JP2009279169A

JP2009279169A - 蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置

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Publication number: JP2009279169A
Application number: JP2008134070A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ishii; 秀一石井
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-22
Also published as: JP5147538B2

Abstract

【課題】照明光および励起光を同時に被観察部へ照射して、通常画像および蛍光画像を取得する蛍光画像取得装置において、取得した蛍光画像の信頼性を向上させる。
【解決手段】画像処理部１７４は、画素毎の擬似カラー通常画像信号の輝度信号Ｙを光量制御部１８６へ出力する。光量制御部１８６では、１フレーム毎に指定エリア画素の平均輝度値Ｙａを算出し、予めメモリ１９０へ記憶されている基準輝度値Ｙｒと比較して、比較結果に基づいて絞り制御信号を選択し、照明光ユニット１５０の制御部１６７へ出力する。また同時に励起光ユニット１３０において、駆動回路１３２から半導体レーザ１３１へ供給される駆動電流の値を制御する駆動電流制御信号を求め、この駆動電流制御信号を励起光ユニット１３０の制御部１４０へ出力する。照明光Ｌ１の光量と励起光Ｌ２の光量との比率が所定値になるように、絞り制御信号と対応する駆動電流制御信号が出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置に関し、詳しくは、励起光の照射により被観察部から発せられる蛍光を含む像を撮像して、蛍光画像を生成する蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置に関するものである。

従来より、体腔内の組織を観察する内視鏡装置が広く知られており、白色光によって照明された体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式の内視鏡が広く実用化されている。

また、被観察部を白色光で照明して観察するばかりでなく、励起光の照射により被観察部から発せられた自家蛍光を受光して蛍光画像を撮像し、この蛍光画像を上記通常画像と共にモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡装置として使用される蛍光画像取得装置が知られている。このような自家蛍光は、生体組織内の内因性蛍光物質から発されている。例えば被観察部が気道粘膜であれば、自家蛍光の大部分は粘膜下層から発せられると考えられ、内因性蛍光物質としては、リボフラビン、トリプトファン、チロシン、ＮＡＤＨ、ＮＡＤＰＨ、ポルフィリン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチンあるいはＦＡＤ等が考えられている。

また、所定の波長帯域の励起光を生体組織などの被観察部へ照射した場合に、被観察部に内在する自家蛍光物質から発せられる自家蛍光の光強度・スペクトル形状が、図８に示すように正常組織から発せられる自家蛍光と病変組織から発せられる自家蛍光とでは異なることが知られている。この現象を利用して、被観察部に所定波長の励起光を照射し、被観察部から発せられる自家蛍光を検出して蛍光画像を生成する蛍光内視鏡装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、病変組織から発せられる自家蛍光が正常組織から発せられる自家蛍光より減弱する原因は、病変組織の粘膜上皮の肥厚や、病変組織内での内因性蛍光物質の消費、あるいは蛍光吸収物質の増加などであると推測されている。

さらに、このような蛍光画像取得装置としては、例えば、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-S10、5-ALA、NPe6、HAT-D01、Photofrin-2等)を蛍光薬剤として予め被験者へ投与して、癌等の腫瘍部分に吸収させておき、その部分にこの蛍光薬剤の励起波長領域にある励起光を照射して、腫瘍部分に集積した蛍光薬剤から発せられる薬剤蛍光を検出して、蛍光画像を生成する蛍光画像取得装置も知られている。

また、これらの蛍光画像取得装置においては、観察者が蛍光情報に基づいて組織性状についての情報をより正確に取得する為に、様々な比較分析方法が提案されている。例えば、励起光を生体組織などの被観察部に照射して該被観察部から発せられる自家蛍光の光強度を蛍光像として撮像し、該蛍光像に基づいて取得された蛍光情報を表示する場合、正常な被観察部から発せられる蛍光強度は、励起光照度にほぼ比例するが、励起光照度は距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある正常組織からよりも近くにある病変組織からの方が、強い蛍光を受光する場合がある。このため、蛍光の強度の情報だけでは被観察部の組織性状を正確に判定することができない。

このような不具合を低減するために、励起光とは異なる波長帯域の光を参照光として被観察部に照射し、この参照光の照射を受けた被観察部によって反射された反射光の強度を検出して、蛍光の強度とこの参照光の反射光の強度との比率で表される蛍光収率に基づいて生体組織の病変部を示す診断情報を取得し、この診断情報である病変部の領域を上記蛍光画像の表示画面中に赤色等で色分けして表示させることによって生体の組織性状を診断する蛍光画像取得装置も提案されている。

また、これらの蛍光画像取得装置においては、照明光の射出端から被観察部までの距離が遠い場合には、十分な光量の照明光が被観察部まで届かず、画像が暗くなってしまう虞がある。そのため、動画を撮像する場合には、常時、平均輝度値などの画像の明るさを検出し、一定の明るさが得られるように照明光の光量を制御することが行われている。
特開２００1−１２８９２５号公報

しかしながら、上記のように照明光および励起光を同時に被観察部へ照射して、通常画像および蛍光画像を取得する装置において、通常画像に蛍光画像を重ねて表示するようにした場合には、照明光のみの光量を制御したのでは、たとえば、照明光の光量を増加させた場合には、通常画像だけが明るくなり、蛍光画像は暗いままなので画像上における蛍光画像の識別が困難になる。また、逆に、照明光の光量を減少させた場合には、通常画像だけが暗くなり、蛍光画像は明るいままなので通常画像と蛍光画像の明るさのバランスが悪くなり見難い画像となってしまう。

