JP2005319211A - 蛍光観察内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光分光測定の対象物を蛍光分光測定のための光学系を通じて観察することができる蛍光内視鏡装置を、提供する。
【解決手段】レーザーユニット４０から射出されたレーザー光は、第１ビームスプリッタ２２を透過して、ＣＦＢ１６によって導光された後に、第１結像レンズ１１を通じて被検部に照射される。このレーザー光によって被検部の生体組織から発した蛍光は、第１結像レンズ１１によって、ＣＦＢ１６の先端面に被検部の像を結ぶ。この像は、ＣＦＢ１６によってその基端面まで伝送される。ＣＦＢ１６の基端面に現れた像から発した蛍光は、第１ビームスプリッタ２２によって反射され、第２ビームスプリッタ２５によって分離され、撮像素子３５の撮像面及び分光器３０の受光面に夫々像を再結像する。撮像素子３５によって撮像された蛍光画像と分光器３０によって分光測定された分光スペクトルは、夫々、モニター６０上に表示される。

Description

本発明は、内視鏡を通じて被検部に蛍光励起用の励起光を照射することによって被検部の生体組織から発した蛍光による像を撮像する蛍光観察内視鏡装置に、関する。

生体組織に対してある波長帯域の光を励起光として照射すると、生体組織から蛍光が発せられることが知られている(この蛍光は「自家蛍光」と言われる)。さらに、自家蛍光の強度は生体の病変組織(腫瘍,癌)から発生するものの方が正常組織から発生するものよりも低いので、画像として表されると、病変組織を内包した病変部位が正常組織のみからなる正常部位よりも暗く表示されることも、知られている。

このような知識をベースに、内視鏡を通じて生体の自家蛍光を撮像し、生体が正常であるか異常であるかの診断に供される蛍光画像を表示する蛍光観察内視鏡装置が、提案されている。このような蛍光観察内視鏡装置は、従来の内視鏡（電子内視鏡）及び光源プロセッサ装置（電子内視鏡から出力された映像信号を処理してビデオ信号として出力するプロセッサを備えた光源装置）を改変することによって、構成されている。具体的には、蛍光観察内視鏡装置に用いられる電子内視鏡は、そのライトガイドファイババンドル（以下、単に「ライトガイド」という）として青〜紫外帯域の光に対する透過性が良い石英ガラスファイバーからなるものが用いられ、その対物窓から撮像素子に至る光路中に励起光として用いる特定波長の光をカットするための励起光カットフィルタが挿入されたものとなっている。また、光源プロセッサ装置は、白色光又は励起光とを任意に切り替えて内視鏡のライトガイドに導入できるように構成されているとともに、白色光をライトガイドに導入する時（以下、「通常観察モード」という）と励起光をライトガイドに導入する時（以下、「蛍光観察モード」という）とで、電子内視鏡から出力される映像信号に対する画像処理内容を変更するように構成されている。

このように構成されている蛍光観察内視鏡装置を使用する術者（医師）は、光源プロセッサ装置を通常観察モードに設定した状態で、通常の内視鏡を用いる場合と同様にしてモニター上に表示される画像（即ち、体腔内挿入部先端から照射された白色光の体腔内壁表面での反射光による像を撮像素子が撮像することによって得られた通常カラー画像）を観察しながら、その体腔内挿入部の先端を被験者の体腔内に挿入して行く。そして、異状が生じている疑いのある部位（被検部）をその画像内に捉えると、術者は、光源プロセッサ装置を蛍光観察モードに切り替える。すると、白色光の代わりに励起光が体腔内挿入部先端から被検部に向けて照射され、その励起光によって励起された体腔内壁下の生体組織から生じた蛍光のみによる被検部の像が対物光学系によって形成され、これを撮像素子が撮像することによって得られた画像（蛍光画像）がモニター上に表示される。この蛍光画像では、上述したように異状部が暗くなっている他、元々励起光が届かない部位（例えば、体腔内の奥）も暗い陰となっている。但し、後者の部位は、通常観察モードにおいても照明光が届かないので、通常カラー画像でも暗くなっているはずである。そこで、術者は、一時的に通常観察モードに切り替えることによって蛍光画像と通常カラー画像とを比較して、蛍光画像中の暗部のうち陰の部分を特定し、陰でない暗部があれば、それを異状部位と特定するのである。
特開平０９−１３１３０６号公報

しかしながら、上記構成を有する従来の蛍光観察内視鏡装置は、励起光カットフィルタを透過した蛍光が結ぶ像を撮像して、その像における蛍光強度分布をディスプレイ上に表示するものであったので、どのようなスペクトルの蛍光が生じているのかを正確に知ることは困難であった。

この点、内視鏡に通常備えられている鉗子チャンネルを通じて、体腔内挿入部の先端までファイバープローブを挿通し、そのファイバープローブを通して蛍光を分光測定器に導き、この分光測定器によって蛍光のスペクトルを測定するライトプローブ方式の蛍光内視鏡システムならば、既に実用されている。

しかしながら、このライトプローブ方式の蛍光内視鏡システムによると、鉗子チャンネルの先端から突出したライトプローブの先端と、体腔内挿入部の先端に組み込まれた対物光学系とが、体腔内挿入部の先端面内でずれている為に、このライトプローブ先端を正確に被検部に当接させことが困難であるという問題がある。つまり、術者は、対物光学系を通じて撮像される映像を見ながらライトプローブ先端を被検部に近づけるための操作をするのであるが、この映像を撮像中は、ライトプローブ先端を斜め手前から見ている構図になるので、このライトプローブ先端の軸がどこを向いているのかが見当付かない。その為に、ライトプローブ先端を目標としている被検部に正確に当接することが困難なのである。しかも、ライトプローブ先端を安定して保持するには、鉗子チャンネルからのライトプローブの突出量をできるだけ少なくする必要があるが、そのようにしてライトプローブの突出量を少なくしてしまうと、ライトプローブの先端が対物光学系及び撮像素子の視野から外れて全く見えなくなってしまうという問題も生じる。

