JP2003102671A - 自家蛍光検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組織から反射される励起光の反射光の影響を受
けることなく、４８０ｎｍ付近の自家蛍光と励起光の反
射光と、４８０ｎｍ付近の自家蛍光とを識別して検出で
きるようにする。 【解決手段】励起光源（２）から照射された励起光を生
物組織（４）の弾性繊維（４ａ）に照射する照射手段
（３）と、前記励起光が照射された弾性繊維（４ａ）か
ら発せられる自家蛍光を検出する光検出器（５）を備
え、前記励起光源（２）として、正常な弾性繊維から発
せられる自家蛍光のピーク波長の光を実質的に含まない
紫外線可視光近接領域のレーザ光を照射する紫外線レー
ザダイオード（６）を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、胃腸や呼吸器等の
生物組織に励起光を照射し、当該組織における自家蛍光
を観察することにより、ガン等の病変部の早期発見を行
うための自家蛍光検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、胃腸や呼吸器等の生物組織に
励起光を照射して、その組織の自家蛍光を検出し、ガン
の早期発見の診断を行う自家蛍光検出装置が提案されて
いる（特許第３０２２３７７号、特開平６−５４７９２
号、特表平１０−５００５８８号公報参照）。

【０００３】図３は気管支用内視鏡下でガンや病変部を
発見するための従来の自家蛍光検出装置４１であって、
気管支内視鏡４２と、その照明用ライトガイド４３を介
して組織に波長４４２ｎｍの励起光を照射するＨｅ−Ｃ
ｄレーザ光源４４と、内視鏡４２のアイピ−ス４５に接
続される高感度ＣＣＤカメラ４６と、当該ＣＣＤカメラ
４６から出力された画像信号を処理する画像処理装置４
７と、処理された画像を映し出すイメージモニタ４８を
備えている。

【０００４】図４は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光源４４により
波長４４２ｎｍの励起光を組織に照射した場合の正常組
織と異常組織の蛍光スペクトル強度分布を分光器により
測定した結果である。正常組織のスペクトル強度分布Ｓ
_４は、緑色側（約５２０ｎｍ）にピークを有し、波長が
長くなるに従って光強度が弱くなる分布を有し、病変部
となった異常組織のスペクトル強度分布Ｓ_５は、ピーク
のないフラットな強度分布となり、全体的に蛍光が弱ま
る。なお、励起光として、波長４０５ｎｍ及び４８８ｎ
ｍの光を照射した場合も同様の結果が得られている。

【０００５】このことから、生物組織をＣＣＤカメラ４
６で撮像した場合に、正常組織は赤色蛍光より緑色蛍光
が強いので明るい緑色に映し出され、異常組織は周囲の
正常組織に比して相対的に緑色蛍光が弱く赤色蛍光が強
く映し出されることがわかる。したがって、高感度ＣＣ
Ｄカメラ４６に緑色光撮像素子４６Ｇと赤色光撮像素子
４６Ｒを内蔵させておき、各撮像素子４６Ｇ，４６Ｒか
ら出力された画像信号を画像処理装置４７の録チャンネ
ル及び赤チャンネルに入力させて、その合成画像をイメ
ージモニタ４８に映し出せば、明るい緑色に映った組織
は正常、赤みがかって映った組織は病変の疑いありと判
断できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
の研究によれば、生物組織に励起光を照射したときに、
図２に示すように、正常組織では弾性繊維束密度の高い
部分から波長４８０ｎｍ付近の青色にピーク（以下単に
「青色ピーク」と言う）を有するスペクトル強度分布Ｓ
_１の自家蛍光が発せられていることが確認された。

【０００７】また、弾性繊維がもともと少ない部分から
発せられる自家蛍光のスペクトル強度分布Ｓ_２を測定し
たところ、全体として自家蛍光の光強度は低下している
ものの青色ピークを有するスペクトル形状は維持されて
いることが確認された。さらに、ガンなどの腫瘍部のよ
うに弾性繊維が変質した部分から発せられる自家蛍光の
スペクトル強度分布Ｓ_３を測定したところ、青色ピーク
が観察されず全体として光強度が低下していることも確
認された。これらの結果より、自家蛍光の青色ピークは
正常な弾性繊維の密度に相関があることが判る。

【０００８】一方、ガンなどの腫瘍が形成されていない
部分の弾性繊維は正常で、腫瘍が形成された部分は極め
て初期の段階であっても弾性繊維が変質しており、弾性
繊維の正常／異常を確認することができれば、かなり早
期にガンなどの腫瘍を発見することができると思われ
る。

