JP2010014967A - 生体観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、マーカを非侵襲的に配置することができ、また、マーカを所望の観察部位に正確かつ容易に配置することができる生体観察装置および生体観察方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、マーカが付与された、生体の振動を抑制するスタビライザと、前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段とを具備し、前記スタビライザが、対物レンズによる観察を阻害しない筒部材と、前記筒部材に分離可能に構成され、前記生体の振動のうち光軸方向への振動を抑制し、かつ光軸に垂直な方向への移動を許容する可動部材と、前記可動部材の先端部に位置し、１以上の前記マーカが付与された生体接触面を有する透明部材とを具備する、生体観察装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、生体振動による像ブレを抑制する生体振動抑制機能を備えた生体観察装置に関する。

生体機能の解析や病理解明などのため、生体を観察する手法に関心が集まってきている。しかし、生体は生きているがゆえに呼吸や拍動・脈動による振動を有している。この振動は観察像をブレさせるなど、観察を阻害する要因として非常に大きな問題である。

像ブレを抑制する技術として、第１に、生体を物理的に押圧し、観察範囲における生体の振動そのものを抑制する技術が開発されている（特許文献１）。特許文献１では、振動している生体をスタビライザで物理的に押圧し、スタビライザ内側に配置される観察範囲の振動そのものを抑制することによって、像ブレの少ない鮮明な画像を得ることができる。

像ブレを抑制する技術として、第２に、生体の振動そのものを抑制するのではなく、逆に対物レンズを生体の振動に追従させて、像ブレを抑制する技術が開発されている（特許文献２）。特許文献２では、対物レンズを生体振動に追従させるために、振動検出用カメラ、制御装置および対物レンズ駆動装置を設けている。前記振動検出用カメラによって撮像された画像情報を前記制御装置によって演算処理し、生体振動の変位量をデータ化する。この変位量を応じて前記対物レンズ駆動装置を駆動させることにより、対物レンズを生体振動に追従させる。

対物レンズを生体の振動に追従させるためには、生体の位置情報をリアルタイムに正確に取得する必要がある。その一案として、生体にマーカを付与し、このマーカから位置情報を取得する方法が提案されている（非特許文献１）。明るいマーカは、振動検出用カメラのフレームレート（FPS）を高く設定して各撮像の露出時間を短くしてもその位置情報が失われない。
特開２００７−２７９３８８ 特開２００７−１８７８１０ Official journal of the Society for Molecular Imaging、2006年8月21日、198-240頁

しかしながら、マーカとして蛍光色素等を生体に直接付与すると、蛍光色素等が生体に侵襲し、生体に悪影響をもたらすおそれがある。これに対し、蛍光ビーズなどをマーカとして使用すれば、生体への侵襲の問題は低減されるものの、蛍光ビーズを所望の観察部位に配置することに熟練を要する。

従って、本発明の目的は、マーカを非侵襲的に配置することができ、また、マーカを所望の観察部位に正確かつ容易に配置することができる生体観察装置および生体観察方法を提供することにある。

本発明者は、鋭意研究の結果、上記特許文献１に挙げたスタビライザを改良することによって上記課題を解決するに至った。

即ち、本発明は、生体の振動を抑制するためのスタビライザと、前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、前記生体振動制御手段からの光を結像する振動検出用撮像手段とを具備し、前記スタビライザイが、対物レンズによる観察を阻害しない筒部材と、前記筒部材に分離可能に構成され、前記生体の振動のうち光軸方向への振動を抑制し、かつ光軸に垂直な方向への移動を許容する可動部材と、前記可動部材の先端部に位置し、１以上のマーカが付与された生体接触面を有する透明部材とを具備する、生体観察装置を提供する。

また、本発明は、マーカが付与された、光軸方向への生体の振動を抑制するスタビライザと、前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、を具備する生体観察装置の制御方法であって、生体に所定の押圧力で接触した前記スタビライザの生体振動に追従した光軸に垂直な方向への移動を、前記振動検出用撮像手段および制御手段により、前記スタビライザに付与されたマーカの変位ベクトルに変換する工程と、前記変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を並進移動させる工程と、前記観察用撮像手段によって撮像された生体の観察画像を表示する工程と、を含む、生体観察装置の制御方法を提供する。

さらにまた、本発明は、マーカが付与された、光軸方向への生体の振動を抑制するスタビライザと、前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と、を具備する生体観察装置を使用した生体観察方法であって、前記スタビライザを生体（但し、ヒトを除く）に所定の押圧力で接触させる工程と、前記生体の振動のうち、光軸に垂直な方向への生体の移動を、前記スタビライザに付与されたマーカの変位ベクトルとして算出する工程と、前記算出されたマーカの変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を駆動し、対物レンズを生体の振動に追従させる工程と、前記観察用撮像手段によって生体の観察画像を得る工程と、を含む、生体観察方法を提供する。