一方、蛍光画像においては、被観察部から発せられる蛍光の光量は、被観察部の組織性状により異なり、励起光の射出端から被観察部までの距離が近いにもかかわらず、十分な蛍光の光量を得られない場合がある。このため、照明光の制御と同様に、蛍光画像の明るさに基づいて励起光の光量を制御してしまうことは、かえって蛍光画像の信頼性を低減してしまうという問題がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、照明光および励起光を同時に被観察部へ照射して、通常画像および蛍光画像を取得する蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置において、取得した蛍光画像の信頼性を向上させることのできる蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光画像取得方法は、照明光が照射された被観察部の反射光からなる像および前記照明光と同時に励起光が照射された前記被観察部から発せられる蛍光からなる像を撮像し、
撮像された前記反射光からなる像に基づいて通常画像を生成し、撮像された前記蛍光からなる像に基づいて蛍光画像を生成する蛍光画像取得方法であって、
前記通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように前記照明光の光量を制御し、かつ前記照明光の光量に対して前記励起光の光量が予め設定された比率となるように前記励起光の光量を制御することを特徴とするものである。

本発明の蛍光画像取得装置は、照明光および励起光を同時に被観察部へ照射する光照射手段と、
前記照明光が照射された前記被観察部の反射光からなる像および前記励起光が照射された前記被観察部から発せられる蛍光からなる像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された前記反射光からなる像に基づいて通常画像を生成し、また該撮像手段により撮像された前記蛍光からなる像に基づいて蛍光画像を生成する画像処理手段とを備えた蛍光画像取得装置であって、
前記通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように前記照明光の光量を制御し、かつ前記照明光の光量に対して前記励起光の光量が予め設定された比率となるように前記励起光の光量を制御する光量制御手段を備えることを特徴とするものである。

なお、ここで、上記撮像手段は前記照明光が照射された前記被観察部の反射光からなる像または前記励起光が照射された前記被観察部から発せられる蛍光からなる像をそれぞれ別個に撮像するものであってもよいし、あるいは反射光からなる像と蛍光からなる像とが重畳されている像を撮像するものであってもよい。

前記照明光の光量に対する前記励起光の光量の比率を入力操作により設定する設定手段を備えているものであってもよい。

本蛍光画像取得装置が、推定分光データ算出用の推定マトリクスを記憶する記憶部と、
前記撮像手段から出力された画像信号と前記推定マトリクスとを用いて、前記画像信号の画素毎に推定分光データを算出する推定分光データ算出手段とを備えるものであれば、
前記画像処理手段は、前記画素毎の推定分光データから、少なくとも前記蛍光の中心波長帯域を含む波長帯域である特定蛍光波長帯域の推定分光データを求め、該特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて蛍光画像を生成するものであってもよい。

なお、前記推定マトリクスは、前記照明光の分光特性および前記撮像手段の分光特性とを加味したマトリクスであり、前記画像信号とマトリクス演算を行うことにより、前記被観察部の分光データを算出可能なマトリクスであってもよいし、あるいは、前記照明光および前記励起光の分光特性と、前記撮像手段の分光特性とを加味したマトリクスであり、前記画像信号とマトリクス演算を行うことにより、前記被観察部の分光データおよび前記被観察部から発せられた蛍光の蛍光スペクトルを算出可能なマトリクスであってもよい。また、前記画像処理手段は、前記特定蛍光波長帯域の推定分光データから、前記特定蛍光波長帯域における光強度である擬似蛍光強度を算出し、さらに、前記特定蛍光波長帯域を含まない波長帯域である参照波長帯域の推定分光データを求め、該参照波長帯域の推定分光データから前記参照波長帯域の光強度である参照光強度を算出し、前記擬似蛍光強度を前記参照強度により除算した擬似蛍光収率を算出し、該擬似蛍光収率に基づいて前記蛍光画像を生成するものであってもよい。

本発明による蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置においては、照明光が照射された被観察部の反射光からなる像および照明光と同時に励起光が照射された被観察部から発せられる蛍光からなる像を撮像し、撮像された反射光からなる像に基づいて通常画像を生成し、撮像された蛍光からなる像に基づいて蛍光画像を生成する際に、通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように照明光の光量を制御し、かつ照明光の光量に対して励起光の光量が予め設定された比率となるように励起光の光量を制御するため、励起光の射出端から被観察部までの距離が近いにもかかわらず励起光の光量を増加してしまう虞がなく、被観察部の組織性状を反映した蛍光画像を取得できるので、蛍光画像の信頼性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の蛍光画像取得装置を適用した実施形態である蛍光内視鏡装置の概略構成図を示すものである。本蛍光内視装置１００は、被観察部１０へ照明光Ｌ１を照射して取得したカラー通常画像を動画として表示する通常画像モード、または被観察部１０へ照明光Ｌ１および励起光Ｌ２を照射して取得したカラー画像から後述の演算処理により得られる擬似カラー通常画像と蛍光重畳画像とを動画として表示する蛍光画像モードにより動作するものである。図示の通りこの蛍光内視鏡装置１００は、被験者の体腔内に挿入され、被観察部１０を観察するためのスコープユニット１１０と、このスコープユニット１１０が電気的に着脱自在に接続されるプロセッサユニット１７０と、スコープユニット１１０が光学的に着脱自在に接続され、照明光Ｌ１を射出するキセノンランプ１５１を収納する照明光ユニット１５０と、この照明光ユニット１５０へ電気的かつ光学的に着脱自在に接続され、励起光Ｌ２を射出するＧａＮ系の半導体レーザ１３１を収納する励起光ユニット１３０とを備えている。なお、プロセッサユニット１７０と照明光ユニット１５０とは、一体的に構成されているものであってもよいし、あるいは別体として構成されているものであってもよい。

