JP2007229054A - 内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
【課題】病変の有無を短時間で確認できる蛍光色素／プローブを生体内に効率的に適用して光学的に検出し、鮮明な蛍光画像を得る。
【解決手段】撮影対象内部の特定の物質と結合または撮影対象内部に蓄積される蛍光薬剤を撮影対象に向けて吐出する薬剤吐出手段２０と、薬剤吐出手段２０を制御する吐出制御手段２５と、蛍光薬剤を励起させるための励起光および該励起光とは異なる分光特性の照射光を発する光源部４と、励起光および照射光を撮影対象に向けて伝播する光学系７と、体腔内に入れられる部位２に設けられるとともに、励起光によって撮影対象から放射される蛍光および照射光によって撮影対象から放射される異なる波長帯域の光とを撮影可能な撮像手段１４とを備え、吐出制御手段２５が、蛍光薬剤の撮影対象に向けた吐出前に、撮影対象に対し照射光が照射されるよう薬剤吐出手段２０を制御する内視鏡システム１を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】撮影対象内部の特定の物質と結合または撮影対象内部に蓄積される蛍光薬剤を撮影対象に向けて吐出する薬剤吐出手段２０と、薬剤吐出手段２０を制御する吐出制御手段２５と、蛍光薬剤を励起させるための励起光および該励起光とは異なる分光特性の照射光を発する光源部４と、励起光および照射光を撮影対象に向けて伝播する光学系７と、体腔内に入れられる部位２に設けられるとともに、励起光によって撮影対象から放射される蛍光および照射光によって撮影対象から放射される異なる波長帯域の光とを撮影可能な撮像手段１４とを備え、吐出制御手段２５が、蛍光薬剤の撮影対象に向けた吐出前に、撮影対象に対し照射光が照射されるよう薬剤吐出手段２０を制御する内視鏡システム１を提供する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、内視鏡システムに関するものである。
内視鏡観察において、蛍光画像を観察することは反射画像とは異なる生体の情報を得ることができるため、病変の診断・観察にとって有益なことである。
例えば、病変に由来する物質に反応して無蛍光性から蛍光性の物質に変化する蛍光プローブを投与すれば、蛍光画像の観察によって、その病変由来の物質の濃度分布を観察することができる。
また、自家蛍光すなわち生体由来の蛍光を観察することで、生体の変化を観察し病変の様子を観察することも可能である。
例えば、病変に由来する物質に反応して無蛍光性から蛍光性の物質に変化する蛍光プローブを投与すれば、蛍光画像の観察によって、その病変由来の物質の濃度分布を観察することができる。
また、自家蛍光すなわち生体由来の蛍光を観察することで、生体の変化を観察し病変の様子を観察することも可能である。
同時に、反射画像にも蛍光画像とは異なる有益な情報が含まれている。
すなわち、反射画像によれば、血管の密度や集積の様子などを観察することができ、炎症等の病変に関する情報を得ることができる。
すなわち、反射画像によれば、血管の密度や集積の様子などを観察することができ、炎症等の病変に関する情報を得ることができる。
病変に由来する物質に結合して蛍光を発する蛍光プローブとしては、腫瘍／癌組織等の病変部位を高感度でin vivoで可視化する蛍光色素が知られている。既に、一部で外因性物質である５−アミノレブリン酸を用いた方法が癌診断法として臨床応用されている（例えば、非特許文献１参照。）。
Kennedy,J.C. et al. : J Photochem Photobiol B 6 :143,1990
Kennedy,J.C. et al. : J Photochem Photobiol B 6 :143,1990
しかしながら、５−アミノレブリン酸を用いた方法等に代表される経口投与や静脈注射等での投与は、大量の薬剤を必要とし、一般に高価な蛍光物質を大量に消費してしまうという不都合がある。
また、全身投与であるために、腫瘍部位への蓄積に時間を要する。また、例えば、消化器各部位に対しする蓄積時間に時間差が生ずるため、見たい瞬間に見ることができないという問題がある。
さらに、一般に、蛍光の強度は非常に弱いので、ノイズ等によって蛍光画像の画質が劣化しがちであるという問題もある。
また、全身投与であるために、腫瘍部位への蓄積に時間を要する。また、例えば、消化器各部位に対しする蓄積時間に時間差が生ずるため、見たい瞬間に見ることができないという問題がある。
さらに、一般に、蛍光の強度は非常に弱いので、ノイズ等によって蛍光画像の画質が劣化しがちであるという問題もある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、病変の有無を短時間で確認できる蛍光色素／プローブを生体内に効率的に適用して光学的に検出し、鮮明な蛍光画像を得ることができる内視鏡システムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の撮影対象の画像を取得する内視鏡システムであって、前記撮影対象内部の特定の物質と結合または当該撮影対象内部に蓄積される蛍光薬剤を前記撮影対象に向けて吐出する薬剤吐出手段と、該薬剤吐出手段を制御する吐出制御手段と、前記蛍光薬剤を励起させるための励起光および該励起光とは異なる分光特性の照射光を発する光源部と、該光源部からの前記励起光および照射光を前記撮影対象に向けて伝播する光学系と、前記体腔内に入れられる部位に設けられるとともに、前記励起光によって前記撮影対象から放射される蛍光および前記照射光によって前記撮影対象から放射される当該蛍光とは異なる波長帯域の光とを撮影可能な撮像手段とを備え、前記吐出制御手段により前記蛍光薬剤の前記撮影対象に向けて吐出される前に、前記撮影対象に対し前記照射光が照射されるよう制御する内視鏡システムを提供する。
本発明は、生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の撮影対象の画像を取得する内視鏡システムであって、前記撮影対象内部の特定の物質と結合または当該撮影対象内部に蓄積される蛍光薬剤を前記撮影対象に向けて吐出する薬剤吐出手段と、該薬剤吐出手段を制御する吐出制御手段と、前記蛍光薬剤を励起させるための励起光および該励起光とは異なる分光特性の照射光を発する光源部と、該光源部からの前記励起光および照射光を前記撮影対象に向けて伝播する光学系と、前記体腔内に入れられる部位に設けられるとともに、前記励起光によって前記撮影対象から放射される蛍光および前記照射光によって前記撮影対象から放射される当該蛍光とは異なる波長帯域の光とを撮影可能な撮像手段とを備え、前記吐出制御手段により前記蛍光薬剤の前記撮影対象に向けて吐出される前に、前記撮影対象に対し前記照射光が照射されるよう制御する内視鏡システムを提供する。