そこで、本発明の課題は、蛍光分光測定の対象物を、この蛍光分光測定のための光学系を通じて観察することができ、もって、蛍光分光測定のための光学系を正確且つ容易に測定対象物に導いて接触させることが可能な蛍光内視鏡装置を、提供することである。

上記の課題を解決するために案出された本発明による蛍光観察内視鏡装置は、体腔内の被検部に励起光を照射し、この励起光によって励起した被検部の生体組織が発する蛍光による像を内視鏡によって撮像する蛍光観察内視鏡装置であって、その先端に結像光学系を備えると共に、この結像光学系によってその先端面に形成された被検部の像を基端面まで伝送するファイババンドルを内蔵した内視鏡と、励起光を発する励起光光源と、この励起光光源から発した励起光を前記ファイババンドルの基端面に導く光学系であって、この励起光を前記ファイババンドルの端面に収束させる集光レンズを含む励起光光学系と、前記ファイババンドルの端面と前記集光レンズとの間に配置され、前記ファイババンドルの端面から出射した光束を前記励起光の光路から分離する第１の分離光学素子と、この第１の分離光学素子によって分離された前記光束を収束させることによって前記ファイババンドルの基端面に伝送された像を再結像させる再結像光学系と、この再結像光学系によって再結像された像を撮像する撮像素子と、前記第１の分離光学素子と前記撮像素子との間に配置され、前記第１の分離光学素子によって分離された前記光束を更に分離する第２の分離光学素子と、この第２の分離光学素子によって分離された光束を分光測定する分光器と、前記第１の分離光学素子と前記撮像光学素子及び前記分光器との間に配置され、前記励起光と同じ波長帯域の光を遮断するフィルタ手段とを備えたことを特徴とする。

このように構成されると、励起光光源から発した励起光は、励起光光学系を通じて内視鏡内のファイババンドルの基端面に導かれ、集光レンズによって収束されることによって、このファイババンドルの基端面に入射する。ファイババンドルは、その基端面から入射した励起光をその先端面から射出する。すると、結像光学系が、この励起光を、被検部に照射する。この励起光が照射された被検部の生体組織が発する蛍光は、内視鏡の再結像光学系に入射することによって、ファイババンドルの先端面に被検部の像を結ぶ。この像は、ファイババンドルによってその基端面まで伝送され、その基端面に再現される。この基端面から発した前記像を形成する蛍光は、第１の分離光学素子によって励起光の光路から分離され、第２の分離光学素子によって更に分離される。この第２の分離光学素子によって分離された蛍光の一方は、再結像光学系によって、撮像素子の撮像面に、ファイババンドルの基端面に現れた像を再結像させる。この像は、この撮像素子によって撮像される。第２の分離光学系によって分離された蛍光の他方は、分光器によって再結像される。従って、撮像素子が像を撮像することによって得られた映像信号によって表示される映像の中心は、結像光学系の光軸の延長線に一致する。従って、術者がこの映像を見ながら、映像の中心に被検部の中心を捉えた状態を維持する様に内視鏡を操作すれば、簡単に、結像光学系の光軸を被検部の中心に接触させることができる。しかも、撮像素子によって撮像される像を形成する光束は、分光器に入射する光束と等価なので、術者は、分光器によって分光測定されている対象を常時認識することができる。

以上に説明したように、本発明の蛍光観察内視鏡装置によれば、蛍光分光測定の対象物を、この蛍光分光測定のための光学系を通じて観察することができ、もって、蛍光分光測定のための光学系を正確且つ容易に測定対象物に導いて接触させることが可能となる。

次に、添付図面に基づいて、本発明を実施するための形態を、説明する。

図１は、本発明による蛍光観察内視鏡装置の実施の形態である内視鏡システムの外観図である。図１に示されるように、この内視鏡システムは、蛍光観察内視鏡１０，光源プロセッサ装置２０，及び、モニター６０を、備えている。

蛍光観察内視鏡１０は、通常の電子内視鏡に蛍光観察用の改変を加えたものであり、図３に示すように、体腔内に挿入されるために細長く形成されている体腔内挿入部１０ａ，その体腔内挿入部１０ａの先端部分を湾曲操作するためのアングルノブ等を有する操作部１０ｂ，操作部１０ｂと光源プロセッサ装置２０とを接続するためのライトガイド可撓管１０ｅ，及び、このライトガイド可撓管１０ｅの基端に設けられたコネクタ１０ｄを、備えている。

図２の概略図に示すように、体腔内挿入部１０ａの先端面には、第１結像レンズ（結像光学系に相当）１１及び第２結像レンズ（対物光学系に相当）１２が夫々嵌め込まれている。そして、この体腔内挿入部１０ａの内部には、第２結像レンズ１２の光軸に沿って、この第２結像レンズ１２によって形成された被写体の像を撮影する撮像素子１３が、組み込まれている。この撮像素子１３は、その撮像面にモザイクフィルタが被せられたカラー固体撮像素子（カラーＣＣＤ）である。第２結像レンズ１２と撮像素子１３との間には、第２結像レンズ１２から射出された光束から所定波長帯域の光（後述する励起光１に相当する波長の光）を遮断する励起光カットフィルタ１４が挿入されている。

撮像素子１３から出力された映像信号を伝送するための信号ケーブル１８は、体腔内挿入部１０ａ，操作部１０ｂ及びライトガイド可撓管１０ｅ内を引き通されて、コネクタ１０ｄの端面に設けられた電気コネクタ１７に接続されている。