【０００９】しかしながら、従来の自家蛍光検出装置で
は、励起光に自家蛍光の青色ピークと同じ波長の光が含
まれるため、その反射光と自家蛍光を同時に観察してし
まうこととなり、青色ピークを観察することができなか
った。たとえば、４８８ｎｍの励起光は、その波長が青
色ピークと略一致し、自家蛍光強度に比して反射光強度
が圧倒的に大きいので、両者を分離できない。

【００１０】また、波長４４２ｎｍの励起光はＨｅ−Ｃ
ｄレーザ４４により照射され、波長４０５ｎｍの励起光
はキセノンランプ等の白色光からフィルタで青色光を選
択することにより照射しているが、いずれも単色性が悪
い。すなわち、Ｈｅ−Ｃｄレーザ４４の場合も、白色光
からフィルタで青色光を選択する場合も、中心波長は夫
々４４２ｎｍ・４０５ｎｍであるが、それ以外の光が全
くないわけではなく、４８０ｎｍ付近でも中心波長の１
／１００程度の光強度の光が存在し、この反射光が自家
蛍光の青色ピークの光強度より大きいためやはり両者を
分離できなかった。

【００１１】そこで本発明は、励起光の影響を受けるこ
となく自家蛍光と反射光を識別して検出できるようにす
ることを技術的課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項１の発明は、励起光源から照射された励起光
を生物組織の弾性繊維に照射する照射手段と、当該励起
光を照射した弾性繊維から発せられる自家蛍光を検出す
る光検出器を備え、前記励起光源として、正常な弾性繊
維から発せられる自家蛍光のピーク波長の光を実質的に
含まない紫外線可視光近接領域の光を照射する紫外線レ
ーザダイオードが用いられていることを特徴とする。な
お、本明細書中、紫外線可視光近接領域とは、可視光領
域のうち紫外線領域に近い範囲と、紫外線領域のうち可
視光領域に近い範囲をいう。

【００１３】請求項１の発明によれば、励起光源となる
紫外線レーザダイオードから、正常な弾性繊維から発せ
られる自家蛍光のピーク波長（約４８０ｎｍ）の光を実
質的に含まない紫外線可視光近接領域のレーザ光が紫外
線レーザダイオードから照射される。

【００１４】このレーザ光を生物組織の弾性繊維に照射
すると、弾性繊維が正常であれば４８０ｎｍ付近の青色
ピークを有する自家蛍光を生じる。紫外線レーザダイオ
ードのから照射される光は、波長が４００ｎｍ程度で単
色性に優れており、４８０ｎｍ付近の波長の光が含まれ
ていないことから、プリズムや回折格子などを用いれ
ば、４８０ｎｍの自家蛍光と反射光とを分離して検出で
きる。

【００１５】また、請求項２及び請求項３の発明のよう
に、光検出器として、生物組織から発せられた自家蛍光
のスペクトル強度分布を測定する分光器を用れば、弾性
繊維が正常な部分からは青色ピークを有するスペクトル
強度分布が得られ、弾性繊維が変質した部分からは青色
ピークのないスペクトル強度分布が検出される。したが
って、スペクトル強度分布の形状より、弾性繊維の正常
／異常を判別できる。

【００１６】また、請求項２及び請求項４の発明のよう
に、光検出器として、生物組織から発せられた光を撮像
する撮像カメラを用いれば、撮像された光の色より、青
色蛍光の有無を検出することができる。

【００１７】請求項５の発明のように、照射手段とし
て、紫外線レーザダイオードのレーザ光を案内する内視
鏡の照明用ライトガイドを用いれば、その内視鏡先端を
気管支、食道、胃腸内の弾性繊維に近付けるだけで、当
該弾性繊維から発せられる自家蛍光を検出できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る自家
蛍光検出装置の一例を示す説明図、図２はスペクトル強
度分布を示すグラフである。

【００１９】本例の自家蛍光検出装置１は、励起光源２
から照射された励起光を生物組織４の弾性繊維４ａに照
射する照射手段３と、当該励起光を照射した弾性繊維４
ａから発せられる自家蛍光を検出する光検出器５を備え
ている。

【００２０】励起光源２は、正常な弾性繊維４ａから発
せられる自家蛍光のピーク波長の光を実質的に含まない
紫外線可視光近接領域の光を励起光ととして照射する紫
外線レーザダイオード６が用いられ、本例では波長４０
０ｎｍで出力１〜２ｍＷのレーザ光が出力される。ここ
で、正常な弾性繊維４ａから発せられる自家蛍光のピー
ク波長は約４８０ｎｍである。なお、紫外線可視光近接
領域とは、可視光領域のうち紫外線領域に近い範囲と、
紫外線領域のうち可視光領域に近い範囲をいい、具体的
には、波長３３０〜４３０ｎｍ程度の長波長紫外線から
短波長青色光の範囲をいう。