本発明は、マーカを非侵襲的に配置することができ、また、マーカを所望の観察部位に正確かつ容易に配置することができる。その結果、本発明は、振動する生体から、像ブレすることなく長時間にわたって鮮明な画像を得ることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、本発明の構成を詳細に説明するために例示的に示したものに過ぎない。従って、本発明は、以下の各実施形態に記載された説明に基づいて限定解釈されるべきではない。本発明の範囲には、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内にある限り、以下の各実施形態の種々の変形、改良形態を含む全ての実施形態が含まれる。

＜第１の実施形態＞
図１
図１は、第１の実施形態における生体観察装置100の模式図である。本発明の生体観察装置100は、蛍光や化学発光等の高輝度の光を発生し得るマーカ９が付与された、生体の振動を抑制するスタビライザ１と、前記生体の観察像を結像する高感度カメラ110と、前記マーカ９からの光を結像する高速度カメラ120と、前記高速度カメラ120によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段130と、前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段140とを具備する、顕微鏡装置である。

スタビライザ１はアーム部を介して昇降機構に接続され、該昇降機構が生体観察装置本体に接続されている。スタビライザ1はステージ101上に静置された試料Ａを上方から押し付ける。ステージ101は、除振台103上に設置され、照準つまみ102によって移動調節することができる。

試料Ａは、実際に生きている生体であり、例えば、実験小動物の各種組織（例えば、上皮組織、結合組織、筋組織および神経組織）および上記各種組織で構成された臓器（例えば、心臓、脳、肝臓、胃）を観察対象とする。所望の観察部位は、通常の外科的手法により外界に露出させる。本発明のスタビライザ１は、生体の振動のうち光軸方向（Z軸方向）への振動を抑制し、かつ光軸に垂直な方向（X、Y軸方向）への移動を許容する可動部材を備えているため、スタビライザ１に上方から押し付けられた試料Ａは、Z軸方向への振動は抑制されるものの、X、Y軸方向への振動は抑制されない。

前記観察用撮像手段は、例えば高感度カメラ110によって構成され、試料Ａの精細な観察画像を撮像する。撮像された画像データはPC 111に送信され、モニタ112に表示される。

前記振動検出用撮像手段は、例えば高速度カメラ120によって構成され、マーカ９を撮像する。

制御手段130は、高速度カメラ120によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出し、この算出された変位ベクトルに応じて対物レンズ駆動手段140を駆動させる位置制御演算装置である。

対物レンズ駆動手段は、例えば前記変位ベクトルに応じて駆動可能なXYステージ140によって構成され、XYステージ140には対物レンズが取り付けられている。本発明のスタビライザは、スタビライザ１によって光軸方向（Z軸方向）への振動が抑制されるので、算出される変位ベクトルは（X,Y）で表わされる２次元ベクトルである。従って、対物レンズ駆動手段140はXY平面方向へ駆動可能であれば足り、Z方向への駆動系を備えている必要はない。その他、対物レンズ駆動手段140は、レボルバーに取り付けられ、対物レンズの変更、交換が可能となっている。

第１の実施形態において、光学系は、例えば、ダイクロイックミラー（Dichroic Mirror; 以下、DMなどという）および励起フィルタ（Excitation Filter; 以下、EXフィルタなどという）により構成される。

例えば、ランプ150によって照射された光は、EXフィルタ160を介してDM1 170へ入射し、DM1 170によってDM2 180側へ反射される。その後、光はDM2 180によって対物レンズ１０側へ反射され、対物レンズ１０によって試料Ａに照射される。

次に、試料Ａからの蛍光／反射光は、対物レンズ１０を介してDM2 180に入射し、DM2 180によってDM1 170側へ反射され、DM1 170を透過した後、高感度カメラ110に入射する。

一方、マーカ９からの蛍光は、対物レンズ１０およびDM2 180を透過した後、高速度カメラ120に入射する。なお、マーカーとして化学発光のような励起光を必要としない色素等を用いる場合には、専ら生体観察に適した波長の光を照明光として用いればよい。

その他、高感度カメラ110へのマーカの光の映り込みを防止するため、高感度カメラ110側にバリアフィルタを設け、マーカの光を遮断してもよい。

図２
図１では、例示的に、顕微鏡装置を図示して第１の実施形態について説明したが、本発明の生体観察装置はこれに限定されるものではなく、現に生きている生体、すなわち外界刺激や生理現象により絶えず振動している生体を観察する全ての生体観察装置が含まれる。一例として、本発明の生体観察装置の構成を適用した内視鏡200を図示する。