上記スコープユニット１１０の先端には照明用光学系１１１が設けられている。この照明用光学系１１１には、照明光Ｌ１が導光されるライトガイド１１２の一端が対面している。ライトガイド１１２は、スコープユニット１１０の外部へ延伸するものであり、その他端には、光コネクタ１１３が設けられ、後述する照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と着脱自在に接続されている。

また、スコープユニット１１０の先端部には、結像レンズ１１５と、励起光カットフィルタ１１６、固体撮像素子であるＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）１１７とが同軸上にこの順に設けられている。結像レンズ１１５は、被観察部１０の像をＣＣＤ１１７上に結像するものである。励起光カットフィルタ１１６としては、励起光のみを遮断して他の波長の光は透過させるように、例えば、極めて狭帯域の光のみを遮断するノッチフィルタを用いることができる。なお、ＣＣＤ１１７の撮像面には例えばＲＧＢの色フィルタを有する原色型の色フィルタが取り付けられている。ＣＣＤ１１７には、同期信号に基づいて駆動パルスを形成するＣＣＤ駆動回路１１８が接続されると共に、このＣＣＤ１１５が出力した画像（映像）信号をサンプリングして増幅するＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路１１９接続されている。またＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９には、そのアナログ出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１２０が接続されている。さらにスコープユニット１１０内には、そこに設けられた各種回路を制御するとともに、プロセッサユニット１７０との間の通信制御を行う制御部１２１が配置されている。またスコープユニット１１０の根元近傍には、制御部１２１に接続され、動作モードの切換を行う押圧型のスイッチ１２２が設けられている。なお、Ａ／Ｄ変換器１２０には信号ライン１２５の一端が接続され、制御部１２１には信号ライン１２６の一端が接続されている。信号ライン１２５および信号ライン１２６は、スコープユニット１１０の本体から外部へ延伸するものであり、その他端にはコネクタ１２７が設けられている。このコネクタ１２７は、後述するプロセッサユニット１７０のコネクタ１９４と着脱自在に接続されている。

照明光ユニット１５０は、照明光Ｌ１を発するキセノンランプ１５１と、このキセノンランプ１５１を駆動する駆動回路１５２と、スコープユニット１１０のライトガイド１１２の先端に設けられている光コネクタ１１３と着脱自在に接続される光コネクタ１５３とを備えている。光コネクタ１５３には、光コネクタ１１３と接続されているか否かを検知する接続検知部１５４が設けられている。また、キセノンランプ１５１と光コネクタ１５３との間には、照明光Ｌ１の波長帯域を、４１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下へ制限する波長フィルタ１５５と、照明光Ｌ１の光量を制御する絞り１５６と、４１０ｎｍ以上の波長の光を透過し、４１０ｎｍより短い波長の光を直角に反射するダイクロイックミラー１５７と、集光レンズ１５８と、ロータリーシャッタ１５９とが配置されている。さらに、照明光ユニット１５０には、後述する励起光ユニット１３０のライトガイド１３３の先端に設けられている光コネクタ１３６と着脱自在に接続される光コネクタ１６１が設けられている。また、この光コネクタ１６１には、光コネクタ１３６と接続されているか否かを検知する接続検知部１６２が設けられている。光コネクタ１６１には、照明光ユニット１５０内で励起光を導光するライトガイド１６３の一端（入射端）が接続されている。ライトガイド１６３の他端（出射端）は、このライトガイド１６３から射出された励起光Ｌ２がダイクロイックミラー１５７へ入射する位置へ配置されている。また、ライトガイド１６３の出射端とダイクロイックミラー１５７との間にはレンズ１６４が配置されている。

さらに、照明光ユニット１５０には、後述する励起光ユニット１３０のコネクタ１４２と着脱自在に接続されるコネクタ１６５が設けられている。コネクタ１６５には、コネクタ１４２と接続されているか否かを検知する接続検知部１６６が設けられている。また、照明光ユニット１５０には、上記コネクタ１６５、接続検知部１６６等の照明光ユニット１５０に設けられた各部位と接続され、各部位を制御するとともに、プロセッサユニット１７０および励起光ユニット１３０との間の通信制御を行う制御部１６７が配置されている。

励起光ユニット１３０は、励起光Ｌ２を発するＧａＮ系の半導体レーザ１３１と、この半導体レーザ１３１を駆動する駆動回路１３２と、半導体レーザ１３１から射出された励起光Ｌ２を導光するライトガイド１３３とを備えている。ライトガイド１３３は、励起光ユニット１３０の筐体から外部へ延伸するものであり、その他端には、光コネクタ１３６が設けられている。この光コネクタ１３６は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１６１と着脱自在に接続されている。半導体レーザ１３１と駆動回路１３２との間には、スイッチ１３４が設けられている。また、半導体レーザ１３１とライトガイド１３３の一端（入射端）との間には、集光光学系１３５が配置されている。

さらに励起光ユニット１３０には、上記駆動回路１３２、スイッチ１３４等の励起光ユニット１３０内に設けられた各部位と接続され、これらの各部位を制御するとともに、照明光ユニット１５０と間の通信制御を行う制御部１４０が配置されている。制御部１４０には信号ライン１４１の一端が接続されている。信号ライン１４１は、励起光ユニット１３０の筐体から外部へ延伸するものであり、その他端には、コネクタ１４２が設けられている。コネクタ１４２は、照明光ユニット１５０のコネクタ１６５と着脱自在に接続されている。

一方プロセッサユニット１７０には、通常画像モードが選択された場合に信号処理を行う、通常画像処理部１７４および表示処理部１７６と、蛍光画像モードが選択された場合に信号処理を行う、推定分光データ算出部１８０、画像処理部１８２および表示処理部１８４と、照明光および励起光の強度を制御する光量制御部１８６とが設けられているプロセッサ部１７２を備えている。