この信号ケーブル１８と並行して、体腔内挿入部１０ａ，操作部１０ｂ及びライトガイド可撓管１０ｅ内には、ＣＦＢ（コヒーレントファイババンドル，即ち、レーザー光に対する透過性が優れた光ファイバから構成され、その両端における各光ファイバの並び順が互いに完全に一致しているファイババンドル）１６が、引き通されている。このＣＦＢ１６の先端は、体腔内挿入部１０ａの先端部内において第１結像レンズ１１に対向し、その基端は、コネクタ１０ｄの端面から突出した金属製のパイプ１９内に挿入されて固定されている。

第１結像レンズ１１は、第２結像レンズ１２よりも短い焦点距離を有する正レンズである。よって、ＣＦＢ１６の先端面から射出された光は、第１結像レンズ１１によって屈折されて、第２結像レンズ１２の作動距離（即ち、通常の観察において被検部を置くべき位置）よりも手前で一旦ＣＦＢ１６の先端面の像を形成し、第２結像レンズ１２の作動距離において、第２結像レンズ１２及び撮像素子１３による撮影範囲の全域に照射される。逆に、第１結像１１の作動距離の位置に配置された被写体から発した光は、この第１結像レンズ１１によって屈折されて、ＣＦＢ１６の先端面上に当該被写体の像を結ぶ。この被写体の像は、ＣＦＢ１６によって伝送され、ＣＦＢ１６の基端面に再現される。

光源プロセッサ装置２０は、蛍光観察内視鏡１０が着脱自在に接続され、接続された蛍光観察内視鏡１０のＣＦＢ１６の基端面に照明光（白色光）及びレーザー光を選択的に照射するとともに、蛍光観察内視鏡１０の電気コネクタ１７を通じて撮像素子１３から受信した映像信号に対して画像処理を行い、さらに、ＣＦＢ１６の基端面に再現された像を撮像して映像信号に変換するとともに分光測定して分光スペクトル信号を生成し、得られた映像信号及び分光スペクトル信号に対して画像処理を行い、モニター６０へ出力されるビデオ信号を合成する装置である。

この光源プロセッサ装置２０の筐体の正面のパネルには、蛍光観察内視鏡１０が着脱自在に接続される時に、蛍光観察内視鏡１０のパイプ１９がその外面側から挿入される筒であるソケット２０ａが、設けられている。このソケット２０ａに穿たれた貫通孔は、光源プロセッサ装置２０の内部空間に通じている。この光源プロセッサ装置２０の内部空間内には、ソケット２０ａの中心軸（即ち、ソケット２０ａに挿入されたパイプ１９内のＣＦＢ１６の中心軸）の延長線に沿って順番に、第１ビームスプリッタ２２，ロッドレンズ２３，集光レンズ２８，ハーフミラー２９，ロータリーシャッタ３２，及び、ランプ３３が、配置されている。

ランプ３３は、ランプ用電源３８によって電源電流が供給されて白色光を発光する電球（図示略）と、この電球から発散光として発した白色光を平行光にするためのレンズ又はリフレクター（図示略）とを備えている白色光光源である。そのため、ランプ３３は、白色光を、集光レンズ２８の光軸に沿った平行光として、ハーフミラー２９に向けて射出する。

ハーフミラー２９は、集光レンズ２８の光軸に対して４５度傾けて配置されている。このハーフミラー２９は、ランプ３３からの白色光を透過するとともに、集光レンズ２８の光軸に対して垂直な方向からの光を、集光レンズ２８の光軸に沿って反射して当該集光レンズ２８に入射させるハーフミラーである。

これらランプ３３とハーフミラー２９との間に介在しているロータリーシャッタ３２は、図４に示す正面形状を有する板である。即ち、このロータリーシャッタ３２は、半径が比較的小さい半円板（以下、「小半径部３２ａ」）と半径が比較的大きい半円板（以下、「大半径部３２ｂ」）とを同軸に接合した形状を有している。

このロータリーシャッタ３２は、第１モータ３４によって回転自在に保持されている。即ち、この第１モータ３４は、撮像素子１３が１フレームの撮像を行う間に丁度１回転するように回転している。そして、小半径部３２ａは常にランプ３３からの白色光の光路の外に存在するが、大半径部３２ｂはこの白色光の光路に侵入して白色光を遮光するように、このロータリーシャッタ３２の回転軸の位置が定められている。

集光レンズ２８は、その光軸に沿ってハーフミラー２９側から入射してきた平行光を、ソケット２０ａに挿入されたパイプ１９内のＣＦＢ１６の基端面に向けて、集光する。ロッドレンズ２３は、全体として負のパワーを有しているので、集光レンズ２８の焦点距離を伸ばす機能を果たしている。

第１ビームスプリッタ２２は、ロットレンズ２３から射出された白色光及び後述のレーザー光をＣＦＢ１６の基端面に向けて透過するとともにＣＦＢ１６の基端面から射出された光を９０度反射させる反射面を備えているプリズムであり、第１の分離光学素子に相当する。

一方、ハーフミラー２９によって９０度折り曲げられた集光レンズ２８の光軸上には、順番に、コリメータレンズ３９及びレーザーユニット４０が、配置されている。レーザーユニット４０は、３種類の波長から任意に選択された波長のレーザー光を発散光として射出する装置（励起光光源に相当）であり、コリメータレンズ３９は、このレーザーユニット４０から発散光として発したレーザー光を平行光とするレンズである。これらコリメータレンズ３９，ハーフミラー２９，集光レンズ２８，ロッドレンズ２３及び第１ビームスプリッタ２２が、励起光光学系に相当する。

図５は、レーザーユニット４０の詳細構成を示す図である。この図５に示されるように、このレーザーユニット４０は、基板上に固定された第１乃至第３の半導体レーザー４０１〜４０３，同じく基板上に固定されたロッドレンズ４０４，各半導体レーザー４０１〜４０３の発光点から発したレーザー光を夫々ロッドレンズ４０４の基端に導く第１乃至第３の光ファイバー４０５〜４０７，各半導体レーザー４０１〜４０３に夫々駆動電流を供給する第１乃至第３のドライバ４０８〜４１０から、構成される。このロッドレンズ４０４は、その先端面がコリメータレンズ３９の前側焦点と一致するように、そのコリメータレンズ３９の光軸と同軸に設置されている。