図２は、内視鏡200の先端部の模式図である。内視鏡レンズ（対物レンズ１０）がＸ、Ｙ軸方向への駆動が可能なＸＹステージ210に固定されている。対物レンズ１０は光ファイバ230に接続され、光ファイバ230は対物レンズ１０によってとらえた物体の反射光を光ファイバ230によって図示していない内視鏡本体部に送信する。内視鏡本体部での制御機構は、上述した顕微鏡装置と同様であり、マーカ９の動きに合わせて対物レンズ１０を追従させることができる。

内視鏡200先端部には、本発明のスタビライザ１が取り付けられている。スタビライザ１は、筒部材２と可動部材５により構成され、可動部材５の先端部には透明部材６が取り付けられている。

透明部材６を生体の観察部位に押し付けると、生体の振動に合わせて可動部材５がＸ、Ｙ平面上を可動する。透明部材６にはマーカ９が付与されているため、マーカ９は生体の振動に合わせて動き、生体のある一点との接触を保つことができる。

図３
図３は、第１の実施形態に係るスタビライザの外観を示す斜視図である。スタビライザ１は、上部材３および下部材４により構成された筒部材２と、可動部材５と、透明部材６により構成されている。上部材３はアーム部７を有し、アーム部７は昇降機構８に上下動可能に取り付けられている。昇降機構８は、生態観察装置100本体に取り付けられている。アーム部７は全方向への移動が可能な多関節アーム等にしてもよく、また昇降機構８に水平方向への移動可能な機構をもたせることによって生体試料を的確に押さえ付けることができる。

透明部材６にはマーカ９が付与されている。マーカ９は透明部材６のうち、対物ユニット１０の観察範囲Ｂの範囲内に付与されていればよい。また、マーカ９は透明部材６の生体接触面６a側（外側）または生体非接触面６b側（内側）のいずれに付与されていてもよい。

試料Ａを観察するとき、先ず、実験小動物等の外皮Ｄを切開して、臓器等の試料Ａを露出させる。そして、昇降機構８を作動させてスタビライザ１を下降させ、透明部材６の生体接触面６aを試料Ａの上面に接触させる。

このとき、スタビライザ１を、生体接触面６aが試料Ａを所定の圧力で押圧するまで下降させ、その位置でスタビライザ１を固定する。試料Ａは、生体接触面６aによる上方からの押圧力により、光軸Ｃの方向（Z軸方向）への振動が抑制される。一方、可動部材５は、光軸Ｃに垂直な方向（X、Y軸方向）への移動が許容されているので、光軸に垂直な方向への生体の振動は抑制されない。生体接触面６aが試料Ａを押圧した状態で試料Ａが光軸Ｃに垂直な方向（X、Y軸方向）に振動すると、可動部材５は試料Ａの振動に従って併進運動し、マーカ９の位置が当初の試料Ａの位置からずれることはない。従って、マーカ９は、試料Ａの振動にかかわらず、試料Ａの特定の位置を常に示し続けることができる。

この状態で対物レンズ１０を筒部材２の内空に降下させ、試料Ａに焦点を合わせる。対物レンズ１０でとらえたマーカ９の光は、振動検出用撮像手段（高速度カメラ120）によって撮像され、該撮像された画像からマーカの変位ベクトルが制御手段130によって算出される。そして、制御手段130は、この変位ベクトルに基づいて対物レンズ１０を駆動させる。対物レンズ１０は生体の振動に追従して動くので、像ブレが起きず、常に鮮明な画像を得ることができる。

図４
図４は、図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面の斜視図である。上部材３の凹部に下部材４を接合し、狭持部１２を有する筒部材２が形成される。一方、可動部材５は突起部（フランジ１１）を備える。そして、可動部材５のフランジ１１が狭持部１２に狭持されることによって可動部材５が筒部材２に担持される。筒部材２は、対物レンズ１０を挿入するための内空を有していればよく、その形状に特に制限はない。また、筒部材２を構成する上部材３および下部材４の材質に特に制限はなく、例えば、樹脂材料および金属材料の中から適宜選択される。

可動部材５は、摺動性を有する弾性部材、例えばプラスチックフィルム等の樹脂材料により構成され、その胴部は指圧により変形させることができる。可動部材５を指圧して押し潰すように変形させ、この状態で筒部材２の下方向から可動部材５を挿入する。このとき、可動部材５のフランジ１１が狭持部１２に入るように回転方向を合わせて差し込むとよい。ここで、指を離すと、可動部材５はそれ自体の弾性により元の形状に復帰し、フランジ１１が狭持部１２に入り込んで可動部材５が筒部材２に担持される。下部材４の外側下面に狭持部１２の方向を示す印をつけておくと入れやすい。