通常画像処理部１７４は、通常画像モードが選択されている場合に、スコープユニット１１０のＡ／Ｄ変換器１２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、表示処理部１７６へ出力する。表示処理部１７６では、Ｙ／Ｃ信号に各種の信号処理を施し、表示用のカラー通常画像信号を生成し、このカラー通常画像信号を、例えば液晶表示装置やＣＲＴ等からなるモニタ１１へ出力する。

推定分光データ算出手段１８０では、蛍光画像モードが選択されている場合に、画素毎に、スコープユニット１１０のＡ／Ｄ変換器１２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号と予め記憶されている分光データ算出用の推定マトリクスデータを用いて、推定分光データを算出し、画像処理部１８２へ出力する。

画像処理部１８２では、まず励起光Ｌ２が照射された場合に被観察部１０から発せられる蛍光の中心波長帯域である４８０ｎｍを含む波長帯域である特定蛍光波長帯域、例えば４６０ｎｍ〜５００ｎｍの推定分光データを求め、この特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて蛍光画像を生成する。またこの特定蛍光波長帯域を含まない波長帯域である準通常波長帯域、例えば４１０ｎｍ〜４６０ｎｍおよび５００〜７００ｎｍの推定分光データを求め、該準通常波長帯域の推定分光データに基づいて擬似カラー通常画像データと擬似白黒通常画像データとを生成する。さらに、擬似白黒通常画像データへ蛍光画像データを重畳した蛍光重畳画像データを生成し、擬似カラー通常画像データと蛍光重畳画像データとを表示処理部１８４へ出力する。表示処理部１８４では、擬似カラー通常画像データと蛍光重畳画像データを並べて表示した表示画像を生成、もしくは一枚の画像内へ合成処理した表示用のカラー画像信号を生成し、モニタ１１へ出力する。

光量制御部１８６は、通常画像処理部１７４および画像処理部１８２と接続され、照明通常画像モードが選択されている場合には、カラー通常画像の輝度に基づいて、照明光Ｌ１の光量を制御する。また、蛍光画像モードが選択されている場合には、擬似カラー通常画像の輝度に基づいて、照明光Ｌ１および励起光Ｌ２の光量を制御する。

さらにプロセッサ部１７２には、メモリ１９０およびキーボード型の入力部１９２およびスコープユニット１１０のコネクタ１２７と着脱自在に接続されるコネクタ１９４が接続されている。コネクタ１９４には、コネクタ１２７と接続されているか否かを検知する接続検知部１９５が設けられている。またプロセッサ部１７２は、スコープユニット１１０の制御部１２１、照明光ユニット１５０の制御部１６７および励起光ユニット１３０に制御部１４０と接続されている。

メモリ１９０には、被観察部１０の推定分光データを算出するための推定マトリクスデータが記憶されている。推定マトリクスデータはテーブルとしてメモリ１９０にあらかじめ記憶されている。この推定マトリクスデータは、照明光Ｌ１の分光特性と、撮像素子のカラー感度特性および色フィルタの透過率等を含む撮像システム全体の分光特性とを加味したマトリクスデータであり、ＣＣＤ１１７により撮像されたＲＧＢ画像信号と、この推定マトリクスデータとの演算により、照明光の種類や、撮像システムの固有の分光特性等に依存しない、被観察部の分光データを得ることができる。なお、この推定マトリクスデータの詳細は、特開２００３−９３３３６号公報あるいは特開２００７−２０２６２１号公報などに開示されている。本実施形態において、このメモリ１９０に格納されている推定マトリクスデータの一例は次の表１のようになる。

この表１のマトリクスデータは、例えば４１０ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた５９の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ５９からなる。パラメータｐ１〜ｐ５９は各々、マトリクス演算のための係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ（ｐ＝１〜５９）から構成されている。

以下、上記構成を有する本実施形態の蛍光内視鏡装置の動作について説明する。まず、被観察部１０へ照明光Ｌ１を照射して取得したカラー通常画像を動画として表示する通常画像モードの際の動作について説明する。

本蛍光内視鏡装置の使用に先立って、洗浄および殺菌されたスコープユニット１１０がプロセッサユニット１７０および照明光ユニット１５０へ取り付けられる。スコープユニット１１０の信号ライン１２５および信号ライン１２６の先端に設けられているコネクタ１２７は、プロセッサユニット１７０のコネクタ１９４へ接続される。また、ライトガイド１１２に先端に設けられている光コネクタ１１３は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と接続される。コネクタ１９４に設けられている接続検知部１９５は、コネクタ１９４へコネクタ１２７が接続された場合には、接続信号をプロセッサ部１７２へ出力する。また、光コネクタ１５３へ設けられている接続検知部１５４は、光コネクタ１５３へ光コネクタ１１３が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

プロセッサ部１７２は、接続光検知部１９５および接続検知部１５４から接続信号が入力された場合に、照明光ユニット１５０のロータリーシャッタ１５９を回転し、通常画像モードにおける動作を可能とし、プロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２を介して入力部１９２の所定のキーの機能形態を設定し、かつプロセッサ部１７２およびスコープユニット１１０の制御部１２１を介して、スイッチ１２２の機能形態を設定する。プロセッサ部１７２の制御により、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を押圧すると、動作モードが停止状態と通常画像モードとの間で切り替る。

使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を一回押圧すると、通常画像モードにおける動作が開始される。照明光ユニット１５０では、駆動回路１５２によりキセノンランプ１５１が点灯し、照明光Ｌ１が射出される。照明光Ｌ１は、波長フィルタ１５５、絞り１５６、ダイクロイックミラー１５７を経て、集光レンズ１５８により光コネクタ１１３の端面へ集光され、ライトガイド１１２へ入射する。ライトガイド１１２内を伝播した照明光Ｌ１は、ライトガイド１１２の先端から射出して、照明用光学系１１１を介して被観察部１０へ照射される。

