JP2011110230A - 蛍光画像撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光薬剤が投与された被観察部から発せられた蛍光を受光して蛍光画像を撮像する蛍光画像撮像装置において、操作者の煩雑な作業を必要とすることなく蛍光薬剤を適切なタイミングで投与し、通常画像に対応する蛍光画像を適切なタイミングで取得する。
【解決手段】通常画像または蛍光画像に基づいて撮像部の視野変化を検出し、その視野変化の検出に基づいて蛍光薬剤を自動的に投与する。
【選択図】図６

Description

本発明は、蛍光薬剤が投与された被観察部に励起光を照射することによって、被観察部の蛍光薬剤から発せられた蛍光を受光して蛍光画像を撮像する蛍光画像撮像装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得て、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡システムが広く実用化されている。

また、上記のような内視鏡システムとして、たとえば、特許文献１や特許文献２には、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）などの蛍光薬剤を予め生体内に投与し、励起光を被観察部に照射して血管内のＩＣＧの蛍光を検出することによって血管の蛍光画像を取得する蛍光内視鏡システムも提案されている。

ところで、ＩＣＧは血中からのクリアランスが速いため、時間の経過とともに血中ＩＣＧ濃度が低下してしまい、鮮明な蛍光画像が得られなくなるという問題がある。

そこで、特許文献３においては、蛍光薬剤の濃度を常時測定し、濃度が一定値以下になった場合に自動投与装置によってＩＣＧを自動的に投与するか、もしくは蛍光薬剤の投与を促すような表示をモニタに出力する方法が提案されている。

特開２００１−２９９６７６号公報 特開２００７−２４４７４６号公報 特開２００７−１２５３５５号公報 特表２００８−５２０２８７号公報

しかしながら、特許文献３に記載の方法のように、蛍光薬剤の濃度が常時一定以上になるよう蛍光薬剤を自動的に投与するようにしたのでは、蛍光薬剤の許容量を超えて投与する危険性がある。

そこで、初回循環を撮影する方法（１回に投与する薬剤の量を通常の1/10程度に減らして、薬剤の塊が血中を分散していく過程を画像化する方法）が考えられるが、通常の薬剤蛍光を撮影する方法に比べて蛍光薬剤の投与回数が著しく増加するため、投与作業が煩雑になるという問題がある。

また、蛍光画像を断続的に取得するため、通常画像に対応する蛍光画像を適切なタイミングで取得する必要がある。

さらに、特許文献４においては、蛍光薬剤の許容量を時間で制限する方法が提案されているが、この方法は蛍光薬剤のクリアランスが長く、１回の薬剤投与によってある程度長い時間観察できる場合には有効であるが、上述したような初回循環を撮影する方法においては適していない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、蛍光薬剤が投与された被観察部から発せられた蛍光を受光して蛍光画像を撮像する蛍光画像撮像装置であって、操作者の煩雑な作業を必要とすることなく蛍光薬剤を適切なタイミングで投与することができ、通常画像に対応する蛍光画像を適切なタイミングで取得することができる蛍光画像撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光画像撮像装置は、蛍光薬剤が投与された被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、被観察部に通常光を照射する通常光照射部と、励起光の照射によって被観察部の蛍光薬剤から発せられた蛍光を受光して蛍光画像を撮像するとともに、通常光の照射によって被観察部から反射された通常画像を撮像する撮像部とを備えた蛍光画像撮像装置において、通常画像または蛍光画像に基づいて、撮像部の視野変化を検出する視野変化検出部と、視野変化検出部よる視野変化の検出に基づいて、蛍光薬剤を自動的に投与する蛍光薬剤注入部とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の蛍光画像撮像装置においては、蛍光薬剤注入部を、視野変化の検出と蛍光画像の強度とに基づいて、蛍光薬剤を自動的に投与するものとすることができる。

また、視野変化検出部を、フレーム毎に撮像された通常画像における管を表す画像を抽出し、その抽出した管を表す画像のフレーム間の移動量に基づいて視野変化の検出を行うものとすることができる。

また、視野変化検出部を、現在撮像された通常画像における管を表す画像と現在の通常画像の直近に撮像された蛍光画像における管を表す画像とを抽出し、通常画像における管を表す画像の位置と蛍光画像における管を表す画像の位置との移動量に基づいて視野変化の検出を行うものとすることができる。

また、視野変化検出部を、現在撮像された通常画像における管を表す画像と現在の通常画像の直近の蛍光画像撮像時に撮像された通常画像における管を表す画像とを抽出し、現在の通常画像における管を表す画像の位置と蛍光画像撮像時の通常画像における管を表す画像の位置との移動量に基づいて視野変化の検出を行うものとすることができる。

本発明の蛍光画像撮像装置によれば、通常画像または蛍光画像に基づいて、撮像部の視野変化を検出し、その視野変化の検出に基づいて、蛍光薬剤を自動的に投与するようにしたので、操作者の煩雑な作業を必要とすることなく蛍光薬剤を適切なタイミングで投与することができ、通常画像に対応する蛍光画像を適切なタイミングで取得することができる。