上記発明においては、前記撮影対象から放射される前記蛍光とは波長帯域の異なる光は、前記照射光の可視帯域の反射光であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記撮影対象から放射される前記蛍光とは異なる波長帯域の光は、前記撮影対象内部に生来存在する物質が前記照射光により励起されて発せられる可視帯域の光であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記撮影対象から放射される前記蛍光とは異なる波長帯域の光は、前記撮影対象内部に生来存在する物質が前記照射光により励起されて発せられる可視帯域の光であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記蛍光薬剤が、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブまたはシアニン系化合物を有する蛍光プローブを含むこととしてもよい。
さらに、上記発明においては、前記撮影対象の表面の洗浄のために該撮影対象に向けて洗浄用水を吐出する洗浄用水吐出手段をさらに備え、該洗浄用水吐出手段による前記撮影対象の表面の洗浄後に、前記照射光の前記撮影対象に対する照射を終了することとしてもよい。
さらに、上記発明においては、前記撮影対象の表面の洗浄のために該撮影対象に向けて洗浄用水を吐出する洗浄用水吐出手段をさらに備え、該洗浄用水吐出手段による前記撮影対象の表面の洗浄後に、前記照射光の前記撮影対象に対する照射を終了することとしてもよい。
本発明によれば、癌／腫瘍の細胞、組織を正常細胞、組織と区別して選択的に染色し、病変の有無を短時間で確認できる蛍光色素／プローブを生体内に効率的に適用して光学的に検出し、鮮明な蛍光画像を得ることができるという効果を奏する。
以下、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システム１について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部２と、該挿入部２内に配置される撮像ユニット（撮像手段）３と、複数種の光を発する光源ユニット（光源部）４と、挿入部２の先端２ａから吐出させる液体を供給する送液ユニット２０と、前記撮像ユニット３、光源ユニット４および送液ユニット２０を制御する制御ユニット（制御手段）５と、撮像ユニット３により取得された画像を表示する表示ユニット（出力手段）６とを備えている。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部２と、該挿入部２内に配置される撮像ユニット（撮像手段）３と、複数種の光を発する光源ユニット（光源部）４と、挿入部２の先端２ａから吐出させる液体を供給する送液ユニット２０と、前記撮像ユニット３、光源ユニット４および送液ユニット２０を制御する制御ユニット（制御手段）５と、撮像ユニット３により取得された画像を表示する表示ユニット（出力手段）６とを備えている。
前記挿入部２は、生体の体腔に挿入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部に、前記撮像ユニット３および前記光源ユニット４からの光を先端２ａまで伝播するライトガイド（導光光学系）７とを備えている。
前記光源ユニット４は、体腔内の観察対象を照明し、観察対象において反射して戻る反射光を取得するための照明光（照射光）を発する照明光用光源８と、体腔内の観察対象に照射され、観察対象内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光用光源９と、これらの光源８，９を制御する光源制御回路１０とを備えている。
前記光源ユニット４は、体腔内の観察対象を照明し、観察対象において反射して戻る反射光を取得するための照明光（照射光）を発する照明光用光源８と、体腔内の観察対象に照射され、観察対象内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光用光源９と、これらの光源８，９を制御する光源制御回路１０とを備えている。
前記照明光用光源８は、例えば、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４２０〜４５０ｎｍである。すなわち、照明光用光源８は、波長帯域４２０〜４５０ｎｍの照明光を発生するようになっている。
前記励起光用光源９は、例えば、ピーク波長４９０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザ（または４８８±５ｎｍの励起光を出射するアルゴンレーザ）である。この波長の励起光は、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを励起することができる。
フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブの化学式は、化１に示す一般式（１）の通りである。
フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブの化学式は、化１に示す一般式（１）の通りである。
式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に置換基を有していてもよいＣ１〜Ｃ４アルキル基、置換基を有していてもよいＣ２〜Ｃ４アルケニル基、置換基を有していてもよいＣ２〜Ｃ４アルキニル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいヘテロアリール基を示す。これにより、一般式（１）で表される化合物を含む腫瘍細胞または腫瘍組織選択的な蛍光染色剤が提供される。
上記発明の好ましい態様によれば、Ｒ１およびＲ２がそれぞれ独立にＣ１〜Ｃ４アルキル基、Ｃ２〜Ｃ４アルケニル基、アリール基、またはヘテロアリール基である上記の蛍光染色剤；Ｒ１およびＲ２がそれぞれ独立にＣ１〜Ｃ４アルキル基またはＣ２〜Ｃ４アルケニル基である上記の蛍光染色剤；Ｒ１およびＲ２がそれぞれ独立にＣ１〜Ｃ３アルキル基またはＣ２〜Ｃ３アルケニル基である上記の蛍光染色剤；並びにＲ１およびＲ２が−ＣＨ＝ＣＨ２である上記の蛍光染色剤が提供される。