なお、照明光Ｌ１の波長帯域は、波長フィルタ１５５により４１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下へ制限され、照明光Ｌ１の光量は絞り１５６により制御されている。絞り１５６による照明光Ｌ１の光量制御動作については後述する。

ＣＣＤ駆動回路１１８によって駆動されたＣＣＤ１１７がこの被観察部１０の像を撮像し、撮像信号を出力する。この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、ＲＧＢ画像信号としてプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２の通常画像処理部１７４へ入力される。通常画像処理部１７４では、通常画像モードが選択されている場合に、スコープユニット１１０のＡ／Ｄ変換器１２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号（カラー通常画像信号）を生成し、表示処理部１７６へ出力する。表示処理部１７６では、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施し、モニタ１１へ出力する。

また、通常画像処理部１７４は、画素毎の輝度信号Ｙ、または隣接する複数画素の平均輝度信号Ｙ’を光量制御部１８６へ出力する。光量制御部１８６では、１フレーム毎に指定エリア画素の平均輝度値Ｙａを算出し、予めメモリ１９０へ記憶されている基準輝度値Ｙｒと比較して、比較結果に基づいて絞り制御信号を選択し、照明光ユニット１５０の制御部１６７へ出力する。この絞り制御信号としては、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより大きければ絞り１５６の絞り量を小さくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより小さければ絞り１５６の絞り量を大きくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒと略等しい場合には、絞り量を維持する信号が選択される。

照明光ユニット１５０の制御部１６７では、この絞り制御信号に基づいて、絞り１５６の絞り量を制御する。

次に蛍光画像モードの際の動作について説明する。蛍光画像モードを使用する前には、まず、洗浄および殺菌されたスコープユニット１１０がプロセッサユニット１７０および照明光ユニット１５０へ取り付けられる。スコープユニット１１０の信号ライン１２５および信号ライン１２６の先端に設けられているコネクタ１２７は、プロセッサユニット１７０のコネクタ１９４へ接続される。コネクタ１９４に設けられている接続検知部１９５は、コネクタ１９４へコネクタ１２７が接続された場合には、接続信号をプロセッサ部１７２へ出力する。また、ライトガイド１１２に先端に設けられている光コネクタ１１３は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と接続される。光コネクタ１５３へ設けられている接続検知部１５４は、光コネクタ１５３へ光コネクタ１１３が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

さらに、励起光ユニット１３０が照明光ユニット１５０へ接続される。励起光ユニット１３０の信号ライン１４１の先端に設けられているコネクタ１４２は、照明光ユニット１５０のコネクタ１６５へ接続される。コネクタ１６５に設けられている接続検知部１６６は、コネクタ１６５へコネクタ１４２が接続された場合には、接続信号を制御部１６７へ出力する。またライトガイド１３３の先端に設けられている光コネクタ１３６は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１６１へ接続される。光コネクタ１６１に設けられている接続検知部１６２は、光コネクタ１６２へ光コネクタ１３６が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

励起光ユニット１３０の制御部１４０は、照明光ユニット１５０の制御部１６７と通信を行い、接続検知部１６６および接続検知部１６２から接続信号が入力された場合に、励起光ユニット１３０のスイッチ１３４を閉じ、半導体レーザ１３１と駆動回路１３２との間を電気的に接続し、駆動回路１３２による半導体レーザ１３１の駆動を可能とし、またプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２を介して入力部１９２の所定のキーの機能形態を設定し、かつプロセッサ部１７２およびスコープユニット１１０の制御部１２１を介して、スイッチ１２２の機能形態を設定する。制御部１４０の制御により、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を押圧すると、動作モードが停止状態、通常画像モードと蛍光画像モードの間で切り替る。なお、接続検知部１６６および接続検知部１６２に両方から接続信号が入力されていない場合、すなわち両者から接続信号が入力されていない、あるいはどちらか一方から接続入力信号が入力されていない場合には、励起光ユニット１３０においては、常にスイッチ１３４は開状態となっている。このため、励起光ユニット１３０が、照明光ユニット１５０へ接続されていない状態で、半導体レーザ１３１が駆動されることはない。

通常画像モードにおいて動作している際に、観察者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を一回押圧すると、蛍光画像モードにおける動作が開始される。

照明光ユニット１５０に加え励起光ユニット１３０が動作を開始する。駆動回路１３２により半導体レーザ１３１が駆動され、波長４０５ｎｍの励起光Ｌ２が射出される。励起光Ｌ２は、集光光学系１３５により集光され、ライトガイド１３３の端面へ入射する。ライトガイド１３３を伝播した励起光Ｌ２は、光コネクタ１３６、光コネクタ１６１を介してライトガイド１６３へ入射する。ライトガイド１６３を伝播し、その端部から射出した励起光Ｌ２は、コリメータレンズ１６４により平行光へ変換され、ダイクロイックミラー１５７へ入射する。励起光Ｌ２の波長が４０５ｎｍであるため、励起光Ｌ２はダイクロイックミラー１５７で直角に反射し、集光レンズ１５８により光コネクタ１１３の端面へ集光され、ライトガイド１１２へ入射する。ライトガイド１１２内を伝播した励起光Ｌ２は、ライトガイド１１２の先端から射出して、照明用光学系１１１を介して被観察部１０へ照射される。なお、この際には、被観察部１０へは照明光Ｌ１も同時に照射されている。なお、励起光Ｌ２の光量は、駆動回路１３２の駆動電流により制御されている。この駆動電流による励起光Ｌ２の光量制御動作については後述する。