【００２１】照射手段３は、前記紫外線レーザダイオー
ド６と、そのレーザ光を生体組織４に照射する内視鏡７
の照明用ライトガイド８からなる。この照明用ライトガ
イド８を介して例えば気管支などの生体組織４に励起光
が照射されると、その励起光により弾性繊維４ａから発
せられる自家蛍光が内視鏡７のイメージガイド９を介し
てアイピース１０側に接続された光検出器５で検出され
る。

【００２２】本例では、光検出器５として、弾性繊維４
ａから発せられた自家蛍光のスペクトル強度分布を測定
する分光器１１及びその光を撮像する撮像カメラ１２の
双方を備え、弾性繊維４ａから発せられた光が分光器１
１を通って撮像カメラ１２に達するようになっている。

【００２３】分光器１１は、励起光を照射した弾性繊維
４ａから発せられた光のスペクトル強度分布を測定する
もので、内視鏡７のイメージガイド９先端を観察部位に
近付けることにより、当該観察部位から発せられる自家
蛍光のスペクトル強度を測定できる。

【００２４】図２は分光器１１により検出された正常組
織と異常組織の蛍光スペクトル強度分布を示すグラフで
ある。弾性繊維の多い部分及び少ない部分の正常組織の
スペクトル強度分布Ｓ_１及びＳ_２は、４８０ｎｍ付近に
青色ピークを有し、波長が長くなるに従って徐々に光強
度が弱くなっている。このとき、励起光には、正常な弾
性繊維４ａから発せられる自家蛍光のピーク波長（４８
０ｎｍ）の光が実質的に含まれていないので、励起光の
反射光の影響を受けることなく、青色ピークを明瞭に観
察することができる。これに対し、弾性繊維に異常があ
る部分のスペクトル強度分布Ｓ_３は、自家蛍光の光強度
が全体的に減弱し、青色蛍光も他波長と同程度の光強度
まで低下するので、青色ピークのないフラットなスペク
トル強度分布になっている。

【００２５】また、撮像カメラ１２は、イメージガイド
９から入射された光を受光することにより、その内視鏡
７で観察される生体組織４を撮像する。このとき、観察
部位に紫外線レーザダイオード６から照射される励起光
を照射すると、正常組織からは青色及び緑色の自家蛍光
が発せられて明るい青色に輝き、異常組織からは青色の
自家蛍光が減弱し、黄茶色若しくは赤みがかった暗い色
を呈する。

【００２６】これは、図２に示す正常組織及び異常組織
のスペクトル強度分布Ｓ _１〜Ｓ_３のグラフと符合する。
すなわち、正常組織のスペクトル強度分布Ｓ_１及びＳ_２
は、赤色蛍光に比して青色蛍光及び緑色蛍光が強いこと
から明るい青色になり、異常組織は、青色蛍光及び緑色
蛍光に比して相対的に赤色蛍光の割合が高くなっている
ことから黄茶色若しくは赤みがかった暗い色を呈する。

【００２７】なお、１３は撮像カメラ１２で撮像された
画像を処理する処理装置、１４は処理された画像を映し
出すイメージモニタである。

【００２８】以上が本発明の構成例であって、次にその
作用について説明する。例えば、気管支内の分岐部を診
断する場合、気管支内視鏡７の照明用ライトガイド８の
入力端を励起光源２である紫外線レーザダイオード６に
接続し、アイピース１０側に光検出器５として、分光器
１１及び撮像カメラ１２を取り付ける。

【００２９】次いで、紫外線レーザダイオード６から紫
外可視光近接領域の光、例えば４００ｎｍの励起光を照
射して、撮像カメラ１２で撮像された画像を映し出し、
その画像を確認しながらイメージガイド９を観察部位ま
で挿入する。

【００３０】ここで、観察部位を撮像したときに映し出
された生体組織４の画像中、明るい青色の部分は、正常
組織であると判断でき、また、画像中に黄茶色若しくは
赤みがかった暗い色の部分があれば、その部分が異常組
織であると判断することができる。

【００３１】そして、異常組織であると判断された部分
にイメージガイドを近付けたり、画像上で任意の範囲を
選択することにより、当該部分から発せられている自家
蛍光のスペクトル強度分布を分光器１１により測定すれ
ば、青色蛍光、緑色蛍光及び赤色蛍光の光強度分布を正
確に求めることができる。