また、フレーム毎に撮像された通常画像における管を表す画像を抽出し、その抽出した管を表す画像のフレーム間の移動量に基づいて視野変化の検出を行うようにした場合には、より簡易な方法で視野検出を行うことができる。

また、現在撮像された通常画像における管を表す画像と現在の通常画像の直近に撮像された蛍光画像における管を表す画像とを抽出し、通常画像における管を表す画像の位置と蛍光画像における管を表す画像の位置との移動量に基づいて視野変化の検出を行うようにした場合も、上記と同様に、より簡易な方法で視野検出を行うことができる。

また、現在撮像された通常画像における管を表す画像と現在の通常画像の直近の蛍光画像撮像時に撮像された通常画像における管を表す画像とを抽出し、現在の通常画像における管を表す画像の位置と蛍光画像撮像時の通常画像における管を表す画像の位置との移動量に基づいて視野変化の検出を行うようにした場合には、フレーム間の通常画像の移動量に基づいて視野変化を検出する場合と比較すると、比較対象の通常画像を頻繁に入れ替える必要がないため、演算処理の負担を軽減することができる。

本発明の蛍光画像撮像装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムの概略構成図 硬質挿入部の概略構成図 撮像ユニットの概略構成図 画像処理装置および光源装置の概略構成を示すブロック図 薬剤自動注入装置の概略構成を示す図 本発明の蛍光画像撮像装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムの作用を説明するためのフローチャート 蛍光画像、通常画像および投与可能回数の表示例を示す図 視野変化の検出方法の一例を説明するためのフローチャート 線分抽出処理の一例を説明するためのフローチャート 視野変化の検出方法のその他の例を説明するためのフローチャート １回あたりの投与量と投与許容回数との関係を示す図

以下、図面を参照して本発明の蛍光画像撮像装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本実施形態の硬性鏡システム１の概略構成を示す外観図である。

本実施形態の硬性鏡システム１は、図１に示すように、白色の通常光および特殊光を射出する光源装置２と、光源装置２から射出された通常光および特殊光を導光して被観察部に照射するとともに、通常光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像および特殊光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施す画像処理装置３と、画像処理装置３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の通常画像および蛍光画像を表示するモニタ４とを備えている。

硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、腹腔内に挿入される硬質挿入部３０と、硬質挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。

また、硬性鏡撮像装置１０は、図２に示すように、硬質挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、硬質挿入部３０は接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、ケーブル接続口３０ｃ、および照射窓３０ｄを備えている。

接続部材３０ａは、硬質挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の一端側３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０側に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と硬質挿入部３０とが着脱可能に接続される。

挿入部材３０ｂは、腹腔内の撮影を行う際に腹腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略１０ｍｍの円柱形状を有している。挿入部材３０ｂの内部には、被観察部の像を結像するための対物レンズ群が収容されており、他端側３０Ｙから入射された被観察部の通常像および蛍光像は対物レンズ群を介して一端側３０Ｘの撮像ユニット２０側に射出される。

挿入部材３０ｂの側面にはケーブル接続口３０ｃが設けられており、このケーブル接続口３０ｃに光ケーブルＬＣが機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとが光ケーブルＬＣを介して光学的に接続されることになる。

照射窓３０ｄは、硬質挿入部３０の他端側３０Ｙに設けられており、光ケーブルＬＣによって導光された通常光および特殊光を被観察部に対し照射するものである。なお、挿入部材３０ｂ内にはケーブル接続口３０ｃから照射窓３０ｄまで通常光および特殊光を導光するライトガイドが収容されており（図示せず）、照射窓３０ｄはライトガイドによって導光された通常光および特殊光を被観察部に照射するものである。

図３は、撮像ユニット２０の概略構成を示す図である。撮像ユニット２０は、硬質挿入部３０内のレンズ群により結像された被観察部の蛍光像を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、硬質挿入部３０内の対物レンズ群により結像された被観察部の通常像を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像を反射するとともに、蛍光像を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。

第１の撮像系は、被観察部において反射され、ダイクロイックプリズム２１を透過した特殊光をカットする特殊光カットフィルタ２２と、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１および特殊光カットフィルタ２２を透過した蛍光像Ｌ４を結像する第１結像光学系２３と、第１結像光学系２３により結像された蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２４とを備えている。

第２の撮像系は、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３を結像する第２結像光学系２５と、第２結像光学系２５により結像された通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２６を備えている。

高感度撮像素子２４は、蛍光像の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。高感度撮像素子２４はモノクロの撮像素子である。

撮像素子２６は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２６の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。

また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２４および撮像素子２６の動作を制御するとともに、高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号および撮像素子２６から出力された通常画像信号に対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブル７（図１参照）を介して画像処理装置３に出力するものである。また、撮像制御ユニット２７は、後述するフットペダル６の押下信号または視野変化検出部６０から出力された検出信号に基づいて高感度撮像素子２４の撮像動作を開始させるものである。なお、本実施形態においては、高感度撮像素子２４は１０ｆｐｓで蛍光画像の撮像を行い、撮像素子２６は３０ｆｐｓで通常画像の撮像を行うものとする。