一般式（１）において、アリール基としては単環性または縮合多環性の芳香族炭化水素基を用いることができ、例えば、フェニル基、ナフチル基などが挙げられる。ヘテロアリール基としては、環構成原子として１個または２個以上のヘテロ原子を含む単環性または縮合多環性の芳香族基を用いることができる。ヘテロ原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子、またはイオウ原子などが挙げられ、２個以上のヘテロ原子を含む場合には、それらは同一でも異なっていてもよい。より具体的には、フリル基、チエニル基、ピロール基、ピリジル基、イミダゾリル基、ピリミジル基などを挙げることができる。
一般式（１）で表される代表的な化合物として、Ｒ１およびＲ２がメチル基である化合物（フルオレセインジアセテート：ＦＤＡ）、Ｒ１およびＲ２がビニル基である化合物（フルオレセインジアクリレート：ＦＤＡｃｒ）、Ｒ１およびＲ２がエチル基である化合物（ＦＤＰ）、Ｒ１およびＲ２がｎ−プロピル基である化合物（ＦＤＢ）、Ｒ１およびＲ２がｎ−ブチル基である化合物（ＦＤＣ）、Ｒ１およびＲ２がフェニル基である化合物（ＦＤＢｚ）、およびＲ１およびＲ２が２−フリル基である化合物（ＦＤＦｕ）などを挙げることができるが、これらに限定されることはない。
前記光源制御回路１０は、後述するタイミングチャートに従う所定のタイミングで、照明光用光源８と励起光用光源９とを交互に点灯および消灯させるようになっている。
前記撮像ユニット３は、図２に示されるように、観察対象Ａから入射される光を集光する撮像光学系１１と、観察対象Ａから入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ１２と、制御ユニット５の作動により分光特性を変化させられる可変分光素子（可変分光手段）１３と、撮像光学系１１により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子１４とを備えている。
前記撮像ユニット３は、図２に示されるように、観察対象Ａから入射される光を集光する撮像光学系１１と、観察対象Ａから入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ１２と、制御ユニット５の作動により分光特性を変化させられる可変分光素子（可変分光手段）１３と、撮像光学系１１により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子１４とを備えている。
前記可変分光素子１３は、平行間隔を空けて配置され対向面に反射膜が設けられた２枚の平板状の光学部材１３ａ，１３ｂと、該光学部材１３ａ，１３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ１３ｃとを備えるエタロン型の光学フィルタである。アクチュエータ１３ｃは、例えば、圧電素子である。この可変分光素子１３は、アクチュエータ１３ｃの作動により光学部材１３ａ，１３ｂの間隔寸法を変化させることで、その透過する光の波長帯域を変化させることができるようになっている。
さらに具体的には、可変分光素子１３は、図３に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１３の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１３の状態に応じて透過率特性が変化するようになっている。
本実施形態において、可変分光素子１３は、赤色の波長帯域（例えば、５６０〜６００ｎｍ）に可変透過帯域を備えている。そして、可変分光素子１３は、制御ユニット５からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。
第１の状態は、可変透過帯域での透過率を第２の状態と比較して十分に低下させ、薬剤蛍光を透過する状態である。第２の状態は、可変透過帯域の透過率を５０％以上に増大させ、照明光の反射光を透過させる状態である。第１の状態は、図３に示されるように、可変透過帯域の透過率を第２の状態と比較して十分に低下させることで、薬剤蛍光取得時にノイズとなる可変透過帯域で発生する生体の自家蛍光を遮断し、主に固定透過帯域で発生する薬剤蛍光を透過させることができる。第２の状態は、例えば、図３に示すように、固定透過帯域を４２０〜５６０ｎｍ、可変透過帯域を５６０〜６００ｎｍと設定することで、白色観察に必要な青色、緑色および赤色を透過させることができる。
照明光は、例えば、図３に示されるように、血管の情報を反映する４２０〜４５０ｎｍである。また、照明光としては、生体の光吸収特性が低く表面形状を青色より反映する赤色（５８０〜５９０ｎｍ）を使用してもよい。
照明光は、例えば、図３に示されるように、血管の情報を反映する４２０〜４５０ｎｍである。また、照明光としては、生体の光吸収特性が低く表面形状を青色より反映する赤色（５８０〜５９０ｎｍ）を使用してもよい。
固定透過帯域は、例えば、４２０〜５６０ｎｍの範囲に配置され、透過率６０％以上に固定されている。
また、固定透過帯域は、照明光に対する反射光の波長を含む波長帯域に位置し、上記第１および第２の状態のいずれの場合においても反射光を撮像素子１４に向けて透過させることができるようになっている。
また、固定透過帯域は、照明光に対する反射光の波長を含む波長帯域に位置し、上記第１および第２の状態のいずれの場合においても反射光を撮像素子１４に向けて透過させることができるようになっている。
また、前記励起光カットフィルタ１２は、４２０〜４７０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、４８０〜５００ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、５２０〜７５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上である。
前記制御ユニット５は、図１に示されるように、撮像素子１４を駆動制御する撮像素子駆動回路１５と、可変分光素子１３を駆動制御する可変分光素子制御回路１６と、後述するバルブ制御回路２５と、撮像素子１４により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ１７と、該フレームメモリ１７に記憶された画像情報を処理して表示ユニット６の出力する画像処理回路１８とを備えている。
撮像素子駆動回路１５および可変分光素子制御回路１６は、前記光源制御回路１０に接続され、光源制御回路１０による照明光用光源８および励起光用光源９の切り替えに同期して可変分光素子１３および撮像素子１４を駆動制御するようになっている。
