JP2011131002A - 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、撮像素子のダイナミックレンジ不足や拍動によるボケの発生を防止する。
【解決手段】蛍光薬剤の動態に関する情報を取得し、その蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、励起光の光量および/または撮像素子の電荷蓄積期間を制御する。
【選択図】図７

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、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においては、通常画像とともに、励起光の照射によって被観察部から発せられた自家蛍光像を撮像して自家蛍光画像を得、これらの画像をモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡システムが提案されている。

また、蛍光内視鏡システムとしては、たとえば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を予め体内に投入し、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ものも提案されている。

特開２００５−２０４９０５号公報 特開２００９−１４８４８７号公報

ここで、たとえば、上述したようなＩＣＧを用いた血管画像の観察を行う場合、血流に流れる薬剤動態によって血中の薬剤濃度は１桁以上変化することがわかっている。そして、その薬剤濃度の変化により、観察部位の蛍光の強度が大きく変動するため、蛍光を検出する撮像素子のダイナミックレンジが不足し、撮像素子によって検出される信号が飽和してしまう問題が生じる。また、観察部位の蛍光の強度が大きく変動するタイミングが、最も蛍光画像の撮像を行いたいタイミングであり、このタイミングでの適切な蛍光画像の取得が望まれる。

さらに、観察部位から発せられる蛍光は微弱であるため、この微弱な蛍光を光電変換する撮像素子の電荷蓄積期間は通常画像を撮像する場合よりも長く設定する必要があるが、電荷蓄積期間が長くなると観察部位の拍動によって蛍光画像にボケが発生する問題がある。

そして、上述したようなダイナミックレンジの不足やボケが発生すると、血管の形状や太さを正確に認識できない問題が生じる。

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において、撮像素子のダイナミックレンジ不足や拍動によるボケの発生を防止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検者の被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、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光電変換する撮像素子を有し、撮像素子によって所定の電荷蓄積期間で電荷を蓄積して蛍光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、蛍光薬剤の動態に関する情報を取得する薬剤動態情報取得部と、薬剤動態情報取得部によって取得された蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、励起光の光量および撮像素子の電荷蓄積期間を制御する制御部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、薬剤動態情報取得部を、蛍光薬剤の動態に関する情報として、被観察部の拍動が激しい観察部位の情報を取得するものとし、制御部を、薬剤動態情報取得部によって観察部位の情報が取得された場合には、撮像素子の電荷蓄積期間を相対的に短い期間に固定するものとすることができる。

本発明の蛍光画像撮像装置は、蛍光薬剤が投与された被検者の被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、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光電変換する撮像素子を有し、撮像素子によって所定の電荷蓄積期間で電荷を蓄積して蛍光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、蛍光薬剤の動態に関する情報を取得する薬剤動態情報取得部と、薬剤動態情報取得部によって取得された蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、励起光の光量を制御する制御部を備えたことを特徴とする。

また、本発明の蛍光画像撮像装置においては、制御部を、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、励起光の光量を所定期間だけ相対的に小さくするものとすることができる。

また、薬剤動態情報取得部を、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、所定期間における励起光の光量を取得するものとし、制御部を、薬剤動態情報取得部により取得された所定期間における励起光の光量に基づいて励起光の光量を制御するものとすることができる。

また、薬剤動態情報取得部を、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、励起光の光量を切り替えるタイミングを取得するものとし、制御部を、薬剤動態情報取得部により取得されたタイミングに基づいて励起光の光量を制御するものとすることができる。

また、制御部により励起光の光量が制御されて撮像部によって撮像された蛍光画像を表す蛍光画像信号と制御部による励起光の制御情報とに基づいて、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づく励起光の光量の制御が行われなかった場合に撮像素子から出力されたと想定される想定蛍光画像信号を取得する想定蛍光画像信号取得部と、想定蛍光画像信号の変化に基づいて、被検者の異常を判定する異常判定部とをさらに設けることができる。

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、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光電変換する撮像素子を有し、撮像素子によって所定の電荷蓄積期間で電荷を蓄積して蛍光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、蛍光薬剤の動態に関する情報を取得する薬剤動態情報取得部と、薬剤動態情報取得部によって取得された蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、撮像素子の電荷蓄積期間を制御する制御部を備えたことを特徴とする。

また、本発明の蛍光画像撮像装置においては、制御部を、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、電荷蓄積期間を所定期間だけ相対的に短くするものとすることができる。

また、薬剤動態情報取得部を、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、所定期間における電荷蓄積期間を取得するものとし、制御部を、薬剤動態情報取得部によって取得された所定期間における電荷蓄積期間に基づいて撮像素子の電荷蓄積期間を制御するものとすることができる。

また、薬剤動態情報取得部を、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、電荷蓄積期間を切り替えるタイミングを取得するものとし、制御部を、薬剤動態情報取得部によって取得されたタイミングに基づいて撮像素子の電荷蓄積期間を制御するものとすることができる。

