JP2009153621A - 生体観察装置および内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体組織、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織の深部に存在する血管をより鮮明に検出する
【解決手段】血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長の照明光を選択的に出射可能な光源部４と、該光源部４からの照明光を被写体に照射する照射光学系７と、該照射光学系７により２種類の波長の照明光が被写体に照射されたときの散乱光を検出してそれぞれ画像を取得する検出光学系８，９，１２と、該検出光学系８，９，１２により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部１４とを備える生体観察装置１を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体観察装置および内視鏡装置に関するものである。

従来、生体組織に対して赤外光を照射し、生体組織の像を撮影することにより血管走行の状態を検出する撮像システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−３５８０５１号公報

しかしながら、生体組織、特に脂肪組織は、その表面における散乱が強いため、照射した赤外光が、脂肪組織の表面で散乱され、表面形状が強調された画像が取得されてしまい、生体組織の深部に存在する血管走行の状態を検出することが困難であるという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体組織、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織の深部に存在する血管をより鮮明に検出することができる生体観察装置および内視鏡装置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、血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長の照明光を選択的に出射可能な光源部と、該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、該照射光学系により前記２種類の波長の照明光が被写体に照射されたときの散乱光を検出してそれぞれ画像を取得する検出光学系と、該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置を提供する。

本発明によれば、光源部の作動により２種類の波長の照明光が選択的に出射され、照射光学系により被写体に照射される。照射された２種類の照明光は被写体において散乱し、検出光学系により検出されることによりそれぞれ画像化される。これらの照明光は、血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なるので、一方の照明光の散乱光には、他方の照明光の散乱光よりも、血液に含まれる物質の情報が多く含まれる。したがって、画像処理部により２枚の画像の比較演算処理を施すことにより、血液に含まれる物質の情報を際立たせることが可能となり、生体組織の深部に存在する血管走行を鮮明に可視化することができる。

また、本発明は、血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長を含む照明光を出射する光源部と、該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、該照射光学系により照明光が被写体に照射されたときの散乱光から前記２種類の波長の散乱光を分光する分光光学系と、該分光光学系により分光された２種類の波長の散乱光をそれぞれ検出して画像を取得する検出光学系と、該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置を提供する。

本発明によれば、光源部の作動により２種類の波長を含む照明光が出射され、照射光学系により被写体に照射される。照射された照明光は被写体において散乱し、分光光学系により２種類の波長の散乱光が分光される。そして、分光された２種類の波長の散乱光は検出光学系によりそれぞれ検出されて２枚の画像が取得される。照明光に含まれる２種類の波長は、血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なるので、一方の波長の散乱光には、他方の波長の散乱光よりも、血液に含まれる物質の情報が多く含まれる。したがって、画像処理部により２枚の画像の比較演算処理を施すことにより、血液に含まれる物質の情報を際立たせることが可能となり、生体組織の深部に存在する血管走行を鮮明に可視化することができる。

上記発明においては、前記２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有する光の波長であることが好ましい。
このようにすることで、比較演算処理により、生体組織の情報を消滅あるいは十分に低減させた画像を生成することが可能となり、さらに鮮明に血管走行を可視化することができる。

また、上記発明においては、前記比較演算処理が、一方の画像から他方の画像を減算する減算処理であってもよい。
２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有していれば、減算処理により、生体組織の情報を消去することができる。

また、上記発明においては、前記比較演算処理が、一方の画像を他方の画像で除算する除算処理であってもよい。
２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有していれば、除算処理により、生体組織の情報を低減し、血管を強調した画像を取得することができる。

また、上記発明においては、前記２種類の波長が、４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であってもよい。
また、上記発明においては、一方の波長が，４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下または１４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であり、他方の波長が６００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下または１０００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下であってもよい。
このようにすることで、血液に含まれる物質、例えば、ヘモグロビンの吸収係数を、一方の波長の照明光が１ｃｍ^−１、他方の波長の照明光が５ｃｍ^−１となるように設定することができる。