具体的には、図４のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１０の作動により、励起光用光源９から励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第１の状態として、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第１のフレームメモリ１７ａに出力させるようになっている。また、照明光用光源８から照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第２の状態として、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第２のフレームメモリ１７ｂに出力するようになっている。
具体的には、図４のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１０の作動により、励起光用光源９から励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第１の状態として、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第１のフレームメモリ１７ａに出力させるようになっている。また、照明光用光源８から照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第２の状態として、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第２のフレームメモリ１７ｂに出力するようになっている。
また、前記画像処理回路１８は、例えば、励起光の照射により得られる蛍光画像情報を第１のフレームメモリ１７ａから受け取って表示ユニット６の赤チャネルに出力し、照明光の照射により得られる反射光画像情報を第２のフレームメモリ１７ｂから受け取って表示ユニット６の緑チャネルに出力するようになっている。
前記送液ユニット２０は、患部洗浄用の洗浄用水を貯留する第１のタンク２１と、蛍光色素／プローブ液を貯留する第２のタンク２２と、これらのタンク２１，２２からの液体を選択的に供給／停止するバルブ２３と、該バルブ２３に接続され、前記挿入部２に沿って、先端２ａまで供給する送液チューブ２４と、前記制御ユニット５内に配置され、前記バルブ２３を制御するバルブ制御回路２５とを備えている。バルブ２３は、例えば、３方弁により構成されている。送液チューブ２４は、その先端２４ａを挿入部２の先端２ａに配置され、送られてきた洗浄用水または蛍光色素／プローブ液を観察対象Ａに向けて散布することができるようになっている。送液チューブ２４としては、挿入部２に設けられた鉗子チャネルを利用することとしてもよい。
バルブ制御回路２５は、前記光源制御回路１０に接続されている。バルブ制御回路２５は、図５に示されるように、少なくとも第２のタンク２２内に貯留されている蛍光色素／プローブ液を散布する作業を、励起光用光源９からの励起光の照射に同期して行わせるようになっている。
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、蛍光薬剤を体内に注入するとともに、挿入部２を体腔内に挿入し、その先端２ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４および制御ユニット５を作動させ、光源制御回路１０の作動により、照明光用光源８および励起光用光源９を交互に作動させて照明光および励起光をそれぞれ発生させる。
本実施形態に係る内視鏡システム１を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、蛍光薬剤を体内に注入するとともに、挿入部２を体腔内に挿入し、その先端２ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４および制御ユニット５を作動させ、光源制御回路１０の作動により、照明光用光源８および励起光用光源９を交互に作動させて照明光および励起光をそれぞれ発生させる。
光源ユニット４において発生した励起光および照明光は、それぞれライトガイド７を介して挿入部２の先端２ａまで伝播され、挿入部２の先端２ａから撮影対象Ａに向けて照射される。
励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに浸透している蛍光薬剤が励起されて蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１１により集光され励起光カットフィルタ１２を透過し可変分光素子１３に入射される。
励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに浸透している蛍光薬剤が励起されて蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１１により集光され励起光カットフィルタ１２を透過し可変分光素子１３に入射される。
可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により励起光用光源９の作動に同期して第１の状態に切り替えられているので、蛍光の波長帯域を含む帯域の透過率が十分に増大させられており、入射された蛍光を透過させることができる。この場合に、撮影対象Ａに照射された励起光の一部が、撮影対象Ａにおいて反射され、蛍光とともに撮像ユニット３に入射されるが、撮像ユニット３には励起光カットフィルタ１２が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子１４に入射されることが阻止される。
そして、可変分光素子１３を透過した蛍光は撮像素子１４に入射され、蛍光画像情報が取得される。取得された蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ１７ａに記憶され、画像処理回路１８によって、表示ユニット６の赤チャネルに出力されて表示ユニット６により表示される。
一方、照明光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａの表面において照明光が反射され、撮像光学系１１により集光されて励起光カットフィルタ１２を透過し、可変分光素子１３に入射される。照明光の反射光の波長帯域は、可変分光素子１３の固定透過帯域に位置しているので、可変分光素子１３に入射された反射光は全て可変分光素子１３を透過させられる。
そして、可変分光素子１３を透過した反射光は撮像素子１４に入射され、反射光画像情報が取得される。取得された反射光画像情報は、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶され、画像処理回路１８によって、表示ユニット６の緑チャネルに出力されて表示ユニット６により表示される。