画像処理装置３は、図４に示すように、通常画像入力コントローラ３１、蛍光画像入力コントローラ３２、画像処理部３３、メモリ３４、ビデオ出力部３５、入力受付部３６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）３７、制御部３８および視野変化検出部６０を備えている。

通常画像入力コントローラ３１および蛍光画像入力コントローラ３２は、所定容量のラインバッファを備えており、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号をそれぞれ一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ３１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ３２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ３４に格納される。

画像処理部３３は、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。

ビデオ出力部３５は、画像処理部３３から出力された通常画像信号および蛍光画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。

入力受付部３６は、患者（被検者）に関する患者情報や種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。また、ＴＧ３７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４、撮像素子２６および後述する光源装置２のＬＤドライバ４５を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。

制御部３８は装置全体を制御するものであるが、さらに患者情報に応じた蛍光薬剤の投与許容量と１回あたりの投与量とに基づいて設定された蛍光薬剤の投与許容回数を取得する投与許容回数取得部３８ａと、後述するフットペダル６から出力された蛍光薬剤の投与開始信号を受け付ける投与開始情報受付部３８ｂと、投与開始信号を受け付けた回数と上記投与許容回数とに基づいて、残りの投与可能回数を取得する投与可能回数取得部３８ｃとを備えている。

視野変化検出部６０は、撮像ユニット２０によって撮像される通常画像および蛍光画像の視野が変化したことを検出し、その検出信号を出力するものである。視野変化の検出方法については、後で詳述する。

光源装置２は、図４に示すように、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を射出する通常光源４０と、通常光源４０から射出された通常光Ｌ１を集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２によって集光された通常光Ｌ１を透過するとともに、後述する特殊光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および特殊光Ｌ２とを光ケーブルＬＣの入射端に入射させるダイクロイックミラー４３とを備えている。なお、通常光源４０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。また、通常光源４０と集光レンズ４２との間には、絞り４１が設けられており、ＡＬＣ（Automatic light control）からの制御信号に基づいてその絞り量が制御される。

また、光源装置２は、７００ｎｍ〜８００ｎｍの可視から近赤外帯域の特殊光Ｌ２を射出するＬＤ光源４４と、ＬＤ光源４４を駆動するＬＤドライバ４５と、ＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２を集光する集光レンズ４６と、集光レンズ４６によって集光された特殊光りＬ２をダイクロイックミラー４３に向けて反射するミラー４７とを備えている。

なお、本実施形態においては、蛍光色素としてＩＣＧを用いるので特殊光Ｌ２として７５０ｎｍ〜７９０ｎｍの近赤外光を用いるものとする。また、特殊光Ｌ２としては、上記波長域の光に限定されず、蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類によって適宜決定される。

ＬＤドライバ４５は、画像処理装置３の制御部３８およびＴＧ３７から出力された制御信号に基づいてＬＤ光源４４を駆動するものであり、画像処理装置３の制御部３８は、画像処理装置３に接続されたフットペダル６の押下信号に基づいてＴＧ３７に制御信号を出力し、ＴＧ３７はフットペダル６が踏まれたときにＬＤ光源４４から特殊光Ｌ２が射出されるようにＬＤドライバ４５に駆動パルス信号を出力するものである。

また、本実施形態の硬性鏡システムは、被検者の体内に薬剤を自動的に注入する薬剤自動注入装置５を備えている。図５に、薬剤自動注入装置５の概略構成を示す。薬剤自動注入装置５は、薬剤が充填されるシリンジ５０と、シリンジ５０がセットされる薬剤自動注入装置本体５１と、駆動制御部５２とを備えている。薬剤自動注入装置本体５１は、シリンジ５０の押し子５３を移動させるための送りねじ５４、キャリッジ５５およびパルスモータ５６を備えている。駆動制御部５２は、画像処理装置３の制御部３８から蛍光薬剤の投与量を示す制御信号に基づいてパルスモータ５６を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。

そして、蛍光薬剤が充填されたシリンジ５０が薬剤自動注入装置本体５１にセットされ、駆動制御部５２からの駆動パルス信号によりパルスモータ５６が駆動されると、送りねじ５４によりキャリッジ５５が移動し、これにより押し子５３が移動し、シリンジ５０から被検者の体内に向けて蛍光薬剤が送出される。

なお、画像処理装置３の制御部３８は、画像処理装置３に接続されたフットペダル６の押下信号または視野変化検出部６０から出力された検出信号に基づいて駆動制御部５２に制御信号を出力するものであり、駆動制御部５２は、フットペダル６が踏まれたときまたは視野変化が検出されたときに蛍光薬剤が送出されるように駆動パルス信号を出力するものである。

また、本実施形態の硬性鏡システムの画像処理装置３にはタイマー３９が設けられており、タイマー３９は、画像処理装置３に接続されたフットペダル６の押下信号に基づいて、蛍光薬剤の投入開始時点からの経過時間を計測するものである。

そして、画像処理装置３の制御部３８は、タイマー３９によって計測された経過時間が、所定時間になったときにＴＧ３７を介して撮像ユニット２０に制御信号を出力し、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４による蛍光画像の撮像を停止するものである。