また、制御部により電荷蓄積期間が制御されて撮像部によって撮像された蛍光画像を表す蛍光画像信号と制御部による撮像素子の電荷蓄積期間の制御情報とに基づいて、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づく電荷蓄積期間の制御が行われなかった場合に撮像素子から出力されたと想定される想定蛍光画像信号を取得する想定蛍光画像信号取得部と、想定蛍光画像信号の変化に基づいて、被検者の異常を判定する異常判定部とをさらに設けることができる。

また、制御部により電荷蓄積期間および励起光の光量が制御されて撮像部によって撮像された蛍光画像を表す蛍光画像信号と制御部による撮像素子の電荷蓄積期間の制御情報および励起光の光量の制御情報とに基づいて、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づく電荷蓄積期間および励起光の光量の制御が行われなかった場合に撮像素子から出力されたと想定される想定蛍光画像信号を取得する想定蛍光画像信号取得部と、想定蛍光画像信号の変化に基づいて、被検者の異常を判定する異常判定部とをさらに設けることができる。

また、制御部を、撮像素子から出力された蛍光画像を構成する各画素の蛍光画像信号に基づいて、所定の閾値以上の蛍光画像信号の画素数が所定数以上検出された場合に、励起光の照射を停止するかまたは励起光を点滅照射するよう制御するものとすることができる。

また、蛍光薬剤の動態に関する情報を、被検者の情報を含む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、蛍光薬剤の動態に関する情報を取得し、その蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、励起光の光量および/または撮像素子の電荷蓄積期間を制御するようにしたので、蛍光薬剤の動態によって蛍光の強度が激しく変化したとしても、その変化に応じて感度を制御することができ、ダイナミックレンジが不足するのを防止することができる。また、撮像素子の電荷蓄積期間を制御することによって拍動によるボケの発生を防止することができる。

また、上記本発明の蛍光画像撮像装置において、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、電荷蓄積期間を切り替えるタイミングを取得するようにした場合には、蛍光薬剤の動態によって蛍光の強度が激しく変化する期間を除く時点において電荷蓄積期間を切り替えるようにすることができるので、電荷蓄積期間の切り替えによって生じる駒落ちが重要な期間に発生するのを防止することができる。

また、蛍光薬剤の動態によって蛍光の強度が激しく変化する期間を除く期間は相対的に電荷蓄積期間を長く設定することによってフレームレートを落とすことができ、これにより記憶するデータ量を減らしてメモリを少なくすることができる。

また、被観察部の拍動が激しい観察部位の情報を取得した場合には、電荷蓄積期間を相対的に短い期間に固定するようにした場合には、拍動によるボケの発生を抑制することができる。

また、制御部により励起光の光量が制御されて撮像部によって撮像された蛍光画像を表す蛍光画像信号と励起光の光量および/または撮像素子の電荷蓄積期間の制御情報に基づいて、蛍光薬剤の動態に関する情報に基づく励起光の光量の制御が行われなかった場合に撮像素子から出力されたと想定される想定蛍光画像信号を取得し、その想定蛍光画像信号の変化に基づいて、被検者の異常を判定するようにした場合には、蛍光画像とともに、被検者の異常情報も取得することができ、より診断に役立つ情報を取得することができる。

また、撮像素子から出力された蛍光画像を構成する各画素の蛍光画像信号に基づいて、所定の閾値以上の蛍光画像信号の画素数が所定数以上検出された場合に、励起光の照射を停止するかまたは励起光を点滅照射するよう制御するようにした場合には、励起光が被観察部に過剰に照射されて損傷を及ぼすことを回避することができる。

また、蛍光薬剤の動態に関する情報を、被検者の情報を含むものとした場合には、被検者毎のより適切な蛍光薬剤の動態情報を取得することができる。

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 過去に取得された蛍光画像信号の強度変化の一例を示す図 各期間に対応するフレームレートおよび励起光の光量の制御情報の一例を示す図 過去に取得された蛍光画像信号の変化の１次微分値の一例を示す図 通常画像と蛍光画像の表示例を示す図 高感度撮像素子から出力された１フレームの各画素の蛍光画像信号を用いて作成されたヒストグラムの一例を示す図 想定蛍光画像信号の一例を示す図

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励起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励起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励起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、体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。なお、本実施形態においては、硬質挿入部３０と撮像ユニット２０とを着脱可能なように構成するようにしたが、これらを一体化した構成としてもよい。

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、体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励起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まで通常光および励起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励起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を透過した励起光をカットする励起光カットフィルタ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および励起光カットフィルタ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。本実施形態においては、高感度撮像素子２４としてモノクロのＣＣＤ撮像素子を用いる。

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。本実施形態においては、撮像素子２６もＣＣＤ撮像素子であり、その撮像面には、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。