ＣＣＤ駆動回路１１８によって駆動されたＣＣＤ１１７が、被観察部１０で反射された照明光Ｌ１の反射光と、励起光Ｌ２が照射されてことにより、被観察部１０から発せられる蛍光とからなる像を撮像する。なお、ＣＣＤ１１７の先端には、波長４１０ｎｍ以下の光をカットする励起光カットフィルタが設けられているため、励起光Ｌ２の反射光はほとんどＣＣＤ１１７へは入射しない。ＣＣＤ１１７は、撮像信号を出力し、この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、ＲＧＢ画像信号としてプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２の推定分光データ算出手段１８０へ入力される。

推定分光データ算出手段１８０では、各画素毎に、３色画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂに対して、メモリ１００に記憶されている推定マトリクスデータの全てのパラメータからなる３×５９のマトリクスを用いて、次式で示すマトリクス演算を行って、推定分光データ（ｑ１〜ｑ５９）を作成し、画像処理部１８２へ出力する。

図２Ａおよび図２Ｂは、各画素毎に作成される、この推定分光データ（ｑ１〜ｑ５９）のスペクトル分布の一例を表したものである。図２Ａは蛍光が発せられている被観察部１０に対応する画素におけるスペクトル分布を示し、図２Ｂは、蛍光が発せられていない被観察部１０に対応する画素におけるスペクトル分布を示すものである。それぞれ、横軸は推定分光データの各データ値ｑ１〜ｑ５９が対応する波長を、縦軸は各データ値のｑ１〜ｑ５９の強度を示している。

図２Ｂに示すように、蛍光が発せられていない被観察部１０から取得されたスペクトル分布は、被観察部１０における分光反射率を反映したものとなる。より具体的には、各データ値ｑ１〜ｑ５９の強度は、被観察部１０の分光反射率とＣＣＤ１７の各画素に入射した光の強度との積を反映した値となる。

図２Ａに示すように、蛍光が発せられている被観察部１０から取得されたスペクトル分布は、蛍光の中心波長である波長４８０ｎｍ近傍において、被観察部１０における分光反射率と蛍光強度を反映したものとなる。より具体的には、各データ値ｑ１〜ｑ５９の強度は、被観察部１０の分光反射率と、発せられた蛍光の分光放射率と、ＣＣＤ１７の各画素に入射した光の強度とを反映した値となる。なお、推定分光データ（ｑ１〜ｑ５９）を作成するために用いた推定マトリクスは、被観察部１０の分光反射率を算出するためのマトリクスであるため、各データ値ｑ１〜ｑ５９は、蛍光の分光放射率を正確に反映した値ではないが、蛍光の分光放射率の大小に関する情報を含むものである。このため、推定分光データ（ｑ１〜ｑ５９）を用いて、以下に説明するように、擬似蛍光収率を算出することができる。

画像処理部１８２では、各画素毎に、以下の信号処理を行う。まず励起光Ｌ２が照射された場合に被観察部１０から発せられる蛍光の中心波長帯域である４８０ｎｍを含む波長帯域である特定蛍光波長帯域、例えば図３に示すような４６０ｎｍ〜５００ｎｍの波長帯域の推定分光データから、この特定蛍光波長帯域の光強度である擬似蛍光強度を算出する。なお、この擬似蛍光強度は、蛍光の強度そのものを表す値ではないが、上述のように蛍光の分光放射率の大小に関する情報を含む値である。

また、この特定蛍光波長帯域を含まない波長帯域である準通常波長帯域、例えば図４に示すような４１０ｎｍ〜４６０ｎｍおよび５００〜７００ｎｍの波長帯域の推定分光データから、擬似３色画像信号Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓを求める。この際には、例えば、４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長帯域の推定分光データから光強度を算出し、その値をＢｓ信号とする。また、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域の推定分光データから光強度を算出し、その値をＧｓ信号とし、さらに６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域の推定分光データから光強度を算出し、その値をＲｓ信号とする。

この擬似３色画像信号Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓを用いて、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号（擬似カラー通常画像信号）を生成し、擬似カラー通常画像信号として表示処理部１８４へ出力する。

なお、蛍光強度は、励起光照度にほぼ比例するが、励起光照度は距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある正常組織からよりも近くにある病変組織からの方が、強い蛍光を受光する場合があり、蛍光の強度の情報だけでは被観察部の組織性状を表すことはできない。そのため、従来から励起光とは異なる波長帯域の光を参照光として被観察部に照射し、この参照光の照射を受けた被観察部によって反射された反射光の強度（以下参照光強度と記載）を検出して、蛍光強度をこの参照光強度により除算した蛍光収率を求め、該蛍光収率に基づいて蛍光画像を生成することが行われている。

画像処理部１８２では、上記の参照強度として擬似カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値を使用すること、すなわち擬似蛍光強度を、擬似カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値で除算することにより、擬似蛍光収率を求め、この擬似蛍光収率に対して、例えば、図５に示すように所定の判定値以上であれば緑を割り当て、判定値より小さければ赤をわりあてて、蛍光画像を生成する。あるいは、赤および緑を加色混合法により混色することにより、擬似蛍光収率の値により、表示色が、赤、黄、緑へ順次変化する蛍光画像を生成してもよい。なお、擬似蛍光収率が所定の下限値以下である場合には、赤のみを割り当て、所定の上限値以上である場合には緑を割り当てる。擬似蛍光収率が小さくなる病変組織は赤色に、擬似蛍光収率が大きい正常組織は緑色に表示される。