この場合に、可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により照明光用光源８の作動に同期して第２の状態に切り替えられているので、蛍光の波長帯域における透過率が低下させられており、蛍光が入射されても、これを遮断する。これにより、反射光のみが撮像素子１４により撮影される。
この場合に、可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により照明光用光源８の作動に同期して第２の状態に切り替えられているので、蛍光の波長帯域における透過率が低下させられており、蛍光が入射されても、これを遮断する。これにより、反射光のみが撮像素子１４により撮影される。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１においては、光源制御回路１０およびバルブ制御回路２５の作動により、蛍光観察に先立って、反射光観察が行われる。反射光観察においては、光源制御回路１０は、照明光用光源８を作動させ、照明光を観察対象に向けて照射する。
そして、反射光観察から蛍光観察に切り替える際には、励起光の照射に先立って、バルブ制御回路２５は、照明光用光源８が照明光を照射している状態で、バルブ２３を第１のタンク２１側に切り替える。これにより、第１のタンク２１に貯留されている洗浄用水が送液チューブ２４の先端２４ａから観察対象Ａに向けて吐出され、観察対象Ａの表面が洗浄される。
この場合において、本実施形態によれば、照明光用光源８が照明光を照射している状態で観察対象Ａを洗浄するので、患部を容易に確認でき、蛍光色素を散布したい部位を確認しながら洗浄することができる。
この場合において、本実施形態によれば、照明光用光源８が照明光を照射している状態で観察対象Ａを洗浄するので、患部を容易に確認でき、蛍光色素を散布したい部位を確認しながら洗浄することができる。
その後、光源制御回路１０により励起光用光源９が作動されて、励起光が観察対象Ａに照射されると、バルブ制御回路２５は光源制御回路１０からの信号を受けて、バルブ２３を第２のタンク２２側に切り替える。これにより、第２のタンク２２に貯留されている蛍光薬剤が送液チューブ２４の先端２４ａから観察対象Ａに向けて吐出される。
この場合において、本実施形態によれば、蛍光観察に先だって行われる反射光観察により、蛍光観察を行うべき部位を特定しているので、必要な部位に少量の蛍光色素を的確に散布することができる。また、蛍光色素を散布する際には、励起光用光源９が作動されて、励起光が照射されているので、蛍光色素が透明な場合においても、散布の状況を確認しながら確実に局所的に蛍光色素を散布し、投与することができる。
この場合において、本実施形態によれば、蛍光観察に先だって行われる反射光観察により、蛍光観察を行うべき部位を特定しているので、必要な部位に少量の蛍光色素を的確に散布することができる。また、蛍光色素を散布する際には、励起光用光源９が作動されて、励起光が照射されているので、蛍光色素が透明な場合においても、散布の状況を確認しながら確実に局所的に蛍光色素を散布し、投与することができる。
このように、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、内視鏡観察下において、癌かどうか疑わしい部位に確実にエステラーゼ感受性蛍光プローブを散布することで、即時に、癌か否かを確認することができる。この場合に、エステラーゼ感受性蛍光プローブが血中経由で全身に回ることがなく、少量で即座に腫瘍部位を特定でき、見たい瞬間に検出して見ることが可能となる。すなわち、経口投与や静脈注射等での投与（大量の薬剤投与）に対して、高価な蛍光薬剤を必要最小限に抑えることができ、観察にかかるコストを低減することができる。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、蛍光画像と反射光画像とを合成した画像を使用者に提供することができる。
この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、平板状の光学部材１３ａ，１３ｂの間隔を変更するだけで光の透過率特性を変化させる可変分光素子１３を用いているので、極めて小型の可変分光素子１３および撮像素子１４を挿入部２先端２ａに配置することができる。したがって、撮影対象Ａからの蛍光や反射光をファイババンドルを用いて体外に取り出す必要がない。
本実施形態に記載された装置は、ノイズなどで画質が劣化しがちな微弱な蛍光画像のみならず、他の画像の取得もできるので、効率的に患部を確認することができる。
この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、平板状の光学部材１３ａ，１３ｂの間隔を変更するだけで光の透過率特性を変化させる可変分光素子１３を用いているので、極めて小型の可変分光素子１３および撮像素子１４を挿入部２先端２ａに配置することができる。したがって、撮影対象Ａからの蛍光や反射光をファイババンドルを用いて体外に取り出す必要がない。
本実施形態に記載された装置は、ノイズなどで画質が劣化しがちな微弱な蛍光画像のみならず、他の画像の取得もできるので、効率的に患部を確認することができる。
また、本実施形態においては、光源ユニット４における複数の光源８，９の切替と同期させて可変分光素子１３の状態を切り替えるので、波長帯域の異なる複数種の光を同一の撮像素子１４により撮影することができる。したがって、蛍光や反射光に対応した複数の撮影光学系を設ける必要がない。その結果、挿入部２を細径化することができる。
また、生体の体腔内であっても生体組織を透過する外光が存在するため、特に蛍光観察のように微弱な光を観察する際にはノイズを低減することが重要であるが、本実施形態においては、撮像ユニット３に可変分光素子１３を設けることによって、観察する波長帯域が変わっても常に観察対象の波長以外の光を遮光することができるため、ノイズを低減した良好な画像を得ることができる。
さらに、本実施形態においては、照明光用光源８が、波長帯域４２０〜４５０ｎｍの照明光を発生する。この波長帯域は、ヘモグロビンの吸収帯域を含んでいるので、その反射光を撮像すると生体の表面に比較的近い血管の構造等の情報を取得することができる。
一般に、生体においては長波長ほど散乱の影響を受けにくく、生体の深部で発生した蛍光であっても観察し易い。しかし、波長１μｍ以上の光は水分の吸収によって減衰してしまい観測が困難になる。したがって、本実施形態に係る内視鏡システム１のように、近赤外域の蛍光を発する蛍光色素を利用することにより、生体内の情報、特に粘膜付近から発生するガン等の病変の情報を効率的に取得することが可能となる。