可動部材５には、可動部材５の上部にスリット１３を設けてもよい。スリット１３を設けることによって、可動部材５の胴部の変形をより容易にすることができる。

また、可動部材５は、容易に取り外すことができるので、可動部材５を交換もしくは洗浄することによって、生体試料間のコンタミネーションを防止することができる。さらに、カバーガラスの汚れによる観察像の劣化を防ぐことができる。

狭持部１２は、可動部材５のフランジ１１の対応する箇所に設けられる必要があるが、必要に応じてさらに多くの狭持部１２を筒部材２内に設けてもよい。例えば、一対のフランジ１１を備える可動部材５に対して、４つの狭持部１２を筒部材２内に設けることにより、可動部材５の挿入時に、可動部材５のフランジ１１がどの方向に向いている場合であっても、容易に狭持部１２内にフランジ１１を挿入することができる。

狭持部１２の上面および下面には、それぞれ狭持部材１２aおよび１２ｂが貼り付けられ、フランジ１１の光軸Ｃに垂直な方向（X、Y軸方向）への移動を許容する。狭持部材には、フランジ１１のX、Y軸方向への移動を許容する本願出願時に公知の全ての狭持部材が含まれるが、特に好ましくは、摺動部材、ボールおよび板バネからなる群より選択された任意の組み合わせから構成される。図４では、狭持部材１２aおよび１２ｂは、例示的にいずれも摺動部材で構成されている。摺動部材としては、樹脂材料、例えばフッ素樹脂などが好ましい。なお、上部材３および下部材４自体が摺動部材で構成されていてもよい。

フランジ１１は、摺動部材１２aおよび１２ｂの間でX、Y軸方向への移動が許容される。生体の振動に追従する可動部材５のX、Y軸方向への移動は、フランジ１１の摺動作用によりもたらされる。

図５
図５は、図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図である。フランジ１１は、可動部材５が狭持部１２から外れないような寸法を有する。すなわち、一端のフランジ１１aが最端に振れたときに他端のフランジ１１bが狭持部１２に担持されている必要がある。具体的には、400μmの振動が推定される生体を観察する場合、例えば、筒部材２の内径を可動部材５の外径よりも１mm大きく設計し、かつ狭持部１２の内径をフランジ１１の外径よりも上記と同様１mm大きく設計することによって、中心軸に設置された可動部材５には前後左右に500μmの可動空間が与えられる。このとき、フランジ１１の外径を、可動部材５の胴部の外径よりも４mm大きく設計すれば（すなわち、全長４mmの突起部）、可動部材５が狭持部１２から外れることはなく、さらに上部材３または下部材４に引っかかって摺動性が損なわれることもない。

マーカ９は、対物レンズ１０の観察範囲Ｂ（より具体的には、高速度カメラの視野内）に入ればいずれの位置に配置されてもよい。例えば、マーカを視野中央に配置してもよいし、あるいは観察視野から外れた位置に配置してもよい。また、生体の動きや可動部材の初期位置にかかわらず、必ず高速度カメラの視野に入るように、マーカ９を複数配置してもよい。さらにまた、マーカ９は、透明部材６の生体接触面６a側（外側）または生体非接触面６b側（内側）のいずれに付与されていてもよい。図４では、例示的に内側６bに付与してある。マーカ９の種類および形状等に制限はなく、本願出願時に公知の全てのマーカが含まれる。例えば、マーカ９は、透明部材６上に円形にプリントされた蛍光塗料であり、あるいは十字型に鍍金された反射材料である。マーカ９を内側６bに付与する場合、マーカ９は生体に接触しないので、マーカの素材は生体適合性を考慮することなく自由に選択することができる。

図６
図６は、可動部材５の斜視図である。１対のフランジ１１aおよび１１bが可動部材５の円筒本体部に設けられている。フランジ１１の形状および数に特に制限はないが、押しつぶしが容易で筒部材２への挿入が容易なように、同図に示すように、１対のフランジ１１aおよび１１bを円筒円周上で互いに向かい合うように設けるのが好ましい。また任意的に、可動部材５をより容易に押し潰すことができるように円筒円周枠上にスリット１３を設けてもよい。スリット１３の形状および数に特に制限はないが、１対のスリットを互いに向かい合うように設けるのが好ましい。なお、スリット１３を設けると、変形が容易になる分、可動部材５の円筒胴部の厚みをある程度厚くすることができる。可動部材５の円筒胴部の厚みを薄くすれば当然容易に変形可能となるが、その分不可逆的変形を起こしやすくなる。スリット１３を設けて可動部材５の円筒胴部にある程度の厚みをもたせ、可動部材５の不可逆的変形を防止しつつ、スリット１３の効果により、同時に変形容易性を実現することができる。