次に、本実施形態の硬性鏡システムの作用について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、光ケーブルＬＣが接続された硬質挿入部３０およびケーブル７が撮像ユニット２０に取り付けられた後、光源装置２および撮像ユニット２０および画像処理装置３の電源が投入され、これらが駆動される。

そして、画像処理装置３の入力受付部３６において、患者（被検者）情報が操作者によって設定入力される（Ｓ１０）。患者情報としては、具体的には、年齢、体重および観察部位などである。そして、入力受付部３６において入力された患者情報は、制御部３８の投与許容回数取得部３８ａに入力される。

ここで、投与許容回数取得部３８ａには、下表１に示すような患者情報に対応する投与許容量と１回あたりの投与量とが予め設定されている。なお、投与許容量とは、患者（被検者）に投与可能な蛍光薬剤の総投与量のことである。また、下表１は、患者情報として年齢と観察部位の情報を受け付ける場合の一例である。

そして、投与許容回数取得部３８ａは、上表１の設定情報と入力された患者情報とに基づいて投与許容量と１回あたりの投与量を取得し、これらに基づいて投与許容回数を取得する（Ｓ１２）。具体的には、本実施形態においては、蛍光薬剤を注射用水で溶解して1ｍｇ/ｍｌの濃度とした水溶液を使用するものとし、たとえば、患者情報が１６歳以上の成人で観察部位が腹部である場合には、１回あたりの投与量が１ｍｇ（水溶液の容量は１ｍｌ）であり投与許容量が１０ｍｇであるので、投与許容回数としては１０ｍｇ/１ｍｇ ＝ １０回が取得される。

また、患者情報が１６歳以上の成人で観察部位が胸部である場合には、１回あたりの投与量が０．８ｍｇ（水溶液の容量は０．８ｍｌ）であり投与許容量が１０ｍｇであるので、投与許容回数としては１０ｍｇ/０．８ｍｇ ≒ １２回が取得される。

また、患者情報が１５歳以下の小児で観察部位が腹部である場合には、１回あたりの投与量が０．５ｍｇ（水溶液の容量は０．５ｍｌ）であり投与許容量が５ｍｇであるので、投与許容回数としては５ｍｇ/０．５ｍｇ ＝ １０回が取得される。

また、患者情報が１５歳以下の小児で観察部位が胸部である場合には、１回あたりの投与量が０．４ｍｇ（水溶液の容量は０．４ｍｌ）であり投与許容量が５ｍｇであるので、投与許容回数としては５ｍｇ/０．４ｍｇ ≒ １２回が取得される。

なお、患者情報が１５歳以下の小児である場合、蛍光薬剤の水溶液濃度を０．５ｍｇ/ｍｌとしてもよい。ただし、この場合、１回あたりの蛍光薬剤の水溶液の容量は２倍に変わることになる。

また、患者情報として、年齢、体重および観察部位を取得する場合には、下表２に示すような患者情報に対応する投与許容量と１回あたりの投与量とが予め設定される。

そして、蛍光薬剤の水溶液濃度を１ｍｇ/ｍｌとした場合には、たとえば、患者情報が１６歳以上の体重６０ｋｇの成人であり、観察部位が腹部である場合には、１回あたりの投与量が１ｍｇ（水溶液の容量は１ｍｌ）であり投与許容量が０．５ｍｇ/ｋｇ×６０ｋｇ ＝ ３０ｍｇであるので、投与許容回数としては３０ｍｇ/１ｍｇ ＝ ３０回が取得される。

また、患者情報が１５歳以下の体重３０ｋｇの小児であり、観察部位が腹部である場合には、１回あたりの投与量が０．５ｍｇ（水溶液の容量は０．５ｍｌ）であり投与許容量が０．２５ｍｇ/ｋｇ×３０ｋｇ ＝ ７．５ｍｇであるので、投与許容回数としては７．５ｍｇ/０．５ｍｇ ＝ １５回が取得される。

各患者情報について、上記と同様にして投与許容回数が取得される。なお、本実施形態においては、患者情報として年齢、体重および観察部位に基づいて投与許容回数を取得するようにしたが、患者情報はこれに限らず、蛍光薬剤の投与許容量および１回あたりの投与量に関係する患者情報であれば如何なる情報を用いてもよい。

また、表１はＩＣＧ蛍光法の臨床研究における用量の一例である。ＩＣＧは肝機能検査と循環機能検査で薬事承認を受けているが、ＩＣＧ蛍光法はこの用法を逸脱しているため、現状では、各医療機関の倫理委員会で承認された用量で使用されている。基本的には、１回あたりの投与量は薬剤の規定を満たすように設定されている。表１の胸部観察時の１回あたりの投与量は、血管を覆う内臓脂肪が少ないことから、腹部観察時に対して２０%少なく設定している。

そして、次に操作者により硬質挿入部３０が体腔内に挿入され、硬質挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される。

そして、まず、通常画像の撮像が行われる（Ｓ１４）。具体的には、光源装置２の通常光源４０から射出された通常光Ｌ１が、集光レンズ４２、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に照射される。

そして、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像される。具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、第２結像光学系２５により撮像素子２６の撮像面上に結像される。そして、撮像素子２６においてフレーム毎に所定の電荷蓄積期間で電荷が蓄積され、その蓄積電荷に応じた通常画像信号がフレーム毎に出力される。