なお、本実施形態に係る内視鏡システム１においては、撮像ユニット３において、挿入部２先端２ａ側から撮像光学系１１、励起光カットフィルタ１２および可変分光素子１３の順に配列したが、これらの部品の配列順序はこれに限定されるものではなく、任意の配列順序を採用することができる。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１においては、蛍光色素／プローブとして、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを採用したが、これに代えて、上記一般式（１）で示される化合物とともに、または上記一般式（１）で示される化合物に代えて、トリカルボシアニン骨格を有する蛍光プローブ等、シアニン系化合物を用いてもよく、このような診断薬、造影剤も本発明により提供される。
この場合において、可変分光素子１３は、図６に示されるように、蛍光色素／プローブが励起光により励起されることによって発せられる蛍光（薬剤蛍光）の波長を含む波長帯域（例えば、７６０〜８００ｎｍ）に可変透過帯域を備えている。そして、可変分光素子１３の第１の状態は、可変透過帯域での透過率を５０％以上に増大させ、薬剤蛍光を透過させる状態であり、第２の状態は、可変透過帯域の波長帯域を、例えば、５６０〜６００ｎｍに移動させ、薬剤蛍光を遮断する状態である。
また、前記励起光カットフィルタ１２は、４２０〜７１０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、７３０〜７５０ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、７７０〜８５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上である。
前記励起光用光源９は、例えば、ピーク波長７４０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光は、トリカルボシアニン骨格の蛍光プローブ等、シアニン系の蛍光色素／プローブを励起することができる。
このようにすることで、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを用いた場合と同様の効果を達成することができる。
このようにすることで、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを用いた場合と同様の効果を達成することができる。
一般的には、生体の体腔内画像を撮影する場合、反射光画像の輝度に比べて薬剤蛍光画像のそれは極めて小さくなる。その結果、撮像素子１４に入射する光の量（露光量）を、反射光画像または薬剤蛍光画像を取得するときごとに適宜調整することが必要となることも考えられる。
このため、上記の蛍光内視鏡システムは、撮像素子１４で測定した画像の明るさに応じて動作し、画像の明るさをあらかじめ設定された所定の目標値に近づける画像輝度調整を行うために、制御ユニット５が光源ユニット４の照射光（励起光）および可変分光素子１３の分光特性の切り替えに加えて、撮影時の撮像ユニット３（撮像素子１４）の露光量の調整を行うことが望ましい。具体的には、この露光量の調整のために、光源部４からの照明光（励起光）の調光（発光強度または発光持続時間の調整）、撮像ユニット５の露出（シャッタ速度または絞りの調整）または撮像ユニット５の増幅率の調整のうち、いずれか一つまたは複数の調整が行われることが望ましい。
特に、画像内全体が比較的明るい反射光画像と蛍光領域が薬剤の塗布（投与）されている領域に限定される薬剤蛍光画像との組み合わせなど、輝度および高輝度領域（明るい領域）が極端に異なる複数の画像から、一つの画像を構築する場合にはこのような調整は重要性を増す。
また、この画像輝度調整時に測定する画像の明るさは、画像全体あるいはその一部の平均値を画像の明るさとするモード・平均測光モードで測定された値でもよいし、画像全体あるいはその一部の領域の中での最大値を画像の明るさとするモード・ピーク測光モードで測定された値でもよい。
さらに、反射光画像取得時には平均測光モード、薬剤蛍光画像取得時にはピーク測光モードとなるように、図７に示すタイミングチャートに従う所定のタイミングで、画像の明るさを測定するモードが光源制御回路および可変分光素子制御回路と関連づけて制御されることが、さらによい。
さらに、反射光画像取得時には平均測光モード、薬剤蛍光画像取得時にはピーク測光モードとなるように、図７に示すタイミングチャートに従う所定のタイミングで、画像の明るさを測定するモードが光源制御回路および可変分光素子制御回路と関連づけて制御されることが、さらによい。
なぜなら、反射光画像取得時には画像全体に被写体が写っており、画像全体にわたって比較的明るい領域が形成されている場合が多く、平均測光モードが有効であるからである。このような反射光画像に対してピーク測光を行うと、生体の粘液の反射など極端に明るい領域を目標値に近づけようと輝度調整を行ってしまうため、観察対象が暗くなってしまう。
一方、薬剤蛍光画像取得時には蛍光薬剤が塗布（投与）された部分のみに蛍光の発生が限定され、画像の多くが蛍光発光の無い暗い領域となり、画像の一部に薬剤蛍光が見られる画像となることが多くなるため、ピーク測光モードが有効である。
平均測光を行うと、画像の多くを占める暗い領域を含めて目標の明るさに近づけようと調整するため、蛍光が発光していない領域のノイズが強調されてしまい観察し難い画像となってしまう。
平均測光を行うと、画像の多くを占める暗い領域を含めて目標の明るさに近づけようと調整するため、蛍光が発光していない領域のノイズが強調されてしまい観察し難い画像となってしまう。
次に、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システム１′について、図８〜図１０を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る内視鏡システム１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る内視鏡システム１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る内視鏡システム１′は、光源ユニット４′の構成、可変分光素子１３および励起光カットフィルタ１２の透過率特性において、第１の実施形態に係る内視鏡システム１と相違している。