可動部材５の先端部には透明部材６が取り付けられている。透明部材６は、光学的に透明な部材であればよく、例えば、カバーガラスなどで構成される。ガラスは生体との密着性がよく、生体の振動に従った可動部材５の併進運動を可能にする。透明部材６の表面上には少なくとも１つのマーカ９が付与されている。透明部材６は可動部材５の内空に内接するようにはめ込んで固定することができる。このとき、可動部材５の内空には、例えば図示しない突起部を設けておき、可動部５の内空にはめ込んだ透明部材６が固定されるような構造としてもよい。また、透明部材６を可動部材５の円筒円周枠上に貼り付け固定してもよい。その他、可動部材５の先端部が分離可能な部材で構成され、該先端部と一体になった透明部材６を可動部材５と合体してもよい。

以上、第１の実施形態におけるスタビライザ１を使用すれば、マーカを個別に扱う必要がなく、観察したい面に必ずマーカを配置することができる。さらに、生体の観察する位置をずらしてもマーカを付け直す必要がない。従って、見たいところを任意に観察しつつ、マーカを確実に検出することができる。また、生体の振動に従ってその接触面が動く本発明のスタビライザは、生体接触面が固定された可動性のない従来のスタビライザと比較して、カバーガラスもしくは可動部材のエッジに生体が無理やり押付けられるということが起こらないので、侵襲性も低くなる。

＜第２の実施形態＞
図７
図７は、図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図である。第１の実施形態では、狭持部１２の上面および下面には摺動部材１２aおよび１２ｂが貼り付けられていたが、第２の実施形態では、狭持部の上面側にボール２１を設け、狭持部の下面側に板バネ２２を設けている。上部材３にはボールが動くための溝部２３が設けられ、板バネ２２は締め付け部材２４によって下部材４に固定されている。

板バネ２４の先端部は半円形状に曲げられており、可動部材５を挿入する前の状態において、ボール２１を上方に押さえ付けて落下を防止している。また、板バネ２４の先端部を半円形状に曲げることによって、可動部材５のフランジ１１を狭持部１２内に容易に挿入することができ、また、いったん挿入すると、フランジ１１が板バネ２４とボール２１との間でしっかりと狭持され、可動部材５のＸ、Ｙ軸方向への移動が可能となる。

なお、ボール２１と板バネ２２の位置を逆にしてもよい。すなわち、ボール２１が動くための溝部２３を下部材４側に形成し、該溝部２３にボール２１を置く。そして、板バネ２２が上部材３側に締付け部材２４によって固定される。

図８
図８は、図７の矢印Ｅからみた上部材３の平面図である。上部材３はリング形状であって対物レンズ挿入口３１を有し、上部材３の下面３２は下部材４の狭持部１２以外の場所で下部材４の上面と接している。溝部２３は、上部材３の下面側に、狭持部１２に対応する箇所に複数設けられている。溝部２３の形状に特に制限はない。例えば、図８のようにボール２１の動きを円滑にするために円形状の溝としてもよいし、また一対のＶ溝を互いに対軸方向に設け、各Ｖ溝にボール２１を配置してもよい。その他、溝部２３を上部材３の下面全体に環状に設けてもよい（図示せず）。このとき、複数のボールが一箇所に集まるのを防止するため、可動部材５のフランジ１１側に円形状の浅い溝を複数設け、各円形状の浅い溝にボールを配置することによって、複数のボールが一箇所に集まるのを防ぐことができる。

図９
図９は、図７の矢印Ｆからみた下部材４の平面図である。下部材４はリング形状であって対物レンズ挿入口４１を有し、下部材４の上面４２は狭持部１２以外の場所で上部材３の下面と接している。狭持部１２は、下部材４の上面側に複数個所設けられており、狭持部１２内部に板バネ２２が締付け部材２４によって固定されている。板バネ２２は、下部材４を上部材３と張り合わせて結合した際、ボール２１が動くための溝部２３のほぼ真下に位置する。

なお、図８では、狭持部１２を下部材４側に設けたが、逆に、上部材３側に設けてもよい。この場合、上部材３の下面に狭持部１２を構成する溝が設けられ、該溝の中にさらにボール２１が動くための溝部２３が設けられる。反対に、下部材４の上面は平面構造となり、該平面上の狭持部１２の対応する箇所に板バネ２２が締付け部材２４によって固定される。

その他、溝部２３を上部材３または下部材４に設けるのではなく、可動部材５のフランジ１１側に設けてもよい。この場合、上部材３および下部材４には溝部２３を設ける必要がないので、製造プロセスにおける上部材３および下部材４の加工が容易になる。