あるいは、図６に示すように、擬似蛍光収率に対して、判定値との比較により、赤、緑、青を割り当てて蛍光画像を生成することもできる。また、赤、緑および青を加色混合法により混色することにより、擬似蛍光収率の値により、表示色が、赤、黄、緑、シアン、青へ順次変化する蛍光画像を生成してもよい。なお、擬似蛍光収率が所定の下限値以下である場合、あるいは所定の上限値以上である場合には無彩色を割り当ててもよい。

なお、本実施の形態においては、参照光強度として擬似カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値を用いたが、例えば、擬似カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値の変わりに、画像信号Ｒｓの光強度や、あるいは正常組織から発せられる蛍光強度と病変組織から発せられる蛍光強度との差が少ない長波長帯域、例えば６２０ｎｍにおける推定分光データから求めた光強度などを用いてもよい。

画像処理部１８２では、観察者が、擬似蛍光収率が小さくなる病変組織の位置を確認しやすいように、擬似カラー通常画像信号の輝度信号Ｙのみを反映させた画像、すなわち擬似白黒通常画像へ、上述の蛍光画像を重畳した蛍光重畳画像データを生成して、表示処理部１８４へ出力する。表示処理部１８４では、画像処理部１８２から出力された擬似カラー通常画像データと蛍光重畳画像データを並べて表示した表示画像を生成、もしくは擬似カラー通常画像データと蛍光重畳画像データとを一枚の画像内へ合成処理した表示用のカラー画像信号を生成し、モニタ１１へ出力して表示させる。

なお、予めプロセッサ部１７２にて、全ての画素における擬似蛍光収率が予め設定された所定の判定値以上であるか否かを判定し、所定値以上である場合、すなわち、すなわち画像内に病変組織に対応する部分がない場合には、擬似カラー通常画像データのみを表示させてもよい。

また、画像処理部１８２は、画素毎の擬似カラー通常画像信号の輝度信号Ｙ、または隣接する複数画素の平均輝度信号Ｙ’を光量制御部１８６へ出力する。光量制御部１８６では、１フレーム毎に指定エリア画素の平均輝度値Ｙａを算出し、予めメモリ１９０へ記憶されている基準輝度値Ｙｒと比較して、比較結果に基づいて絞り制御信号を選択し、照明光ユニット１５０の制御部１６７へ出力する。また同時に励起光ユニット１３０において、駆動回路１３２から半導体レーザ１３１へ供給される駆動電流の値を制御する駆動電流制御信号を求め、この駆動電流制御信号を励起光ユニット１３０の制御部１４０へ出力する。

絞り制御信号としては、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより大きければ絞り１５６の絞り量を小さくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより小さければ絞り１５６の絞り量を大きくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒと略等しい場合には、絞り量を維持する信号が選択される。また、照明光Ｌ１の光量と励起光Ｌ２の光量との比率が所定の値になるように、絞り制御信号と対応する駆動電流制御信号が出力される。なお、照明光Ｌ１の光量と励起光Ｌ２の光量との比率は、予め入力部１９２からの入力操作により設定可能であり、光量制御部１８６ではこの設定された比率と、照明光Ｌ１の絞り量とに基づいて、励起光Ｌ２に駆動電流量を決定し、駆動電流制御信号を出力する。

照明光ユニット１５０の制御部１６７では、この絞り制御信号に基づいて、絞り１５６の絞り量を制御する。また、励起光ユニット１３０の制御部１４０では、この駆動電流制御信号に基づいて、駆動回路１３２から半導体レーザ１３１へ供給する電流値が制御される。

以上の説明で明らかなように、本発明による蛍光内視鏡装置１００では、光量制御部１８６が、通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように照明光Ｌ１の光量を制御し、かつ照明光Ｌ１の光量に対して励起光Ｌ２の光量が予め設定された比率となるように励起光Ｌ２の光量を制御するため、励起光Ｌ２の射出端から被観察部１０までの距離が近いにもかかわらず励起光Ｌ２の光量を増加してしまう虞がなく、被観察部１０の組織性状を反映した蛍光画像を取得できるので、蛍光画像の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、絞り１５６をキセノンランプ１５１とダイクロイックミラー１５７との間に配置したが、変形例として、図７に示すように、絞り１５６ａをダイクロイックミラー１５７と集光レンズ１５８との間に配置してもよい。この場合には、励起光Ｌ２の光量は、この絞り１５６ａと駆動回路１３２から半導体レーザ１３１へ供給される駆動電流の値とにより定まるため、予めこの点が考慮された光量の制御が行われる。

なお、本実施の形態においては、通常画像モードが選択された場合に信号処理を行う、通常画像処理部１７４および表示処理部１７６と、蛍光画像モードが選択された場合に信号処理を行う、推定分光データ算出部１８０、画像処理部１８２および表示処理部１８４とをプロセッサ部１７２とを設けたが、プロセッサ部１７２の形態はこのような形態に限定されるものではなく、例えば推定分光データ算出部１８０と、通常画像処理部１７４および画像処理部１８２として機能する画像処理部と、表示処理部１７６および表示処理部１８４として機能する表示処理部とを設け、通常画像モードが選択された場合には、スコープ１１０から出力された信号を直接画像処理部へ入力し、蛍光画像モードが選択された場合には、スコープ１１０から出力された信号を推定分光データ算出部１８０へ入力するような構成としてもよい。

さらに、本実施の形態においては、スコープ部１１０内を伝播した照明光Ｌ１と励起光Ｌ２とを同時に被観察部１０へ照射し、ＣＣＤ１１７で撮像した画像信号と、予めメモリ１９０に記憶されているマトリクスデータを用いて、推定分光データを算出し、この推定分光データから擬似蛍光強度を算出し、この擬似蛍光強度に基づいて蛍光画像を生成する蛍光内視鏡装置を用いて説明を行ったが、本発明の蛍光画像取得装置の形態は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、照明光と励起光とを照射し、蛍光画像を取得する形態であればいかなる形態であってもよい。例えばスコープ部先端にＬＥＤ等の光源部を備えた内視鏡装置、コルポスコープ、あるいはカプセル内視鏡装置等であってもよいし、また蛍光画像取得機能を備える顕微鏡等であってもよい。