本実施形態に係る内視鏡システム１′の光源ユニット４′は、図８に示されるように、２つの励起光用光源３１，３２を備えている。
本実施形態に係る内視鏡システム１′の光源ユニット４′は、図８に示されるように、２つの励起光用光源３１，３２を備えている。
第１の励起光用光源３１は、ピーク波長４９０±５ｎｍの第１の励起光を発生する半導体レーザである。この半導体レーザが出射する第１の励起光により、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを励起することができる。
第２の励起光用光源３２は、ピーク波長４０５±５ｎｍの第２の励起光を発生する半導体レーザである。この波長の第２の励起光により、コラーゲン、ＮＡＤＨ、ＦＡＤ等の生体自家蛍光を励起することができる。
第２の励起光用光源３２は、ピーク波長４０５±５ｎｍの第２の励起光を発生する半導体レーザである。この波長の第２の励起光により、コラーゲン、ＮＡＤＨ、ＦＡＤ等の生体自家蛍光を励起することができる。
また、可変分光素子１３は、図９に示されるように、薬剤蛍光と、自家蛍光の短波長帯域を含む固定透過帯域で透過率が高く、自家蛍光の長波長帯域で透過率が低い第１の状態と、自家蛍光の長波長帯域と固定透過帯域で透過率が高い第２の状態とが切り替えられる可変透過帯域とを備えている。
第１の状態は、薬剤蛍光を透過させる状態であり、可変透過帯域の透過率を第２の状態と比較して十分に低減させることによって、薬剤蛍光取得時にノイズとなる可変透過帯域で発生する自家蛍光を遮断する。
第１の状態は、薬剤蛍光を透過させる状態であり、可変透過帯域の透過率を第２の状態と比較して十分に低減させることによって、薬剤蛍光取得時にノイズとなる可変透過帯域で発生する自家蛍光を遮断する。
固定透過帯域は、例えば、４２０〜５６０ｎｍの波長帯域で、透過率６０％以上である。可変透過帯域は、５６０〜６００ｎｍの波長帯域で、第２の状態においては透過率５０％以上、第１の状態においては可変透過帯域の波長帯域が固定透過帯域内に移動するようになっている。また、可変透過帯域は、自家蛍光成分の１つであるポルフィリンのピーク波長を含む波長帯域（例えば、６２０〜６６０ｎｍ）でもよい。
前記励起光カットフィルタ１２は、３９５〜４１５ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（１×１０−４以下）、４３０〜４６０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、４８０〜５００ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（１×１０−４以下）、５２０〜７５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上である。
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム１′によれば、光源制御回路１０の作動により第１の励起光用光源３１から第１の励起光が発せられるときには、第２の励起光用光源３２の作動は停止され、第１の励起光のみが撮影対象Ａに照射される。また、このとき、第１の励起光用光源３１の作動に同期して可変分光素子制御回路１６により可変分光素子１３が第１の状態に切り替えられるので、撮影対象Ａにおいて発生した薬剤蛍光が可変分光素子１３を透過して撮像素子１４により撮像され、薬剤蛍光画像情報が第１のフレームメモリ１７ａに記憶される。
一方、光源制御回路１０の作動により第２の励起光用光源３２から第２の励起光が発せられるときには、第１の励起光用光源３１の作動は停止され、第２の励起光のみが撮影対象Ａに照射される。また、このとき、第２の励起光用光源３２の作動に同期して可変分光素子制御回路１６により可変分光素子１３が第２の状態に切り替えられるので、撮影対象Ａにおいて発生した自家蛍光が可変分光素子１３を透過して撮像素子１４により撮像され、自家蛍光画像情報が第２のフレームメモリ１７ｂに記憶される。
第１のフレームメモリ１７ａに記憶された薬剤蛍光画像情報は、画像処理回路１８によって、例えば、表示ユニット６の赤チャネルに出力され表示ユニット６により表示される。
一方、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶された自家蛍光画像情報は、画像処理回路１８によって、例えば、表示ユニット６の緑チャネルに出力されて表示ユニット６により表示される。これにより、薬剤蛍光画像と自家蛍光画像とを合成した画像を使用者に提供し、異なる情報を持つ複数の画像を取得する蛍光内視鏡システム１′を提供することができる。
一方、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶された自家蛍光画像情報は、画像処理回路１８によって、例えば、表示ユニット６の緑チャネルに出力されて表示ユニット６により表示される。これにより、薬剤蛍光画像と自家蛍光画像とを合成した画像を使用者に提供し、異なる情報を持つ複数の画像を取得する蛍光内視鏡システム１′を提供することができる。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１′においても、光源制御回路１０およびバルブ制御回路２５の作動により、薬剤蛍光観察に先立って、自家蛍光観察が行われる。自家蛍光観察においては、光源制御回路１０は、第２の励起光用光源３２を作動させ、第２の励起光を観察対象に向けて照射する。
そして、自家蛍光観察から薬剤蛍光観察に切り替える際には、第１の励起光の照射に先立って、バルブ制御回路２５は、第２の励起光用光源３２が第２の励起光を照射している状態で、バルブ２３を第１のタンク２１側に切り替える。これにより、第１のタンク２１に貯留されている洗浄用水が送液チューブ２４の先端２４ａから観察対象Ａに向けて吐出され、観察対象Ａの表面が洗浄される。
この場合において、本実施形態によれば、第２の励起効用光源３２が第２の励起光を照射している状態で観察対象Ａを洗浄するので、自家蛍光により患部を容易に確認でき、蛍光色素を散布したい部位を確認しながら洗浄することができる。
この場合において、本実施形態によれば、第２の励起効用光源３２が第２の励起光を照射している状態で観察対象Ａを洗浄するので、自家蛍光により患部を容易に確認でき、蛍光色素を散布したい部位を確認しながら洗浄することができる。
その後、光源制御回路１０により第１の励起光用光源３１が作動されて、第１の励起光が観察対象Ａに照射されると、バルブ制御回路２５は光源制御回路１０からの信号を受けて、バルブ２３を第２のタンク２２側に切り替える。これにより、第２のタンク２２に貯留されている蛍光薬剤が送液チューブ２４の先端２４ａから観察対象Ａに向けて吐出される。