また、上記発明においては、前記一方の波長が，４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下または９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であってもよい。
このようにすることで、一方の波長として、ヘモグロビンまたは水の吸収係数がピークとなる波長を選択することができる。
また、本発明は、上記いずれかの生体観察装置を備える内視鏡装置を提供する。

生体組織、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織の深部に存在する血管をより鮮明に検出することができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係る生体観察装置１は、内視鏡装置２に備えられている。

内視鏡装置２は、図１（ａ）に示されるように、体腔内に挿入される細長い挿入部３と、該挿入部３の基端側に配置された光源装置（光源部）４と、挿入部３の先端において集光された光を検出して画像化するとともに画像処理を施すカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）５と、該ＣＣＵ５により画像処理された画像を表示するモニタ６とを備えている。

挿入部３には、その長手方向に沿って基端側から先端まで光源装置４からの光を導光して体腔内面に照射するためのライトガイド（照射光学系）７と、体腔内面から内部に進行し、生体組織等によって散乱された後に体腔内面に戻る散乱光を集光する対物レンズ８と、該対物レンズ８により集光された散乱光を導光するイメージガイド９とが備えられている。

光源装置４には、２種類の波長を含む比較的広い波長帯域の光を発生する、例えば、キセノンランプあるいはハロゲンランプ、または白色ＬＥＤや近赤外ＬＥＤ等の光源１０と、該光源１０から出射された光から、２種類の波長の光を選択的に切り出すフィルタターレット１１とが備えられている。フィルタターレット１１には、図１（ｂ）に示されるように、例えば、第１の波長λ１（４００ｎｍ≦λ１≦６００ｎｍ）または第２の波長λ２（１０００ｎｍ≦λ２≦１４００ｎｍ）の光をそれぞれ透過可能な２つのフィルタ１１ａ，１１ｂが備えられている。

ＣＣＵ５には、イメージガイド９により導光されてきた散乱光を撮影するＣＣＤのような撮像手段１２と、前記フィルタターレット１１の各フィルタ１１ａ，１１ｂの切り替えタイミングと撮像手段１２により取得された画像とを対応づける制御回路１３と、取得された画像を処理する画像処理部１４とが備えられている。
画像処理部１４は第１の波長λ１の照明光が照射されたときに取得された画像から第２の波長λ２の照明光が照射されたときに取得された画像を減算（比較演算処理）して新たな画像を生成するようになっている。

本実施形態に係る生体観察装置１は、光源装置４と、ライトガイド７と、対物レンズ８と、イメージガイド９と、撮像手段１２と、制御回路１３と、画像処理部１４とから構成されている。
このように構成された本実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２の作用について説明する。

本実施形態に係る内視鏡装置２を用いて、体腔内壁の観察を行うには、光源装置４の光源１０を作動させて照明光を出射させるとともに、フィルタターレット１１を回転させて、照明光の光軸上に異なるフィルタ１１ａ，１１ｂを交互に配置する。これにより、光源装置４からは、第１の波長λ１の照明光と第２の波長λ２の照明光とが交互に出射される。

光源装置４から交互に出射された２種類の照明光は、それぞれ、挿入部３のライトガイド７により先端まで導光され、挿入部３の先端から体腔内壁に向けて出射される。
第１の波長λ１の照明光Ｌ１は、ヘモグロビンまたは水に対する吸収強度がピークとなる波長である。したがって、図２（ｂ）に示されるように、体腔内壁から生体組織Ａ内に入射された第１の波長λ１の照明光のうち、生体組織Ａの深部に存在する血管Ｂを通過した光は、血液により吸収されるので、散乱されて生体組織Ａの表面から再度出射される散乱光Ｓ１には、図２（ａ）に示されるように、血管Ｂの情報Ｂ１および生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１が含まれていることになる。

一方、図３（ｂ）に示されるように、第２の波長λ２の照明光Ｌ２は、ヘモグロビンまたは水に対する吸収係数が小さく、生体組織Ａ、特に脂肪組織と同等の小さい吸収係数を有しているので、体腔内壁から生体組織Ａ内に入射され、再度生体組織Ａの表面から出射される散乱光Ｓ２には、図３（ａ）に示されるように、血管の情報Ｂ１（破線）が含まれておらず、表面形状の情報Ａ１が多く含まれている。