＜第２の実施形態の変形例＞
第２の実施形態では、ボール２１と板バネ２２によって可動部材５の可動性を実現しているが、ボール２１の代わりに、例えば一対のコロを設けることによって可動部材５の可動性を実現することもできる。具体的には、コロが動く一対の溝部２３を対軸方向に配置し、各溝部２３にそれぞれコロを配置する。このような構成によって、Ｘ軸方向への可動部材５の移動は、第１のコロが動くことによって実現され、Ｙ軸方向への可動部材５の移動は、第２のコロが動くことによって実現される。

＜第３の実施形態＞
図１０
図１０は、図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図である。上部材３は下部材４に締付け部材５１によって固定されている。また、板バネ５２が下部材４の内側で締付け部材５３によって固定されている。板バネ５２の固定箇所を内側に配置することによって、板バネ５２の先端部を半円形状に曲げることなく未加工のフラット形状のままでも、ボール２１を上方に押し付け、その落下を防止することができる。さらに、可動部材５のフランジ１１の狭持部１２への挿入も容易になる。さらにまた、板バネ５２を短く構成しても可動部材５のＸ、Ｙ軸方向への移動可能性を十分に保持することができるので、板バネ５２の長さを短くした分、スタビライザ１本体の外径を小さく設計することができる。これにより、スタビライザ１の小型化が実現可能となり、極小部位の生体観察に最適なスタビライザ１を提供することができる。

なお、第３の実施形態では、上部材３の上面に斜面（テーパ部６３）を設けた。テーパ部６３は、対物レンズとの干渉を避けるためのものである。テーパ部６３の寸法は対物レンズのサイズおよびワーキングディスタンスとスタビライザのサイズによって適宜設定される。テーパ部６３を設けることによって、対物レンズの昇降時に対物レンズが上部材３の上面でつかえるのを防止することができる。

＜第４の実施形態＞
図１１
図１１は、図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図である。上部材３の凹部と下部材４の凸部が貼り合わされて止め具６２によって固定されている。上部材３は上面にＬ字構造６４を有し、対物レンズの昇降時に対物レンズが上部材３の上面でつかえるのを防止している。

下部材４はそれ自体が摺動性を有する樹脂で構成されている。上部材３の下面にはボール２１の動きを保持するための溝部２３が設けられている。溝部２３は、図８のように円形状の溝としてもよいが、第４の実施形態では、特に、上部材３の下面全体に環状の溝を設けた場合について説明する。下面全体に環状の溝を設けた場合、複数のボールが一箇所に集まるのを防止するため、可動部材５のフランジ１１側に円形状の浅い溝を複数設けることが好ましい。各円形状の浅い溝にボールを配置することによって、複数のボールが一箇所に集まるのを防ぐことができる。

可動部材５のフランジ１１は、可動部材５本体から分離可能に構成されたリング状部材６１として構成されている。

組み立ての方法としては、特に制限はないが、例えば、上部材３の溝部２３にボール２１を配置し、その上にリング状部材６１をのせる。最後に、下部材４を上から被せて上部材３に止め具６２によって固定する。

リング状部材６１側にボールの集合を防止する円形状の浅い溝を複数設けた場合、上記とは逆に下部材４側から組み立ててもよい。すなわち、下部材４の上にリング状部材６１をのせ、リング状部材６１に設けられた浅い溝にボールを配置する。最後に、上部材３を上から被せて下部材４に止め具６２によって固定する。

図１２
図１２は、リング状部材６１の平面図である。リング状部材６１は、可動部材５のフランジ１１と可動部材５本体と連接可能な円筒枠部材７１によって構成されている。リング状部材６１をスタビライザ１本体内に常設しておくことによって、フランジ１１のない可動部材５を下から容易に差し込み、これを固定することができる。なお、この構成では可動部材５を押し潰して挿入する必要はないので、可動部材５は可変性の材質である必要はなく、不変性の硬質部材で構成されていてもよい。

その他、上述したように、リング状部材６１のフランジ１１部位にボール２１を配置するための浅い穴を設けてもよい。

＜第５の実施形態＞
図１３
図１３は、図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図である。第５の実施形態では、リング状部材６１の上面および下面の両方にそれぞれ溝部２３aおよび２３bが設けられ、その中にボール２１aおよび２１bが配置されている。可動部材５本体部は、リング状部材６１と連接可能な接続部を有する。リング状部材６１はスタビライザ１本体内に常設されているのでボールが落下することはない。リング状部材６１側に溝部２３aおよび２３bを設けたことによって上部材および下部材の加工が不要になり、製造コストを下げることができる。

＜第６の実施形態＞
図１４
図１４は、図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図である。第６の実施形態では、第１〜第５の実施形態とは異なり、エアレーションによって可動部材５のＸ、Ｙ軸方向への駆動を可能にした。