また、ＣＣＤ１１７のモザイクフィルタとしては、原色型の３色フィルタを用いて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、４色型あるいは補色型等のモザイクフィルタ等を用いることもできる。この場合には、ＣＣＤ１１７から出力される信号を信号処理により原色型の信号へ変換してもよいし、予めこれらのモザイクフィルタの分光特性に合わせた推定マトリクスデータをメモリへ記憶させておいてもよい。

なお、本実施の形態においては、生体組織そのものから発せられる自家蛍光を取得したが、取得する蛍光は例えば蛍光薬剤であるインドシアニングリーン（Indocyanine green）等が注入された観察部から発せられる薬剤蛍光であってもよい。また、励起光として４０５ｎｍの光を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、蛍光薬剤としてインドシアニングリーン（Indocyanine green）を用いる場合であれば、７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光を励起光として使用することができ、８００ｎｍ以上の波長帯域の薬剤蛍光が発せられる。さらに、励起光光源の種類はレーザに限らず、ＬＥＤでも良い。

本発明の一実施形態に係る蛍光内視鏡装置の構成を示すブロック図波長と擬似分光反射率データとの関係を示す図波長と分光反射率データとの関係を示す図特定蛍光波長帯域における波長と擬似分光反射率データとの関係を示す図準通常波長帯域における波長と擬似分光反射率データとの関係を示す図蛍光収率に対する色の割り当て方法の説明図他の蛍光収率に対する色の割り当て方法の説明図本発明の一実施形態に係る蛍光内視鏡装置の変形例の構成を示すブロック正常組織および病変組織から発せられる蛍光のスペクトルの説明図

符号の説明

１０観察部
１１モニタ
１００蛍光内視鏡装置
１１０スコープユニット
１１１照明用光学系
１１２ライトガイド
１１３光コネクタ
１１５結像レンズ
１１６励起光カットフィルタ
１１７ＣＣＤ
１１８ＣＣＤ駆動回路
１２１制御部
１２２スイッチ
１２５信号ライン
１２６信号ライン
１２７コネクタ
１３０励起光ユニット
１３１半導体レーザ
１３２駆動回路
１３３ライトガイド(ファイバー)
１３４スイッチ
１３６光コネクタ
１５０照明光ユニット
１５１キセノンランプ
１５２駆動回路
１５３光コネクタ
１５４接続検知部
１５５波長フィルタ
１５６，１５６ａ絞り
１５７ダイクロイックミラー
１５８集光レンズ
１５９ロータリーシャッタ
１６１光コネクタ
１６２接続検知部
１６３ライトガイド(ファイバー)
１６４レンズ
１６５コネクタ
１６６接続検知部
１６７制御部
１７０プロセッサユニット
１７２プロセッサ部
１７４通常画像処理部
１７６表示処理部
１８０推定分光データ算出部
１８２画像処理部
１８４表示処理部
１８６光量制御部
１９０メモリ
１９２入力部

Claims

照明光が照射された被観察部の反射光からなる像および前記照明光と同時に励起光が照射された前記被観察部から発せられる蛍光からなる像を撮像し、
撮像された前記反射光からなる像に基づいて通常画像を生成し、撮像された前記蛍光からなる像に基づいて蛍光画像を生成する蛍光画像取得方法であって、
前記通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように前記照明光の光量を制御し、かつ前記照明光の光量に対して前記励起光の光量が予め設定された比率となるように前記励起光の光量を制御することを特徴とする蛍光画像取得方法。
照明光および励起光を同時に被観察部へ照射する光照射手段と、
前記照明光が照射された前記被観察部の反射光からなる像および前記励起光が照射された前記被観察部から発せられる蛍光からなる像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された前記反射光からなる像に基づいて通常画像を生成し、また該撮像手段により撮像された前記蛍光からなる像に基づいて蛍光画像を生成する画像処理手段とを備えた蛍光画像取得装置であって、
前記通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように前記照明光の光量を制御し、かつ前記照明光の光量に対して前記励起光の光量が予め設定された比率となるように前記励起光の光量を制御する光量制御手段を備えることを特徴とする蛍光画像取得装置。
前記照明光の光量に対する前記励起光の光量の比率を入力操作により設定する設定手段を備えていることを特徴とする請求項２記載の蛍光画像取得装置。
擬似分光画像処理用の推定マトリクスを記憶する記憶部と、
前記撮像手段から出力された画像信号と前記推定マトリクスとを用いて、前記画像信号の画素毎に推定分光データを算出する推定分光データ算出手段とを備え、
前記画像処理手段が、前記画素毎の推定分光データから、少なくとも前記蛍光の中心波長帯域を含む波長帯域である特定蛍光波長帯域の推定分光データを求め、該特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて蛍光画像を生成するものであることを特徴とする蛍光画像取得装置。
前記画像処理手段が、前記特定蛍光波長帯域の推定分光データから、前記特定蛍光波長帯域における光強度である擬似蛍光強度を算出し、さらに、前記特定蛍光波長帯域を含まない波長帯域である参照波長帯域の推定分光データを求め、該参照波長帯域の推定分光データから前記参照波長帯域の光強度である参照光強度を算出し、前記擬似蛍光強度を前記参照強度により除算した擬似蛍光収率を算出し、該擬似蛍光収率に基づいて前記蛍光画像を生成するものであることを特徴とする請求項４記載の蛍光画像取得装置。