフィルタ 50 内視鏡型蛍光観察装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光を発する光感受性物質もしくは生体
   内在蛍光物質を含んでいる生体の部位に、該光感受性物
   質もしくは生体内在蛍光物質の励起波長領域にある励起
   光をパルス状に照射する励起光照射手段と、 このパルス状励起光に対応して前記光感受性物質もしく
   は生体内在蛍光物質が発するパルス状蛍光を検出して生
   体の蛍光像を撮像する電荷蓄積型の蛍光像撮像手段とを
   備えてなるパルス光励起蛍光観察装置において、 前記蛍光像撮像手段による電荷蓄積動作が前記パルス状
   蛍光の発光と同期して実施されるとともに、 前記電荷蓄積期間の時間幅が、前記パルス状蛍光のパル
   ス幅と等しいか、もしくはそれ以下に設定されているこ
   とを特徴とするパルス光励起蛍光観察装置。
2. 【請求項２】 前記パルス状励起光が正弦波状に照射さ
   れることにより、前記パルス状蛍光が正弦波状のものと
   なっており、 前記蛍光像撮像手段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍
   光の強度がそれぞれＩt1、Ｉt2（Ｉt1＝Ｉt2）となる時
   刻t1、t2をそれぞれ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄積終了時
   刻とするようにしてなされ、 前記パルス状蛍光の波形の電荷蓄積開始時刻t1と電荷蓄
   積終了時刻t2との間の領域の、蛍光強度Ｉt1（＝Ｉt2）
   よりも低強度側の長方形領域、該長方形領域よりも高強
   度側の領域の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、そ
   れらの面積の比Ｓ２／Ｓ１の値がほぼ１以下となってい
   ることを特徴とする請求項１記載のパルス光励起蛍光観
   察装置。
3. 【請求項３】 前記パルス状励起光がガウス波状に照射
   されることにより、前記パルス状蛍光がガウス波状のも
   のとなっており、 前記蛍光像撮像手段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍
   光の強度がそれぞれＩt1、Ｉt2（Ｉt1＝Ｉt2）となる時
   刻t1、t2をそれぞれ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄積終了時
   刻とするようにしてなされ、 前記パルス状蛍光の波形の電荷蓄積開始時刻t1と電荷蓄
   積終了時刻t2との間の領域の、蛍光強度Ｉt1（＝Ｉt2）
   よりも低強度側の長方形領域、該長方形領域よりも高強
   度側の領域の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、そ
   れらの面積の比Ｓ２／Ｓ１の値がほぼ１以下となってい
   ることを特徴とする請求項１記載のパルス光励起蛍光観
   察装置。
4. 【請求項４】 前記パルス状励起光が非対称波状に照射
   されることにより、前記パルス状蛍光が非対称波状のも
   のとなっており、 前記蛍光像撮像手段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍
   光の強度がそれぞれピーク強度Ｉp、Ｉt2（Ｉp≠Ｉt2）
   となる時刻t1、t2をそれぞれ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄
   積終了時刻とするようにしてなされ、 前記パルス状蛍光の波形の電荷蓄積開始時刻t1と電荷蓄
   積終了時刻t2との間の領域の、蛍光強度Ｉt2よりも低強
   度側の長方形領域、該長方形領域よりも高強度側の領域
   の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、それらの面積
   の比Ｓ２／Ｓ１の値がほぼ１以下となっていることを特
   徴とする請求項１記載のパルス光励起蛍光観察装置。
5. 【請求項５】 前記パルス状励起光が非対称波状に照射
   されることにより、前記パルス状蛍光が非対称波状のも
   のとなっており、 前記蛍光像撮像手段の電荷蓄積動作が、前記パルス状蛍
   光の強度がそれぞれＩt1、ピーク強度Ｉp（Ｉt1≠Ｉp）
   となる時刻t1、t2をそれぞれ電荷蓄積開始時刻、電荷蓄
   積終了時刻とするようにしてなされ、 前記パルス状蛍光の波形の電荷蓄積開始時刻t1と電荷蓄
   積終了時刻t2との間の領域の、蛍光強度Ｉt1よりも低強
   度側の長方形領域、該長方形領域よりも高強度側の領域
   の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、それらの面積
   の比Ｓ２／Ｓ１の値がほぼ１以下となっていることを特
   徴とする請求項１記載のパルス光励起蛍光観察装置。