スタビライザの内部には円環状の給気路８４が設けられ、給気路８４は給気用配管８１に接続している。給気用配管８１にはチューブが接続されており、給気手段（エアポンプ）からエアが供給される（図示せず）。一方、可動部材５のフランジ１１が挿入される狭持部１２の上面および下面には複数の微小な排出口８２が形成されており、給気路８４に供給されたエアがこの複数の微小な排出口８２から放出される。フランジ１１がその上面および下面からエアによって吹き付けられ、狭持部１２内で浮遊状態となることによって、可動部材５の可動性が実現される。フランジ１１はエアによって保持されるので、摩擦等による影響を受けることがない。従って、可動部材５の滑らかな可動性が実現され、可動部材５が生体の振動に正確に追従することができる。

組み立ての方法としては、特に制限はないが、第１〜５の実施形態と同様、上部材３と下部材４を張り合わせる等した後、給気用配管８１をねじ込んで固定すればよい。一方、可動部材５は、例えば、可動部材上部５aおよび可動部材下部５bの２体に分離可能な構成としてもよい。可動部材下部５bは、可動部材上部５aにねじ込み可能なように構成されており、可動部材下部５bの先端に透明部材６（カバーガラス）が固定されている。可動部材５の交換時、可動部材５aはそのままとし、可動部材下部５bのみを交換することによって、安価な交換部品とすることができる。

図１５
図１５は、図１４の矢印Ｇからみた上部材３の断面図である。上部材３は対物レンズ挿入口８３を備えた環状構造であり、複数の微小な排出口８２が形成されている。排出口８２は給気路８４につながっており、給気路８４は給気配管８１および図示しない給気手段に連接されている。

＜第７の実施形態＞
図１６
図１６は、筒部材２の断面図である。第７の実施形態における筒部材２は、外枠９５、内枠９４、および中枠９３により構成され、外枠９５を構成する円筒内に内枠９４を構成する円筒が入り、さらに内枠９４を構成する円筒内に中枠９３を構成する円筒が入り込んだ入れ子状構造となっている。

第７の実施形態における可動部材５は、フランジ１１のない円筒形状であり、中枠９３内に着脱可能にはめ込まれる。

外枠９５および内枠９４は第１の弾性部材、例えば板バネ９６により連結され、かつ内枠９４および中枠９３が第２の弾性部材、例えば板バネ９７により連結されている。外枠９５および内枠９４には、それぞれ中心軸に対して互いに対軸方向に前記板バネ９６、９７を取り付けるための取り付け部９８、９９が設けられ、取り付け部９８に取り付けられた板バネ９６、９７が、その中央部付近でそれぞれ内枠、中枠と連結されている。

板バネ９６はＸ軸方向へ歪曲し、板バネ９７はＹ軸方向へ歪曲するので、可動部材５のＸ、Ｙ軸方向への全自由的な移動が可能となる。なお、図１６では、筒部材２を３つの枠部材による三重構造としたが、２つの枠部材による二重構造とし、内枠９４に板バネ９６、９７の両方を取り付けてもよい。

図１７
図１７は、図１６の断面図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

可動部材５の先端には透明部材６（カバーガラス）が固定されている。中枠９３の内側端部には、円筒部材に接するとともに、円筒部材を光軸方向に平行に差し込むための段差がついている。可動部材５は、中枠９３の前記段差部分まで挿入され、例えばイモネジで横から固定される。可動部材を交換する際には前記イモネジ等をはずし、可動部材を中枠９３から引き抜けばよい。

第１の実施形態における生体観察装置100の模式図。 本発明の生体観察装置の構成を適用した内視鏡200の先端部の模式図。 第１の実施形態に係るスタビライザの外観を示す斜視図 図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面の斜視図 図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図 可動部材５の斜視図 図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図 図７の矢印Ｅからみた上部材３の平面図 図７の矢印Ｆからみた下部材４の平面図 図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図 図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図 リング状部材６１の平面図 図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図 図３の線Ｂ-Ｂに沿った断面図 図１４の矢印Ｇからみた上部材３の断面図 筒部材２の断面図 図１６の断面図のＡ−Ａ線に沿う断面図