この場合において、本実施形態によれば、蛍光観察に先だって行われる自家蛍光観察により、蛍光観察を行うべき部位を特定しているので、必要な部位に少量の蛍光色素を的確に散布することができる。また、蛍光色素を散布する際には、第１の励起光用光源３１が作動されて、第１の励起光が照射されているので、蛍光色素が透明な場合においても、散布の状況を確認しながら確実に局所的に蛍光色素を散布し、投与することができる。
この場合において、本実施形態によれば、蛍光観察に先だって行われる自家蛍光観察により、蛍光観察を行うべき部位を特定しているので、必要な部位に少量の蛍光色素を的確に散布することができる。また、蛍光色素を散布する際には、第１の励起光用光源３１が作動されて、第１の励起光が照射されているので、蛍光色素が透明な場合においても、散布の状況を確認しながら確実に局所的に蛍光色素を散布し、投与することができる。
このように、本実施形態に係る内視鏡システム１′によれば、内視鏡観察下において、癌かどうか疑わしい部位に確実にエステラーゼ感受性蛍光プローブを散布することで、即時に、癌か否かを確認することができる。この場合に、エステラーゼ感受性蛍光プローブが血中経由で全身に回ることがなく、少量で即座に腫瘍部位を特定でき、見たい瞬間に検出して見ることが可能となる。すなわち、経口投与や静脈注射等での投与（大量の薬剤投与）に対して、高価な蛍光薬剤を必要最小限に抑えることができ、観察にかかるコストを低減することができる。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１′においては、蛍光色素／プローブとして、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを採用したが、これに代えて、トリカルボシアニン骨格を有する蛍光プローブ等、シアニン系の蛍光色素／プローブを採用することとしてもよい。
この場合において、可変分光素子１３は、図１１に示されるように、蛍光色素／プローブが励起光により励起されることによって発せられる蛍光（薬剤蛍光）の波長を含む波長帯域（例えば、７６０〜８００ｎｍ）に可変透過帯域を備えている。そして、可変分光素子１３の第１の状態は、可変透過帯域での透過率を５０％以上に増大させ、薬剤蛍光を透過させる状態であり、第２の状態は、可変透過帯域の波長帯域を、例えば、５６０〜６００ｎｍに移動させ、薬剤蛍光を遮断し、自家蛍光を透過させる状態である。
また、前記励起光カットフィルタ１２は、３９５〜４１５ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（１×１０−４以下）、４２０〜７１０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、７３０〜７５０ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、７７０〜８５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上である。
第１の励起光用光源３１は、例えば、ピーク波長７４０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光は、トリカルボシアニン骨格を有する蛍光プローブ等のシアニン系の蛍光色素／プローブを励起することができる。
このようにすることで、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを用いた場合と同様の効果を達成することができる。
このようにすることで、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブを用いた場合と同様の効果を達成することができる。
なお、本発明の蛍光内視鏡システム１，１′は、生体の体腔内に挿入する挿入部２の先端に撮像手段１４を有するスコープ型のものに限られるものではなく、光源部、撮像手段および可変分光手段が一つの筐体内に設けられ、該筐体ごと生体の体腔内に挿入可能なカプセル型のものに適用してもよい。
Ａ 撮影対象
１，１′ 内視鏡システム
２ 挿入部
４，４′ 光源ユニット（光源部）
５，５′ 制御ユニット（制御手段）
７ ライトガイド（光学系）
１４ 撮像素子（撮像手段）
２０ 送液ユニット（薬剤吐出手段）
２５ バルブ制御回路（吐出制御手段）
１，１′ 内視鏡システム
２ 挿入部
４，４′ 光源ユニット（光源部）
５，５′ 制御ユニット（制御手段）
７ ライトガイド（光学系）
１４ 撮像素子（撮像手段）
２０ 送液ユニット（薬剤吐出手段）
２５ バルブ制御回路（吐出制御手段）
Claims (5)
- 生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の撮影対象の画像を取得する内視鏡システムであって、
前記撮影対象内部の特定の物質と反応または当該撮影対象内部に蓄積される蛍光薬剤を前記撮影対象に向けて吐出する薬剤吐出手段と、
該薬剤吐出手段を制御する吐出制御手段と、
前記蛍光薬剤を励起させるための励起光および該励起光とは異なる分光特性の照射光を発する光源部と、
該光源部からの前記励起光および照射光を前記撮影対象に向けて伝播する光学系と、
前記体腔内に入れられる部位に設けられるとともに、前記励起光によって前記撮影対象から放射される蛍光および前記照射光によって前記撮影対象から放射される当該蛍光とは異なる波長帯域の光とを撮影可能な撮像手段とを備え、
前記吐出制御手段により前記蛍光薬剤の前記撮影対象に向けて吐出される前に、前記撮影対象に対し前記照射光が照射されるよう制御する内視鏡システム。 - 前記撮影対象から放射される前記蛍光とは波長帯域の異なる光は、前記照射光の可視帯域の反射光である請求項１に記載の内視鏡システム。
- 前記撮影対象から放射される前記蛍光とは異なる波長帯域の光は、前記撮影対象内部に生来存在する物質が前記照射光により励起されて発せられる可視帯域の光である請求項１に記載の内視鏡システム。
- 前記蛍光薬剤が、フルオレセイン骨格を有するエステラーゼ感受性蛍光プローブまたはシアニン系化合物を有する蛍光プローブを含む請求項１に記載の内視鏡システム。
- 前記撮影対象の表面の洗浄のために該撮影対象に向けて洗浄用水を吐出する洗浄用水吐出手段をさらに備え、
該洗浄用水吐出手段による前記撮影対象の表面の洗浄後に、前記照射光の前記撮影対象に対する照射を終了する請求項１に記載の内視鏡システム。
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