【００３２】このように、緑色〜赤色の波長範囲のスペ
クトル強度分布に基づき緑色蛍光の有無のみに基づいて
腫瘍等の有無を判断していた従来に比して、青色を含む
短波長域まで、より広範囲にスペクトル強度分布を測定
することができるので、弾性繊維の正常／異常に相関す
る情報を有する４８０ｎｍ（青色）の自家蛍光を含めた
光強度分布の変化を観察することができ、これにより、
組織の正常／異常についてより詳細な光学データが得ら
れる。

【００３３】したがって、臨床データを蓄積して、病変
部の進行状態とスペクトル強度分布の相関関係を求めて
おけば、ガンなどの病変部をより早期の段階で発見した
り、その進行状況をより詳しく診断することができる。

【００３４】例えば、従来は緑色蛍光が減衰しなければ
正常と診断されるが、本発明装置では青色蛍光を検出で
きるので、青色蛍光の減衰が検出されれば緑色蛍光が減
衰していなくても弾性繊維にガンや良性腫瘍などに結び
つく何らかの異常があると判断でき、逆に、緑色蛍光が
減衰しても青色蛍光が減衰していなければ、ガンや良性
腫瘍に結びつく異常は発生していないと考えられ、組織
の正常／異常をより詳細に判断できる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、正
常な弾性繊維から発せられる自家蛍光のピーク波長の光
を実質的に含まない紫外線可視光近接領域のレーザ光を
励起光として照射しているので、励起光の影響を受ける
ことなく、自家蛍光を青色から赤色に至る広範囲な波長
範囲で検出することができ、特に正常な弾性繊維の自家
蛍光に見られる青色蛍光の光強度を検出することがで
き、これに基づき、組織の正常／異常をより詳細に判断
することができるという大変優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自家蛍光検出装置の一例を示す説
明図。

【図２】そのスペクトル強度分布を示すグラフ。

【図３】従来装置を示す説明図。

【図４】そのスペクトル強度分布を示すグラフ。

【符号の説明】

１………自家蛍光検出装置 ２………励起光源 ３………照射手段 ４………生物組織 ５………光検出器 ６………紫外線レー
ザダイオード ７………内視鏡 ８………照明用ライトガ
イド １１………分光器 １２………撮像カメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤 澤 武 彦 千葉県千葉市中央区亥鼻１−８−１ 千葉 大学亥鼻宿舎１−104 (72)発明者 渋 谷 潔 千葉県千葉市中央区弁天町236 ファミー ル千葉弁天町209 (72)発明者 星 野 英 久 千葉県千葉市中央区千葉寺町512−１ 千 葉寺マンション201 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 BA16 EA01 HA01 HA05 JA04 KA02 KA03 KA05 LA03 4C061 AA01 AA07 BB02 CC06 DD03 FF40 FF46 NN01 PP20 QQ01 QQ04 RR04 RR30

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励起光源（２）から照射された励起光を生
   物組織（４）の弾性繊維（４ａ）に照射する照射手段
   （３）と、前記励起光が照射された弾性繊維（４ａ）か
   ら発せられる自家蛍光を検出する光検出器（５）を備
   え、前記励起光源（２）として、正常な弾性繊維から発
   せられる自家蛍光のピーク波長の光を実質的に含まない
   紫外線可視光近接領域のレーザ光を照射する紫外線レー
   ザダイオード（６）が用いられていることを特徴とする
   自家蛍光検出装置。
2. 【請求項２】前記光検出器（５）が、弾性繊維（４ａ）
   から発せられた自家蛍光のスペクトル強度分布を測定す
   る分光器（１１）及びその光を撮像する撮像カメラ（１
   ２）である請求項１記載の自家蛍光検出装置。
3. 【請求項３】前記光検出器（５）が、弾性繊維（４ａ）
   から発せられた自家蛍光のスペクトル強度分布を測定す
   る分光器（１１）である請求項１記載の自家蛍光検出装
   置。
4. 【請求項４】前記光検出器（５）が、弾性繊維（４ａ）
   から発せられた自家蛍光を撮像する撮像カメラ（１２）
   である請求項１記載の自家蛍光検出装置。
5. 【請求項５】前記照射手段（３）が、前記紫外線レーザ
   ダイオード（６）と、そのレーザ光を案内する内視鏡
   （７）の照明用ライトガイド（８）からなる請求項１乃
   至４記載の自家蛍光検出装置。
6. 【請求項６】前記励起光が波長４００ｎｍ以下の紫外線
   可視光近接領域の光である請求項１乃至５記載の自家蛍
   光検出装置。