符号の説明

１・・・スタビライザ、２・・・筒部材、３・・・上部材、４・・・下部材、５・・・可動部材、５a・・・可動部材上部、５b・・・可動部材下部、６・・・透明部材、６a・・・生体接触面、６b・・・生体非接触面、７・・・アーム部、８・・・昇降手段、９・・・マーカ部、１０・・・対物レンズ、１１・・・突起部、１１a・・・一端のフランジ、１１b・・・他端のフランジ、１２・・・狭持部、１２a、１２b・・・狭持部材、１３・・・スリット、２１、２１a、２１b・・・ボール、２２、５２・・・板バネ、２３、２３a、２３b・・・溝、２４、５３・・・締付け部材、３１、４１、８３・・・対物レンズ挿入口、３２・・・上部材３の下面、４２・・・下部材４の上面、５１・・・締付け部材、６１・・・リング状部材、６２・・・止め具、６３・・・テーパ部、６４・・・Ｌ字構造、７１・・・円筒枠部材、８１・・・給気用配管、８２・・・排出口、８４・・・給気路、９３・・・中枠、９４・・・内枠、９５・・・外枠、９６、９７・・・板バネ、９８、９９・・・取り付け部、100、200・・・本発明の生体観察装置、101・・・ステージ、102・・・調節つまみ、103・・・徐振台、110・・・高感度カメラ、111・・・PC、112・・・モニタ、120・・・高速度カメラ、130・・・制御装置、140、210・・・ＸＹステージ、150・・・ランプ、160・・・励起フィルタ、170、180・・・ダイクロックミラー、181、182・・・バリアフィルタ、220・・・昇降機構、230・・・光ファイバ。

Claims (10)

1. マーカが付与された、生体の振動を抑制するスタビライザと、
   前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、
   前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
   前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
   前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と
   を具備し、
   前記スタビライザが、対物レンズによる観察を阻害しない筒部材と、前記筒部材に分離可能に構成され、前記生体の振動のうち光軸方向への振動を抑制し、かつ光軸に垂直な方向への移動を許容する可動部材と、前記可動部材の先端部に位置し、１以上の前記マーカが付与された生体接触面を有する透明部材とを具備する、生体観察装置。
2. 前記筒部材が、前記可動部材の２以上の突起部を狭持する狭持部を有し、
   前記狭持部が、摺動部材、ボールおよび板バネからなる群より選択された狭持部材の任意の組み合わせで構成されている請求項１に記載の生体観察装置。
3. 前記狭持部が、前記筒部材を構成する上部材および下部材より構成され、下部材が上部材に締め付け部材により固定されている請求項２に記載の生体観察装置。
4. 前記狭持部の下面が板バネにより構成され、前記板バネが、前記筒部材の円筒内空側で固定されている請求項２に記載の生体観察装置。
5. 前記可動部材が、１対のスリットを備える請求項１に記載の生体観察装置。
6. 給気手段と、給気路を備えた筒部材とを具備し、
   前記筒部材が、前記可動部材の２以上の突起部を狭持する狭持部を有し、
   前記狭持部に複数の微小な排出口が形成され、前記給気手段により供給された空気が、前記給気路を通過して前記排出口から排出される、請求項１に記載の生体観察装置。
7. 前記筒部材が、外枠、中枠、および内枠により構成され、
   内枠には前記可動部材が着脱可能にはめ込まれ、
   外枠および中枠が第１の弾性部材により連結され、かつ中枠および内枠が第２の弾性部材により連結されることにより、光軸に垂直な方向への内枠の移動が許容される請求項１に記載の生体観察装置。
8. マーカが付与された、光軸方向への生体の振動を抑制するスタビライザと、
   前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、
   前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
   前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
   前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と
   を具備する生体観察装置の制御方法であって、
   生体に所定の押圧力で接触した前記スタビライザの生体振動に追従した光軸に垂直な方向への移動を、前記振動検出用撮像手段および制御手段により、前記スタビライザに付与されたマーカの変位ベクトルに変換する工程と、
   前記変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を並進移動させる工程と、
   前記観察用撮像手段によって撮像された生体の観察画像を表示する工程と
   を含む、生体観察装置の制御方法。
9. マーカが付与された、光軸方向への生体の振動を抑制するスタビライザと、
   前記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、
   前記マーカからの光を結像する振動検出用撮像手段と、
   前記振動検出用撮像手段によって撮像された画像からマーカの変位ベクトルを算出する制御手段と、
   前記変位ベクトルに応じて駆動可能な対物レンズ駆動手段と
   を具備する生体観察装置を使用した生体観察方法であって、
   前記スタビライザを生体（但し、ヒトを除く）に所定の押圧力で接触させる工程と、
   前記生体の振動のうち、光軸に垂直な方向への生体の移動を、前記スタビライザに付与されたマーカの変位ベクトルとして算出する工程と、
   前記算出されたマーカの変位ベクトルに応じて前記対物レンズ駆動手段を駆動し、対物レンズを生体の振動に追従させる工程と、
   前記観察用撮像手段によって生体の観察画像を得る工程と
   を含む、生体観察方法。
10. 対物レンズによる観察を阻害しない筒部材と、前記筒部材に分離可能に構成され、前記筒部材の軸方向への振動を抑制し、かつ前記軸に垂直な方向への移動を許容する可動部材と、前記可動部材の先端部に位置し、１以上の前記マーカが付与された生体接触面を有する透明部材とを具備する、生体観察用スタビライザ。

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