そして、これら２種類の照明光Ｌ１，Ｌ２を照射したときの散乱光Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ撮像手段１２により撮影されて画像化されると、制御回路の作動により、各画像Ｇ１，Ｇ２が、いずれの波長の照明光Ｌ１，Ｌ２を照射したときの画像Ｇ１，Ｇ２であるかが分類される。画像処理部１４においては、第１の波長λ１の照明光Ｌ１を照射したときの画像Ｇ１から第２の波長λ２の照明光Ｌ２を照射したときの画像Ｇ２が減算処理される。これにより得られる差分画像Ｇ３には、図４に示されるように、血管Ｂの情報Ｂ１のみが差分として画像化され、モニタ６に表示されることになる。

したがって、本実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２によれば、生体組織Ａ、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織Ａの深部に存在する血管Ｂをより鮮明に可視化することができるという利点がある。
生体組織Ａの深部に存在する血管Ｂの走行が可視化されると、人体を切開する際に血管Ｂを傷つける不都合の発生を容易に回避することができ、手術時間を短縮することができる。

特に、光の波長に依存する生体組織Ａの特性を活用して、光により血管Ｂの走行を可視化するので、無侵襲で、患者にかかる負担を軽減し、ＣＴやＭＲＩを用いることなく安価に観察することができる。

なお、本実施形態においては、第１の波長λ１として、４００ｎｍ≦λ１≦６００ｎｍ、第２の波長λ２として１０００ｎｍ≦λ２≦１４００ｎｍを選択したが、これに限定されるものではなく、第１の波長λ１としては、４００ｎｍ≦λ１≦１１００または１４００ｎｍ≦λ１≦２３００ｎｍを用いることができ、第２の波長λ２としては、６００ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍまたは１０００ｎｍ≦λ２≦１４００ｎｍを用いることができる。

また、本実施形態においては、ＣＣＤのような撮像手段１２を挿入部３の基端側に設けたＣＣＵ５に配置したが、これに代えて、図５に示されるように、撮像手段１２を挿入部３の先端に配置し、電気信号に変換された画像情報を配線１５によってＣＣＵ５に伝送することにしてもよい。

また、本実施形態においてはフィルタターレット１１の回転により、光源装置４から出射する照明光Ｌ１，Ｌ２の波長λ１，λ２を切り替えることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、中心波長が第１の波長λ１および第２の波長λ２の光源１０ａ，１０ｂを別々に用意し、光源切替回路１６からの指令信号に応じて第１の波長λ１の光源１０ａの点灯と、第２の波長λ２の光源１０ｂの点灯とを交互に切り替えることにしてもよい。

また、本実施形態においては、画像処理部１４における比較演算処理として２つの画像Ｇ１，Ｇ２の減算を行うこととしたが、これに代えて、除算処理を行うことにしてもよい。これによっても、血管Ｂを強調した画像Ｇ３を生成することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る生体観察装置１′および内視鏡装置２′について、図７を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２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。

本実施形態に係る生体観察装置１′は、光源装置４として、フィルタターレット１１を備えておらず、その代わりに、ＣＣＵ５に、イメージガイド９により導光されてきた散乱光を２つに分光する分光手段１６が備えられている点において、第１の実施形態に係る生体観察装置１と相違している。また、２つに分光された散乱光をそれぞれ撮影するために、２つの撮像手段１２ａ，１２ｂが備えられている点においても第１の実施形態に係る生体観察装置１と相違している。

分光手段１６としては例えば、ダイクロイックミラーや回折格子あるいはプリズムが挙げられる。イメージガイド９により導光されてきた散乱光が分光手段１６を通過させられることにより、波長λ１、λ２を有する散乱光Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ抽出されるようになっている。そして、第１の波長λ１の散乱光Ｓ１は第１の撮像手段１２ａにより撮影され、第２の波長λ２の散乱光Ｓ２は第２の撮像手段１２ｂにより撮影されるようになっている。