撮像素子２６から出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル７を介して画像処理装置３に出力される。

画像処理装置３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ３１において一時的に記憶された後、画像処理部３３において階調補正処理およびシャープネス補正処理が施されてメモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号は、ビデオ出力部３５に出力される（Ｓ１６）。

そして、ビデオ出力部３５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する（Ｓ１８）。

そして、上述したようにして通常画像の撮影および表示は常時行われるが、一方、蛍光画像の撮影については、操作者によってフットペダル６が押下されることによって開始される（Ｓ２０）。具体的には、フットペダル６が押下されるとその押下信号が制御部３８に出力され、制御部３８は、蛍光薬剤の投与の前に、投与許容回数取得部３８ａにおいて設定された投与許容回数を取得し、その投与許容回数に基づいて投与可能回数を取得する（Ｓ２２）。投与可能回数とは、投与許容回数から実際に蛍光薬剤を投与した回数を減算した回数である。

そして、制御部３８は、投与可能回数＞０の場合には（Ｓ２４，ＹＥＳ）、蛍光薬剤の投与を開始する（Ｓ２６）。未だ一度も蛍光薬剤を投与していない状態では、投与可能回数＝投与許容回数＞０となるので蛍光薬剤の投与が開始される。具体的には、制御部３８から薬剤自動注入装置５の駆動制御部５２に、蛍光薬剤の容量を示す制御信号が出力され、その制御信号に基づいて駆動制御部５２はパルスモータ５６に駆動パルス信号を出力する。なお、ここでの蛍光薬剤の容量は、投与許容回数取得部３８ａで取得された１回あたりの投与量（ｍｇ）と蛍光薬剤の水溶液濃度（ｍｇ/ｍｌ）とに基づいて求められた量である。

そして、パルスモータ５６が駆動パルス信号に応じて駆動し、これにより押し子５３が移動し、シリンジ５０から被検者の体内に向けて１回あたりの容量（ｍｌ）の蛍光薬剤が送出される。

なお、本実施形態においては、１回に投与する蛍光薬剤の容量を通常の１/１０程度に減らして、薬剤の塊が血中を分散していく過程を画像化する初回循環撮影を行うものとする。初回循環撮影は、薬剤が分散する前の血管の蛍光画像を撮影するので信号強度が大きくできて、バックグランド光が少ないため、コントラストの高い蛍光画像を撮影することができるという長所がある。

そして、上述したような蛍光薬剤の投入とともに、制御部３８は、Ｓ２２において取得した投与可能回数から１を減算して投与可能回数を更新する（Ｓ２８）。

一方、上述したような蛍光薬剤の投入とともに、制御部３８はフットペダル６の押下に応じて蛍光画像の撮像系の動作を開始する。具体的には、制御部３８は、入力されたフットペダル６の押下信号に応じてＴＧ３７に制御信号を出力し、ＴＧ３７は、入力された制御信号に応じて光源装置２のＬＤドライバ４５に駆動パルス信号を出力するとともに、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４に駆動パルス信号を出力する。

そして、ＬＤドライバ４５が、入力された駆動パルス信号に応じてＬＤ光源４４が駆動してＬＤ光源４４からの特殊光Ｌ２の射出が開始されるとともに、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４による撮像が開始される（Ｓ３０，Ｓ３２）。

また、このとき制御部３８は、タイマー３９にも制御信号を出力し、タイマー３９によって蛍光薬剤投入開始時からの経過時間の計測を開始する。

すなわち、上記のように操作者によってフットペダル６が踏まれることによって、蛍光薬剤の投入、特殊光Ｌ２の被観察部への照射、高感度撮像素子２４による蛍光像の撮像およびタイマー３９による経過時間の計測がほぼ同時に開始される。

そして、特殊光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１および特殊光カットフィルタ２２を通過した後、第１結像光学系２３により高感度撮像素子２４の撮像面上に結像される。そして、高感度撮像素子２４においてフレーム毎に所定の電荷蓄積期間で電荷が蓄積され、その蓄積電荷に応じた蛍光画像信号がフレーム毎に出力される。

そして、タイマー３９によって経過時間６０秒が計測されるまで蛍光画像の撮像が行われ、６０秒が経過した時点において制御部３８は特殊光Ｌ２の照射と高感度撮像素子２４による撮像を停止する。

タイマー３９によって経過時間６０秒が計測されるまでの間に高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル７を介して画像処理装置３に出力され、蛍光画像入力コントローラ３２において一時的に記憶された後、
画像処理部３３において所定の画像処理が施されてメモリ３４に格納される（Ｓ３４，Ｓ３６）。なお、本実施形態においては、蛍光画像は１０ｆｐｓで撮像するので、合計６００フレーム分の蛍光画像をメモリ３４に格納できるように構成されている。