図７乃至図９は、夫々、第１乃至第３の半導体レーザー４０１〜４０３が発するレーザー光（励起光１〜３）の波長スペクトルを、そのレーザー光（励起光１〜３）によって生体組織から生じる蛍光の波長スペクトル及び、そのレーザー光（励起光１〜３）に夫々対応した後述の各励起光カットフィルタＡ〜Ｃの透過波長帯域と対比して示すグラフであり、互いに、縦軸（強度）及び横軸（波長）のスケール及び原点の値を共通としている。これら各グラフには、具体的な値は示されていないが、概略的に説明すると、第１の半導体レーザー４０１が発するレーザー光（励起光１）の波長スペクトルは紫外帯域（波長λ１）にあり、それによって生体組織が発する蛍光のピークは青〜緑の帯域に生じる。また、第２の半導体レーザー４０２が発するレーザー光（励起光２）の波長スペクトルは青色帯域（波長λ２）にあり、それによって生体組織が発する蛍光のピークは緑〜赤の帯域に生じる。また、第３の半導体レーザー４０３が発するレーザー光（励起光３）の波長スペクトルは緑色帯域（波長λ３）にあり、それによって生体組織が発する蛍光のピークは赤〜赤外の帯域に生じる。

図２に戻り、ＣＦＢ１６の基端面から射出されて第１ビームスプリッタ２２によって９０度反射された光の光路上には、順番に、結像レンズ２４，第２ビームスプリッタ２５，回転フィルタ２６及び分光器３０が、配置されている。結像レンズ２４は、ＣＦＢ１６の基端面に現れた像を、分光器３０の受光面（及び後述する撮像素子３５の撮像面）に結像させる正レンズ（再結像光学系に相当する）である。第２ビームスプリッタ２５は、結像レンズ２４から射出された光の一部を分光器３０に向けて透過するとともに残りを９０度反射させる部分反射面を有するプリズム（第２の分離光学素子に相当する）である。

回転フィルタ２６は、図６の正面図に示す構造を有する円板であり、その中心（回転軸）に関して１２０度づつの等角度間隔で、３種類のフィルタ（励起光カットフィルタＡ，励起光カットフィルタＢ，励起光カットフィルタＣ）が嵌め込まれている。励起光カットフィルタＡは、蛍光観察内視鏡１０における第２結像レンズ１２と撮像素子１３との間に組み込まれた励起光カットフィルタ１４と同じ透過波長特性を有しており、図７に示すように、励起光１の波長帯域（λ１）に相当する光は遮断するが、この励起光によって生じた蛍光は透過する。また、励起光カットフィルタＢは、図８に示すように、励起光２の波長帯域（λ２）に相当する光は遮断するが、この励起光によって生じた蛍光は透過する。また、励起光カットフィルタＣは、図９に示すように、励起光３の波長帯域（λ３）に相当する光は遮断するが、この励起光によって生じた蛍光は透過する。この回転フィルタ２６は、結像レンズ２４から射出された光の光路に各励起光カットフィルタＡ〜Ｃを挿入可能な位置に、第２モータ２７によって回転自在に保持されている。この第２モータ２７は、ステッピングモータ又はサーボモータであり、後述する制御回路４２による制御に従って、各励起光カットフィルタＡ〜Ｃを選択的に上記光路に挿入して停止させるように、回転フィルタ２６を回転させる。即ち、回転フィルタ２６及び第２モータ２７が、複数のフィルタを光束の光路中に選択的に挿入する機構に相当する。更に、制御回路としての制御回路４２を合わせた全体がフィルタ手段の一方を構成する。

分光器３０は、一般に利用されるものであるので詳細な説明は省略するが、その概要は、光センサにより検出した光のうちの幾つかの波長の強度を測定し、測定結果を電子情報（分光スペクトル信号）として出力する機器である。

一方、第２ビームスプリッタ２５によって９０度反射された光の光路上には、順番に、励起光カットフィルタ３１及び撮像素子３５が、配置されている。この励起光カットフィルタ３１は、図９に示す励起光カットフィルタＣと同じ透過波長特性を有しているので、本実施形態において用いる全てのレーザ光（励起光１〜３）を遮断し、励起光１によって生じた蛍光の一部，励起光２によって生じた蛍光のピーク波長及びそれよりも長い波長帯域の部分，励起光３によって生じた蛍光のほぼ全部を透過する。即ち、この励起光カットフィルタ３１が、フィルタ手段の他方を構成する。

撮像素子３５は、この励起光カットフィルタ３１を透過した蛍光によって形成される像（ＣＦＢ１６の基端面に再現される像）を撮像する。なお、この撮像素子３５は、モノクロ撮像素子で事足りるが、カラー撮像素子であっても良い。

光源プロセッサ装置２０の筐体の正面側パネルには、パイプ１９がソケット２０ａに挿入された状態において電気コネクタ１７を構成する各端子と夫々導通する多数の電極からなる電気ソケット２１と、外部から操作される複数のスイッチ（図２においては、通常観察モード／蛍光観察モード／分光測定準備モードのモード切替スイッチ２３ａ，自家蛍光の分光測定開始スイッチ２３ｂ，レーザーユニット４０の射出光の波長選択ボタン［λ１選択ボタン２３ｃ，λ２選択ボタン２３ｄ，λ３選択ボタン２３ｅ］のみ図示）を有する操作パネル２３が、設けられている。そして、操作パネル２３上の各スイッチ２３ａ〜ｅは、夫々、制御回路４２に接続されている。その結果、操作パネル（操作手段に相当）２３上の各スイッチ２３ａ〜ｅに対する操作によって生じた操作信号は、夫々、制御回路４２に入力される。なお、波長選択ボタン２３ｃ〜ｅは、何れか一つが投入されると他が解除される構造となっているために、常に、何れか一つのみが投入されている。