散乱光から抽出された第１の波長λ１の散乱光Ｓ１には、血管Ｂの情報Ｂ１および生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１が含まれており、散乱光から抽出された第２の波長λ２の散乱光Ｓ２には、生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１のみが含まれている。
したがって、これら分光された散乱光Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ撮影して得られた画像Ｇ１，Ｇ２を減算処理することにより、生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１を消去し、血管Ｂの情報Ｂ１を鮮明に含む画像Ｇ３を生成することができる。

なお、本実施形態においては、ＣＣＵ５内に分光手段１６と２つの撮像手段１２ａ，１２ｂとを配置したが、これに代えて、これらを挿入部３の先端に配置してもよい。その場合には、各撮像手段１２ａ，１２ｂから出力される電気信号をＣＣＵ５の画像処理部１４に送ることにすればよい。

また、本実施形態においては、図８に示されるように、分光手段１６として、分光切替手段１７からの指令信号に応じて、透過する散乱光の波長を切り替えるものを採用してもよい。このようにすることで撮像手段１２も１つで済むので、さらに小型化および低コスト化を図ることができる。この場合、制御回路１３によって分光切替手段１７による切替タイミングと得られた画像Ｇ１，Ｇ２とを対応づけることにすればよい。

本発明の第１の実施形態に係る生体観察装置および内視鏡装置を示す（ａ）模式的な全体構成図、（ｂ）フィルタターレットの正面図である。 図１の内視鏡装置において第１の波長の照明光を照射したときの（ａ）取得される散乱光の画像と、（ｂ）光の経路をそれぞれ示す図である。 図１の内視鏡装置において第２の波長の照明光を照射したときの（ａ）取得される散乱光の画像と、（ｂ）光の経路をそれぞれ示す図である。 図１の内視鏡装置において画像処理部により比較演算処理されて生成された画像例を示す図である。 図１の生体観察装置および内視鏡装置の第１の変形例を示す模式的な全体構成図である。 図１の生体観察装置および内視鏡装置の第２の変形例を示す模式的な全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る生体観察装置および内視鏡装置を示す模式的な全体構成図である。 図７の生体観察装置および内視鏡装置の変形例を示す模式的な全体構成図である。

符号の説明

Ａ 生体組織（被写体）
λ１，λ２ 波長
Ｇ１，Ｇ２ 画像
Ｌ１，Ｌ２ 照明光
Ｓ１，Ｓ２ 散乱光
１ 生体観察装置
２ 内視鏡装置
４ 光源装置（光源部）
７ ライトガイド（照射光学系）
８ 対物レンズ（検出光学系）
９ イメージガイド（検出光学系）
１２，１２ａ，１２ｂ 撮像手段（検出光学系）
１４ 画像処理部
１６ 分光手段（分光光学系）

Claims (9)

1. 血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長の照明光を選択的に出射可能な光源部と、
   該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、
   該照射光学系により前記２種類の波長の照明光が被写体に照射されたときの散乱光を検出してそれぞれ画像を取得する検出光学系と、
   該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置。
2. 血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長を含む照明光を出射する光源部と、
   該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、
   該照射光学系により照明光が被写体に照射されたときの散乱光から前記２種類の波長の散乱光を分光する分光光学系と、
   該分光光学系により分光された２種類の波長の散乱光をそれぞれ検出して画像を取得する検出光学系と、
   該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置。
3. 前記２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有する光の波長である請求項１または請求項２に記載の生体観察装置。
4. 前記比較演算処理が、一方の画像から他方の画像を減算する減算処理である請求項３に記載の生体観察装置。
5. 前記比較演算処理が、一方の画像を他方の画像で除算する除算処理である請求項３に記載の生体観察装置。
6. 前記２種類の波長が、４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下である請求項１から請求項５のいずれかに記載の生体観察装置。
7. 一方の波長が，４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下または１４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であり、他方の波長が６００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下または１０００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下である請求項６に記載の生体観察装置。
8. 前記一方の波長が，４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下または９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である請求項７に記載の生体観察装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の生体観察装置を備える内視鏡装置。

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