また、蛍光画像の撮像時間を６０秒としている理由は以下のとおりである。成人男子の循環血液量は７５ｍｌ/ｋｇで、体重６０ｋｇの場合には４５００ｍｌとなる。一方、成人男子の安静時の心拍出量は７０ｍｌ/ｓ〜８０ｍｌ/ｓなので、体全体を血液が１回循環するのに要する時間は約５４秒〜６０秒となる。したがって、血液中に投入された蛍光薬剤は、投入開始時から５４秒〜６０秒の間に被観察部を通過することになる。

したがって、この５４秒〜６０秒の間さえ撮影しておけば十分であり、その後も継続して特殊光Ｌ２を照射したのでは被観察部が特殊光Ｌ２の照射によって受けるダメージが大きくなり、また、データ量も無駄に多くなってしまうからである。

また、上述したように蛍光画像を順次撮影する間に、予め設定した所定の時点で蛍光画像を指定して取得するようにしてもよい。たとえば、蛍光薬剤投入した時点からの経過時間が１０秒を経過する前の所定の時点における蛍光画像を指定して取得することによって被観察部の動脈の蛍光画像を取得することができ、また、経過時間が１０秒を経過した後の所定の時点の蛍光画像を取得することによって被観察部の静脈の蛍光画像を取得することができる。なお、被観察部の動脈が数秒間蛍光発光した後に被観察部の静脈が蛍光発光することは実験によって確認されている。

そして、メモリ３４から１フレーム毎の蛍光画像信号が順次読み出されてビデオ出力部３５に出力され、ビデオ出力部３５は、入力された蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する（Ｓ１８）。

上記のようにして蛍光薬剤の投入開始時点から６０秒までの間に撮影された蛍光画像がモニタ４に表示されるとともに、通常画像がモニタ４表示される。なお、蛍光画像については６０秒間の間に撮像したものを、６０秒経過後も静止画として表示し、通常画像については動画として表示することが望ましい。

静止画として表示させる蛍光画像としては、たとえば、蛍光薬剤の投入開始時点から１０秒間に撮像された複数の蛍光画像のうちその輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を動脈の蛍光画像として取得し、１０秒経過後に撮像した複数の蛍光画像のうちその輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を静脈の蛍光画像として取得するようにすればよい。なお、上記輝度情報としては、たとえば、蛍光画像の各画素の輝度値の最大値、平均輝度値などを用いることができる。

また、静脈の蛍光画像と動脈の蛍光画像とを別個に表示するようにしてもよいし、これらを加算するなどして両方を合成した蛍光画像を表示するようにしてもよい。図７に、通常画像と蛍光画像とをモニタ４に並べて表示した画面の一例を示す。

そして、本実施形態においては、図７に示すように、モニタ４に通常画像と蛍光画像とを表示するとともに、蛍光薬剤の投与可能回数も表示する（Ｓ１８）。モニタ４に表示される投与可能回数は、Ｓ２８において更新された投与可能回数である。このように投与可能回数を表示することによって操作者は再び蛍光薬剤を投与して蛍光画像の撮影を行うことができるか否かを判断することができる。

ここで、上述したように通常画像および蛍光画像を撮像して表示している途中において、硬質挿入部３０が移動させられて撮像ユニット２０によって撮像される蛍光画像および通常画像の視野が変化することがある。そして、このように視野が変化した場合には、変化後の視野で再び蛍光画像を撮像する必要がある。

そこで、本実施形態においては、視野変化検出部６０によって、通常画像を表す通常画像信号に基づいて視野変化があったか否かを検出する（Ｓ３８）。なお、視野変化があったか否かを検出する方法については、後で詳述する。

そして、視野変化検出部６０により視野変化があったことが検出された場合には、再びＳ２４に戻り、制御部３８において、投与可能回数＞０であるか否かが確認される。そして、投与可能回数＞０場合には（Ｓ２４，ＹＥＳ）、再び蛍光薬剤の投与を開始され（Ｓ２６）、Ｓ２８からＳ３６までの動作が再び行われて蛍光画像の撮像が行われ、モニタ４に視野が変化した後の蛍光画像が表示される（Ｓ１８）。

一方、Ｓ３８において、視野変化があったことが検出されなかった場合、操作者が蛍光画像の撮影を終了しようと考えた場合には、入力受付部３６においてその旨が受け付けられ、蛍光画像の撮影を終了するが（Ｓ４０，ＹＥＳ）、操作者がさらに蛍光画像の撮影を行いたいと考えた場合には（Ｓ４０，ＮＯ）、再びフットペダル６が操作者によって押下される（Ｓ２０）。そして、上記と同様の動作が繰り返されて蛍光画像、通常画像および蛍光薬剤の投与可能回数がモニタ４に表示されるが、投与可能回数については、さらに１回減算された回数が表示されることになる。

そして、上述したように視野変化が検出されるか、もしくは操作者によってフットペダル６が押下される毎に蛍光画像の撮影が繰り返されるが、Ｓ２４において投与可能回数が０になった場合には、制御部３８にモニタ４にワーニング表示をする（Ｓ４２）。このワーニング表示によって操作者に蛍光薬剤の投与許容量に達したことを知らせることができる。

ここで、視野変化検出部６０において視野変化があったか否かを検出する方法について、図８および図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、視野変化検出部６０に対してフレーム毎の通常画像信号が順次入力される。そして、視野変化検出部６０は、入力されたフレーム毎の通常画像信号に対して線分抽出処理を施して所定の太さの血管を表す血管画像信号を検出する（図８のＳ５０）。