この制御回路４２には、上述した第１モータ３４，第２モータ２７，ランプ用電源３８及び第１乃至第３のドライバ４０８〜４１０に接続されており、これらを制御するための信号を出力する。

具体的には、制御回路４２は、何れの動作モードにおいても、ランプ用電源３８を起動することによってランプ３３から白色光を射出させる。そして、モード切替スイッチ２３ａが投入される毎に、その動作モードを、通常観察モード，蛍光観察モード，分光測定準備モードの順に、サイクリックに切り換える。

そして、制御回路４２は、動作モードが通常観察モードに切り替わると、第１モータ３４を制御することによって、ロータリーシャッタ３２をその小径部３２ａの弧が白色光の光路に近接した回転位置にて停止させる。この結果、ランプ３３から射出された白色光がロータリーシャッタ３２を通過して、常時、ＣＦＢ１６に入射する。

また、制御回路４２は、動作モードが蛍光観察モードに切り替わると、その内部において発生したタイミング信号（個々のフレームの先頭タイミングを示す垂直同期信号）に同期して第１モータ３４を制御することによって、第１ロータリーシャッタ３２を回転させる。その結果、図１０に示すように、ランプ３３から射出された白色光は、ロータリーシャッタ３２の小径部３２ａの弧が白色光の光路に近接する期間（第２フィールドに相当する期間）のみこのロータリーシャッタ３２を通過し、ハーフミラー２９，集光レンズ２８，ロッドレンズ２３及び第１ビームスプリッタ２２を透過して、ＣＦＢ１６に入射する。ＣＦＢ１６及び第１結像レンズ１１を通じて配光された白色光は、被検部の表面で反射され、第２結像レンズ１２により、励起光カットフィルタ１４を通じて撮像素子１３の撮像面上に被検部の像を形成し、第２フィールド分の映像信号に変換される。

同時に、制御回路４２は、第１ドライバ４０８を制御することにより、ロータリーシャッタ３２の大径部３２ｂが白色光を遮光している期間（第１フィールドに相当する期間）のみ、この第１ドライバ４０８に接続されている第１半導体レーザー４０１からレーザー光（励起光１）を射出させる。その結果、図１０に示すように、レーザーユニット４０から射出された励起光１は、ハーフミラー２９，集光レンズ２８，ロッドレンズ２３及び第１ビームスプリッタ２２を透過して、ＣＦＢ１６に入射する。ＣＦＢ１６及び第１結像レンズ１１を通じて導光された励起光１が照射された被検部は、図７に示す波長帯域の蛍光を発し、この蛍光及び被検部の表面で反射された励起光は、第２結像レンズ１２により、励起光カットフィルタ１４を通じて撮像素子１３の撮像面上にこの蛍光のみに基づく被検部の像を形成し、第１フィールド分の映像信号に変換される。

また、制御回路４２は、動作モードが分光測定準備モードに切り替わると、第１ロータリーシャッタ３２を回転させる。同時に、制御回路４２は、第３ドライバ４１０を制御することにより、ロータリーシャッタ３２の大径部３２ｂが白色光を遮光している期間（第１フィールドに相当する期間）のみ、この第３ドライバ４１０に接続されている第３半導体レーザー４１０からレーザー光（励起光３）を射出させる。その結果、図１０に示すように、レーザーユニット４０から射出された励起光３は、ハーフミラー２９，集光レンズ２８，ロッドレンズ２３及び第１ビームスプリッタ２２を透過して、ＣＦＢ１６に入射する。ＣＦＢ１６及び第１結像レンズ１１を通じて励起光３が照射された被検部は、図９に示す波長帯域の蛍光を発し、この蛍光及び被検部の表面で反射された励起光は、第１結像レンズ１１を通じて、ＣＦＢ１６の先端面上に被検部のそれぞれの像を形成する。この像は、ＣＦＢ１６の基端面まで伝送され、結像レンズ２４によって、励起光カットフィルタ３１を通じて撮像素子３５の撮像面上にこの蛍光のみに基づく像が再結像され、第１フィールド分の映像信号に変換される。

さらに、制御回路４２は、分光測定準備モード中に分光測定開始スイッチ２３ｂが投入されると、動作モードを分光測定モードに切り替え、その時点で投入されている波長選択ボタン３２ｃ〜ｅに対応したドライバ４０８〜４１０を制御し、制御対象ドライバ４０８〜４１０に接続されている半導体レーザー４０１〜４０３からレーザー光を射出させる。その結果、図１０に示すように、レーザーユニット４０から射出されたレーザー光は、ハーフミラー２９，集光レンズ２８，ロッドレンズ２３及び第１ビームスプリッタ２２を透過して、ＣＦＢ１６に入射する。この時、同時に、制御回路４２は、第２モータ２７を制御することにより、制御対象ドライバ４０８〜４１０に対応した励起光カットフィルタＡ〜ＣをＣＦＢ１６から分光器３０に至る光路中に挿入する。ＣＦＢ１６及び第１結像レンズ１１を通じてレーザー光が照射された被検部は、そのレーザー光の波長帯域に対応した波長帯域の蛍光を発し、この蛍光は、第１結像レンズ１１を通じて、ＣＦＢ１６の先端面上に被検部の像を形成する。この像は、ＣＦＢ１６の基端面まで伝送され、結像レンズ２４及び第２ビームスプリッタ２５によって、励起光カットフィルタ３１を通じて撮像素子３５の撮像面上に再結像されて、第１フィールド分の映像信号に変換されるとともに、その時点で投入されている波長選択ボタン３２ｃ〜ｅに対応して駆動されたロータリーフィルタ２６における励起光カットフィルタＡ〜Ｃを通じて分光器３０の受光面上にレーザーユニット４０から射出されたレーザー光に対応した蛍光による像が再結像されて、分光スペクトル信号に変換される。なお、分光測定モード中に再度分光測定開始スイッチ２３ｂが投入されると、動作モードが分光測定準備モードに戻る。また、分光測定モード中にモード切替スイッチ２３ａが投入されると、動作モードが通常観察モードに切り替わる。

さらに、制御回路４２は、映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３に接続されており、この映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３に対しても、タイミング信号を入力するとともに、現在の動作モード，及び、操作パネル２３において現在投入されている励起光選択スイッチ２３ｃ〜ｅに相当する励起光の種類又は現時点でＣＦＢ１６に導入されている光の種類を、通知する。

この映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３には、また、電気ソケット２１を構成する各電極が接続されている。よって、蛍光観察内視鏡１０内の撮像素子１３から出力されたＲＧＢの各映像信号は、電気コネクタ１７及び電気ソケット２１を通じて、映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３に入力される。同様に、この映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３には、光源プロセッサ装置２０内の撮像装置３５及び分光器３０に接続されている。よって、この撮像装置３５から出力された映像信号及び分光器３０から出力された分光スペクトル信号が、制御回路４２に入力される。さらに、この映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３には、モニター６０が接続されている。映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３は、蛍光観察内視鏡１０の撮像素子１３から入力されたＲＧＢの各映像信号，光源プロセッサ装置２０内の撮像装置３５から出力された映像信号及び分光器３０から出力された分光スペクトル信号を処理することによって、通常観察モードにおいては通常カラー画像の動画を示す画面を、蛍光観察モードにおいては夫々蛍光観察内視鏡１０の撮像素子１３によって得られた通常カラー画像の動画及び蛍光画像の動画を並べて示す画面を、分光測定準備モードにおいては蛍光観察内視鏡１０の撮像素子１３によって得られた通常カラー画像の動画及び光源プロセッサ装置２０内の撮像装置３５によって得られた蛍光画像の動画の動画を並べて示す画面を、分光測定モードにおいては、これら通常カラー画像の動画及び蛍光画像の動画に加えて分光器３０から入力された分光スペクトル信号が示すグラフを並べて示す画面を、モニター６０上に表示する（図１１参照）。

図１２は、この映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３の内部構造を示すブロック図である。この図１２に示されるように、映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３内において、撮像素子１３から出力されたＲ，Ｇ，Ｂの各映像信号，及び、撮像素子３５から出力された映像信号は、前段映像信号処理回路４３１に入力される。この前段映像信号処理回路４３１はメモリ４３２に接続され、このメモリ４３２はスキャンコンバータ４３３に接続され、このスキャンコンバータ４３３は後段映像信号処理回路４３４に接続され、この後段映像信号処理回路４３４にモニター６０が接続される。また、制御回路４２から出力された上記情報は、夫々、前段映像信号処理回路４３１及びスキャンコンバータ４３３に入力される。さらに、分光器３０から出力された分光スペクトル信号は、ＡＤ変換器４３５に入力される。このＡＤ変換器４３５はメモリ４３６に接続され、このメモリ４３６はグラフ生成ブロック４３７に接続され、このグラフ生成ブロック４３７はスキャンコンバータ４３３に接続されている。さらに、この映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路４３内には、制御回路４２から受け取ったタイミング信号に同期して、各回路４３１〜４３７を動作させる同期信号を発生させるタイミングコントローラ４３８が備えられている。

前段映像信号処理回路４３１は、撮像素子１３から送られてくるＲＧＢの各映像信号及び撮像素子３５から送られてくる映像信号に対して所定の処理を施すための回路である。この前段映像信号処理回路４３１が各映像信号に施す処理としては、高周波成分除去，増幅，ブランキング，クランピング，ホワイトバランス，ガンマ補正，アナログデジタル変換，及び、色分離がある。

メモリ４３２の内部は、各モードにおいてＣＦＢ１６に白色光が導入されている間に撮像素子１３から前段映像信号処理回路４３１に入力されて上記処理が施された映像信号（Ｒ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号）が夫々格納（上書き）されるＲ映像信号領域４３２ａ，Ｇ映像信号領域４３２ｂ，Ｂ映像信号領域４３２ｃ，蛍光観察モードにおいてＣＦＢ１６に励起光１が導入されている間に撮像素子１３から前段映像信号処理回路４３１に入力されて上記処理が施された映像信号（Ｒ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号）が夫々格納されるＲ蛍光映像信号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ，Ｂ蛍光映像信号領域４３２ｆに、区分されている。なお、撮像素子３５がカラー撮像素子である場合には、分光測定準備モード及び分光測定モードにおいてこの撮像素子３５から前段映像信号処理回路４３１に入力されて上記処理が施された映像信号（Ｒ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号）は、夫々、Ｒ蛍光映像信号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ，Ｂ蛍光映像信号領域４３２ｆに格納される。これに対して、撮像素子３５がモノクロ撮像素子である場合には、この撮像素子３５から前段映像信号処理回路４３１に入力されて上記処理が施された映像信号は、全く同じ内容にて、Ｒ蛍光映像号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ及びＢ蛍光映像信号領域４３２ｆに格納される。

一方、ＡＤ変換器４３５は、アナログ信号として入力された分光スペクトル信号をデジタル信号に変換する回路である。このＡＤ変換器４３５によってデジタル信号に変換された分光スペクトル信号は、一旦メモリ４３６に書き込まれ、グラフ生成ブロック４３７によって、横軸に波長をとるとともに縦軸に強度をとる分光スペクトルグラフのイメージデータに変換される。

スキャンコンバータ４３３は、通常観察モード下においては、各フレームに相当する期間毎に、Ｒ映像信号領域４３２ａ，Ｇ映像信号領域４３２ｂ，Ｂ映像信号領域４３２ｃから夫々映像信号（Ｒ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号）を読み出して、後段映像信号処理回路４３４へ入力する。