ここで、本実施形態においては、エッジ検出とそのエッジ検出によって検出したエッジから孤立点を除去することによって線分抽出処理を行う。エッジ検出方法としては、たとえば、１次微分を用いたキャニー法を用いることができる。図９に、キャニー法によるエッジ検出を用いた線分抽出処理を説明するためのフローチャートを示す。

図９に示すように、まず、通常画像信号に対し、ＤＯＧ（Derivative of Gaussian）フィルタを用いたフィルタ処理が施される（図９、Ｓ８０〜Ｓ８４）。このＤＯＧフィルタを用いたフィルタ処理は、ノイズを減らすためのガウシアンフィルタ処理（平滑化処理）と濃度勾配を検出するためのｘ，ｙ方向の１次微分フィルタ処理とを組み合わせた処理である。

そして、フィルタ処理済の通常画像信号について、濃度勾配の大きさと方向が計算される（図９、Ｓ８６）。そして、濃度勾配の極大点を抽出し、それ以外の非極大点を除去する（図９、Ｓ８８）。

そして、その極大点と所定の閾値とを比較し、所定の閾値以上の極大点をエッジとして検出する（図９、Ｓ９０）。さらに、極大点であり所定の閾値以上であるが、連続したエッジを構成していない孤立点を除去する処理を行う（図９、Ｓ９２）。孤立点の除去処理は、血管としては適当でない孤立点をエッジ検出結果から除去するための処理で、具体的には、検出された各エッジの長さをチェックすることによって孤立点を検出する。

なお、エッジ検出のアルゴリズムは、上記に限らず、ノイズを減らすためのガウシアンフィルタ処理と２次微分処理とを行ってエッジを抽出するラプラシアンフィルタを組み合わせたＬＯＧ（Laplace of Gaussian）フィルタを用いてエッジ検出を行うようにしてもよい。

そして、視野変化検出部６０は、上述したようにして抽出された線分に基づいて、現在の通常画像信号に所定の太さ以上の血管を表す血管画像信号があるか否かを検出し（図８のＳ５２）、所定の太さ以上の血管を表す血管画像信号が検出された場合には、現在のフレームの通常画像信号において検出された血管画像信号の位置と直前のフレームの通常画像信号において検出された血管画像信号の位置とを比較し、その血管画像信号の位置の移動量が所定の閾値よりも大きくなったか否かを検出する（図８のＳ５４）。

そして、血管画像信号の位置の移動量が所定の閾値よりも大きくなったことを検出することによって通常画像の視野変化があったことを検出する。一方、血管画像信号の位置の移動量が所定の閾値以下である場合には、通常画像の視野変化がないことを検出する。また、Ｓ５２において現在のフレームの通常画像信号に所定の太さ以上の血管画像信号が検出されなかった場合にも、移動量＝０であるとみなし、通常画像の視野変化がないことを検出する。

また、上記視野変化検出の説明では、フレーム毎の通常画像信号における血管画像信号の位置の移動量に基づいて視野変化検出を行うようにしたが、これに限らず、現在撮像された通常画像信号と前回撮像された蛍光画像信号とに基づいて視野変化検出を行うようにしてもよい。その場合のフローチャートを図１０に示す。

図１０のフローチャートに示すように、視野変化検出部６０は、現在撮像された通常画像信号と前回撮像された蛍光画像信号との両方に線分抽出処理を施す（Ｓ６０）。通常画像信号について抽出された線分に基づいて、所定の太さ以上の血管を表す血管画像信号があるか否かを検出する（Ｓ６２）。

そして、通常画像信号において、所定の太さ以上の血管を表す血管画像信号が検出された場合には、その通常画像信号において検出された血管画像信号の位置と蛍光画像信号において検出された血管画像信号の位置とを比較し、その移動量が所定の閾値よりも大きくなったか否かを検出する（Ｓ６４）。

そして、現在の通常画像信号における血管画像信号の位置と前回の蛍光画像信号における血管画像信号の位置との移動量が所定の閾値よりも大きくなったことを検出することによって視野変化があったことを検出する。一方、移動量が所定の閾値以下である場合には、通常画像の視野変化がないことを検出する。また、Ｓ６２において所定の太さ以上の血管画像信号が検出されなかった場合にも、移動量＝０であるとみなし、視野変化がないことを検出する。

また、上記説明では、現在撮像された通常画像信号と前回撮像された蛍光画像信号とに基づいて視野変化検出を行うようにしたが、これに限らず、現在撮像された通常画像信号と前回の蛍光画像信号撮像時に撮像された通常画像信号とに基づいて視野変化検出を行うようにしてもよい。具体的な方法については、上述した現在撮像された通常画像信号と前回撮像された蛍光画像信号とに基づいて視野変化検出を行う方法と同様である。