また、スキャンコンバータ４３３は、蛍光観察モード下においては、各フレームに相当する期間毎に、Ｒ映像信号領域４３２ａ，Ｇ映像信号領域４３２ｂ及びＢ映像信号領域４３２ｃから夫々映像信号（Ｒ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号）を読み出すとともに、Ｒ蛍光映像信号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ及びＢ蛍光映像信号領域４３２ｆから夫々映像信号を読み出す。そして、スキャンコンバータ４３３は、Ｒ映像信号領域４３２ａ，Ｇ映像信号領域４３２ｂ及びＢ映像信号領域４３２ｃから読み出した映像信号とＲ蛍光映像信号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ及びＢ蛍光映像信号領域４３２ｆから読み出した映像信号とを互いに結合して、通常カラー画像と蛍光画像（第２結像レンズ１２を通じて撮像された蛍光画像）とを並べて表示させる映像信号を生成して、後段映像信号処理回路４３４に入力する。

また、スキャンコンバータ４３３は、分光測定準備モード下においては、各フレームに相当する期間毎に、Ｒ映像信号領域４３２ａ，Ｇ映像信号領域４３２ｂ及びＢ映像信号領域４３２ｃから夫々映像信号（Ｒ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号）を読み出すとともに、Ｒ蛍光映像信号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ及びＢ蛍光映像信号領域４３２ｆから夫々映像信号を読み出す。そして、スキャンコンバータ４３３は、Ｒ映像信号領域４３２ａ，Ｇ映像信号領域４３２ｂ及びＢ映像信号領域４３２ｃから読み出した映像信号とＲ蛍光映像信号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ及びＢ蛍光映像信号領域４３２ｆから読み出した映像信号とを互いに結合して、通常カラー画像と蛍光画像（第１結像レンズ１１を通じて撮像された蛍光画像）とを並べて表示させる映像信号を生成して、後段映像信号処理回路４３４に入力する。

また、スキャンコンバータ４３３は、分光測定モード下においては、上記分光測定準備モード下において読み出した映像信号に加えて、グラフ生成ブロック４３７から分光スペクトルグラフを示すイメージデータを受信する。そして、スキャンコンバータ４３３は、Ｒ映像信号領域４３２ａ，Ｇ映像信号領域４３２ｂ及びＢ映像信号領域４３２ｃから読み出した映像信号とＲ蛍光映像信号領域４３２ｄ，Ｇ蛍光映像信号領域４３２ｅ及びＢ蛍光映像信号領域４３２ｆから読み出した映像信号とグラフ生成ブロック４３７から受信したイメージデータとを互いに結合して、通常カラー画像と蛍光画像（第１結像レンズ１１を通じて撮像された蛍光画像）と分光スペクトルグラフを並べて表示させる映像信号を生成して、後段映像信号処理回路４３４に入力する。

後段映像信号処理回路４３４は、スキャンコンバータ４３３から入力された映像信号に対して、デジタルアナログ変換，エンコーディング，及び、インピーダンスマッチング等の処理を施してモニター６０へ出力する。その結果、モニター６０上には、通常観察モード下では通常カラー画像のリアルタイム動画が表示され、蛍光観察モード下では通常カラー画像のリアルタイム画像及び第２結像レンズ１２を通じて撮像された蛍光画像のリアルタイム画像が並べて表示され、分光測定準備モード下では通常カラー画像のリアルタイム画像及び第１結像レンズ１１を通じて撮像された蛍光画像のリアルタイム画像が並べて表示され、分光測定モード下では通常カラー画像のリアルタイム画像，第１結像レンズ１１を通じて撮像された蛍光画像のリアルタイム画像及び分光スペクトルグラフが並べて表示される（図１１参照）。

以上のように構成された内視鏡システムを用いる術者は、まず、制御装置４２に主電源を投入した後で、モード切替スイッチ２３ａを適宜押下することによって、この制御装置４２の動作モードを通常観察モードに切り替える。通常観察モードに切り替わると、蛍光観察内視鏡１０の体腔内挿入部１０ａの先端（第１結像レンズ１１）からは常時白色光が射出され、モニタ６０上には第２結像レンズ１２を通じて撮像された通常カラー画像が表示される。そこで、術者は、このモニター６０上に表示された通常カラー画像を見ながら、蛍光観察内視鏡１０を操作して、その体腔内挿入部１０ａを被験者の体腔内に挿入して、被検部に導いていく。

そして、通常カラー画像内に被検部を捕捉すると、術者は、モード切替スイッチ２３ａを一回投入することにより、制御装置４２の動作モードを蛍光観察モードに切り替える。すると、体腔内挿入部１０ａの先端の第１結像レンズ１１からは、白色光と励起光１とがフィールド毎に交互に射出され、モニター６０には、共に第２結像レンズ１２を通じて撮像された通常カラー画像と蛍光画像とが並べて表示される。

この蛍光画像中に異状部位である可能性の高い暗部を検出すると、術者は、モード切替スイッチ２３ａを一回投入することにより、制御装置４２の動作モードを分光測定準備モードに切り替える。すると、体腔内挿入部１０ａの先端の第１結像レンズ１１からは、白色光と励起光３とがフィールド毎に交互に射出されるようになり、モニター６０上において表示されていた蛍光画像は、第１結像レンズ１１を通じて撮像された蛍光画像に切り替わる。そこで、術者は、モニター６０上に表示されている通常カラー画像と蛍光画像とを見ながら体腔内挿入部１０ａの先端の向きを微調整し、異常部位であると疑いをかけている被疑部位を、蛍光画像の中心に捕捉する。このようにして、被疑部位が蛍光画像の中心に捕捉されたということは、第１結像レンズ１１の光軸上に被疑部位が存在しているということである。そこで、術者は、被疑部位が蛍光画像の中心から外れないように体腔内挿入部１０ａの先端の向きを微調整しながら、体腔内挿入部１０ａの先端を被疑部位に接近させていく。このようにして体腔内挿入部１０ａの先端を被疑部位に対して接近させて接触させると、第１結像レンズ１１の表面が被疑部位に押しつけられることになる。

そこで、術者は、測定開始ボタン２３ｂを投入することによって制御装置４２の動作モードを分光測定モードに切り替えるとともに、任意の波長選択ボタン２３ｃからｅを押下することによって、任意の波長のレーザー光（励起光１〜３）を被疑部位に照射する。すると、そのレーザー光に起因して被疑部位の生体組織から生じた蛍光が分光器３０によって分光測定され、その測定結果である分光スペクトルグラフが、モニター６０上に表示される。術者は、この分光スペクトルグラフを見ながら、被疑部位が実際に異状であるのか否かの判断を下すのである。

以上に説明したように、本実施形態によれば、励起光としてのレーザー光を被検部に照射するためのＣＦＢ１６及び第１結像レンズ１１を通じて、被検部の像が撮像素子３５によって撮像されるので、この撮像によって得られた映像信号によってモニター６０上に表示された蛍光画像の中心は、第１結像レンズ１１の中心と合致している。よって、この蛍光画像の中心に被検部を捕捉したまま体腔内挿入部１０ａを被検部に接近させれば、レーザー光を照射する第１結像レンズ１１を被検部に押しつけることが可能となる。しかも、この蛍光画像は、分光器４０による分光測定の対象そのものである。従って、術者は、分光測定対象となっている画像の範囲を正確に認識することができる。

本発明の実施形態による内視鏡システムの外観を示す外観図 内視鏡システムの内部構成を示す概略図 蛍光観察内視鏡の外観を示す側面図 ロータリーシャッタの正面図 レーザーユニットの構造を示す詳細図 回転フィルタの正面図 励起光１の波長スペクトルと励起光カットフィルタＡの透過波長帯域とを示すグラフ 励起光２の波長スペクトルと励起光カットフィルタＢの透過波長帯域とを示すグラフ 励起光３の波長スペクトルと励起光カットフィルタＣの透過波長帯域とを示すグラフ 蛍光観察モード，分光測定準備モード及び分光測定モードにおいてライトガイドに導入される光の種類を示すシーケンス図 モニターの表示例を示す図 映像信号処理及び分光スペクトル信号処理回路の構成を示すブロック図

符号の説明

１０ 蛍光観察内視鏡
１１ 第１結像レンズ
１２ 第２結像レンズ
１３ 撮像素子
１６ ＣＦＢ
２０ 光源プロセッサ装置
２２ 第１ビームスプリッタ
２４ 結像レンズ
２５ 第２ビームスプリッタ
２９ ハーフミラー
３０ 分光器
３５ 撮像素子
４０ レーザーユニット
４２ 制御回路

Claims (6)

1. 体腔内の被検部に励起光を照射し、この励起光によって励起した前記被検部の生体組織が発する蛍光による像を内視鏡によって撮像する蛍光観察内視鏡装置であって、
   その先端に結像光学系を備えると共に、この結像光学系によってその先端面に形成された前記被検部の像を基端面まで伝送するファイババンドルを内蔵した内視鏡と、
   前記励起光を発光する励起光光源と、
   この励起光光源から発した励起光を前記ファイババンドルの基端面に導く光学系であって、この励起光を前記ファイババンドルの端面に収束させる集光レンズを含む励起光光学系と、
   前記ファイババンドルの端面と前記集光レンズとの間に配置され、前記ファイババンドルの端面から出射した光束を前記励起光の光路から分離する第１の分離光学素子と、
   この第１の分離光学素子によって分離された前記光束を収束させることによって前記ファイババンドルの基端面に伝送された像を再結像させる再結像光学系と、
   この再結像光学系によって再結像された像を撮像する撮像素子と、
   前記第１の分離光学素子と前記撮像素子との間に配置され、前記第１の分離光学素子によって分離された前記光束を更に分離する第２の分離光学素子と、
   この第２の分離光学素子によって分離された光束を分光測定する分光器と、
   前記第１の分離光学素子と前記撮像光学素子及び前記分光器との間に配置され、前記励起光と同じ波長帯域の光を遮断するフィルタ手段と
   を備えたことを特徴とする蛍光観察内視鏡装置。
2. 前記第１の分離光学素子は、前記励起光を透過するとともに前記ファイババンドルの基端面から発した光束を反射するビームスプリッタである
   ことを特徴とする請求項１記載の蛍光観察内視鏡装置。
3. 前記励起光光源は、複数種類の波長の励起光を選択的に発光するとともに、
   前記フィルタ手段は、前記励起光と同じ各波長の光を夫々遮断する複数のフィルタと、前記第２の分離光学素子と前記分光器との間に前記複数のフィルタを前記第２の分離光学素子によって分離された光束の光路中に選択的に挿入する機構と、前記励起光光源が発光している励起光と同じ波長の光を遮断するフィルタを前記光束の光路に挿入させるように前記機構を制御する制御回路とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の蛍光観察内視鏡装置。
4. 前記フィルタ手段は、前記第２の分離光学素子と前記撮像素子との間に配置されて前記励起光光源が発する全種類の励起光と同じ波長の光を遮断するフィルタを有する
   ことを特徴とする請求項３記載の蛍光観察内視鏡装置。
5. 白色光を発する白色光光源と、
   前記内視鏡先端に備えられた対物光学系と、
   この対物光学系によって形成された被検部の像を撮像する第２の撮像素子とを
   更に備え、
   前記励起光光学系は、前記励起光と前記白色光光源から発した白色光とを選択的に前記ファイバーバンドルに導く
   ことを特徴とする請求項１記載の蛍光観察内視鏡装置。
6. 前記対物光学系と前記第２の撮像素子との間に前記励起光と同じ波長帯域の光を遮断するフィルタを備えている
   ことを特徴とする請求項５記載の蛍光観察内視鏡装置。