また、上記説明においては、血管画像を表す血管画像信号を抽出するようにしたが、これに限らず、たとえば、リンパ管、胆管などのその他の管部分を表す画像信号を抽出するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、蛍光薬剤の１回あたり投与量を一定としたが、これに限らず、たとえば、蛍光画像の撮像を繰り返す途中で１回あたりの投与量を減らすようにしてもよい。具体的には、たとえば、蛍光薬剤の投与許容量が１０ｍｇで１回あたりの投与量が１ｍｌ（蛍光薬剤の水溶液濃度は１ｍｇ/ｍｌ）で一定とした場合には、投与許容回数は１０回となるが、図１１に示すように、６回目以降の蛍光薬剤の１回あたりの投与量を０．５ｍｌとすれば、投与許容回数を１５回まで増やすことができる。

このように１回あたりの蛍光薬剤の投与量を変更可能にすることによって、たとえば、操作者が５回の蛍光画像の撮影を終了した時点において、残りの投与可能回数である５回以上の蛍光画像の撮影を行いたいと考えた場合に、入力受付部３６において蛍光薬剤の１回あたりの投与量を半分にする設定入力を行うことによって、さらに１０回の蛍光画像の撮影が可能となる。

また、上述したように蛍光画像の撮影途中で１回あたりの蛍光薬剤の投与量の変更を受け付けるのではなく、蛍光画像の撮影を開始する時点において、１回あたり蛍光薬剤の投与量を一定にするか、もしくは所定回数の撮影を終了した時点から変更するかを選択可能にしておき、１回あたりの蛍光薬剤の投与量を変更するよう選択された場合には、上記所定回数の撮影が終了した時点で自動的に１回あたりの蛍光薬剤の投与量を変更するようにしてもよい。

また、上述したように蛍光画像の撮影途中で１回あたりの蛍光薬剤の投与量を少ない投与量に変更した場合には、制御部３８が、ＬＤ光源４４から出力される特殊光Ｌ２の強度が大きくなるように制御するようにしてもよい。また、このとき制御部３８が、高感度撮像素子２４の各フレームの電荷蓄積期間が長くなるように制御するようにしてもよい。具体的には、１回あたりの蛍光薬剤の投与量が半分に変更された場合には、特殊光Ｌ２の強度または高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間を２倍にするようにすればよい。

また、上記実施形態においては、投与可能回数が０になった時点でワーニング表示を出力するようにしたが、これに限らず、たとえば、制御部３８が、薬剤自動注入装置５からの蛍光薬剤の自動注入を強制的に停止させるようにしてもよい。

また、上記実施形態は、本発明の蛍光画像撮像装置を硬性鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡装置を有するその他の内視鏡システムに適用してもよい。また、内視鏡システムに限らず、体内に挿入される挿入部を備えていない、いわゆるビデオカメラ型の医用画像撮像装置に適用してもよい。

１ 硬性鏡システム
２ 光源装置
３ 画像処理装置
４ モニタ
５ 薬剤自動注入装置
６ フットペダル
１０ 硬性鏡撮像装置
２０ 撮像ユニット
２４ 高感度撮像素子
２６ 撮像素子
３０ 硬質挿入部
３３ 画像処理部
３８ 制御部
３８ａ 投与許容回数取得部
３８ｂ 投与開始情報受付部
３８ｃ 投与可能回数取得部
３９ タイマー
４０ 通常光源
４４ ＬＤ光源
６０ 視野変化検出部

Claims (5)

1. 蛍光薬剤が投与された被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、前記被観察部に通常光を照射する通常光照射部と、前記励起光の照射によって前記被観察部の蛍光薬剤から発せられた蛍光を受光して蛍光画像を撮像するとともに、前記通常光の照射によって前記被観察部から反射された通常画像を撮像する撮像部とを備えた蛍光画像撮像装置において、
   前記通常画像または前記蛍光画像に基づいて、前記撮像部の視野変化を検出する視野変化検出部と、
   該視野変化検出部よる前記視野変化の検出に基づいて、前記蛍光薬剤を自動的に投与する蛍光薬剤注入部とを備えたことを特徴とする蛍光画像撮像装置。
2. 前記蛍光薬剤注入部が、前記視野変化の検出と前記蛍光画像の強度とに基づいて、前記蛍光薬剤を自動的に投与するものであることを特徴とする請求項１記載の蛍光画像撮像装置。
3. 前記視野変化検出部が、フレーム毎に撮像された前記通常画像における管を表す画像を抽出し、該抽出した管を表す画像のフレーム間の移動量に基づいて前記視野変化の検出を行うものであることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光画像撮像装置。
4. 前記視野変化検出部が、現在撮像された前記通常画像における管を表す画像と前記現在の通常画像の直近に撮像された蛍光画像における管を表す画像とを抽出し、前記通常画像における管を表す画像の位置と前記蛍光画像における管を表す画像の位置との移動量に基づいて前記視野変化の検出を行うものであることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光画像撮像装置。
5. 前記視野変化検出部が、現在撮像された前記通常画像における管を表す画像と前記現在の通常画像の直近の蛍光画像撮像時に撮像された通常画像における管を表す画像とを抽出し、前記現在の通常画像における管を表す画像の位置と前記蛍光画像撮像時の通常画像における管を表す画像の位置との移動量に基づいて前記視野変化の検出を行うものであることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光画像撮像装置。

Images