そして、本実施形態においては、撮像素子２６は３０ｆｐｓで通常画像の撮像を行うものであり、高感度撮像素子２４は１０ｆｐｓと２０ｆｐｓとを切り替えて蛍光画像の撮像を行うものである。なお、高感度撮像素子２４は、上述したフレームレートの切替えに応じて電荷蓄積期間も切り替えるものであり、２０ｆｐｓでの撮像時の電荷蓄積期間は１０ｆｐｓでの撮像時の電荷蓄積期間の１/２のとなる。高感度撮像素子２４のフレームレート（電荷蓄積期間）の切替タイミングについては、後で詳述する。

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および制御部３８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、さらに患者に投入される蛍光薬剤の動態情報を取得する薬剤動態情報取得部３８ａを備えている。本実施形態においては、薬剤動態情報取得部３８ａは、蛍光薬剤の動態情報として、入力受付部３６から入力された患者情報を取得するものである。なお、本実施形態においては、患者情報として年齢、体重性別および観察部位などを取得するものとするが、患者情報はこれに限らず、蛍光薬剤の患者の体内における動態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。

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、後述する励起光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および励起光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励起光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から射出された励起光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励起光り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を用いるので励起光Ｌ２として７５０ｎｍ〜７９０ｎｍの近赤外光を用いるものとする。また、励起光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から励起光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から出力された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の押下信号に基づいて駆動制御部５２に制御信号を出力し、駆動制御部５２はフットペダル６が踏ま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に基づいて、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のフレームレートを切り替えるとともに、ＴＧ３７を介して光源装置２のＬＤドライバ４５に制御信号を出力し、ＬＤ光源４４から出力される励起光の光量を制御するものである。具体的な制御方法については、後で詳述する。

次に、本実施形態の硬性鏡システムの作用について説明する。

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において患者情報が操作者によって設定入力される。患者情報としては、上述したとおり年齢、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の薬剤動態情報取得部３８ａに入力される。

ここで、本実施形態の硬性鏡システムは、患者に投与された蛍光薬剤に励起光を照射し、その蛍光薬剤から発せられた蛍光を撮像するものであるが、上述したように血流に流れる薬剤動態によって血中の薬剤濃度は１桁以上変化するため蛍光を検出する撮像素子のダイナミックレンジが不足し、撮像素子によって検出される信号が飽和してしまう問題が生じる。また、高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間が長いと被観察部の拍動によって蛍光画像にボケが発生する問題がある。

そこで、本実施形態の硬性鏡システムにおいては、上述した蛍光薬剤の動態に応じて、励起光の光量と高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間とを制御することによって感度を制御する。具体的には、まず、薬剤動態情報取得部３８ａにおいて、入力された患者情報に基づいて、励起光の光量と高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間とを切り替えるタイミングを取得する。薬剤動態情報取得部３８ａには、蛍光薬剤の投与開始から高感度撮像素子２４によって蛍光が検出されるまでの期間Ｔ０と、蛍光の強度の変化が激しい期間Ｔ１と、蛍光の強度が安定している期間Ｔ２との３つの期間が、それぞれ患者情報に対応付けられたルックアップテーブルが予め設定されており、薬剤動態情報取得部３８ａは、このルックアップテーブルと入力された患者情報とに基づいて、上述した期間Ｔ０、期間Ｔ１および期間Ｔ２を取得する。

また、薬剤動態情報取得部３８ａは、上述した期間Ｔ１における励起光の光量の制御情報を取得する。励起光の光量の制御情報については、たとえば、図６に示すような、過去に取得された蛍光画像信号の強度変化に基づいて予め設定された励起光の光量の制御情報が取得される。図６に示すように、期間Ｔ１においては、蛍光画像信号の強度が次第に増加してピークに達した後、次第に減少するので、期間Ｔ１における励起光の光量はこの変化とは逆に、次第に減少してピークに達した後、次第に増加するように制御される。

なお、励起光の光量の制御情報についても患者情報に対応させて複数設定しておき、入力された患者情報に基づいて選択して設定するようにしてもよい。また、たとえば、図８に示すように過去に取得された蛍光画像信号の変化（点線）の１次微分値を取得し、その１次微分値の変化（実線）に基づいて励起光の光量の制御情報を取得するようにしてもよい。上述したように１次微分値を取得するようにすれば、蛍光画像信号の強度が異なるけれども変化の仕方が同じような患者情報に対応する励起光の光量の制御情報については、共通化することができるので、予め設定される励起光の光量の制御情報を少なくすることができる。

図７に、上述したようにして取得された期間Ｔ０、期間Ｔ１および期間Ｔ２、各期間に対応するフレームレート（電荷蓄積期間）、および各期間に対応する励起光の光量の制御情報の一例を示す。図７に示すように、本実施形態においては、期間Ｔ０および期間Ｔ２においては、高感度撮像素子２４を１０ｆｐｓのフレームレートで制御し、期間Ｔ１においては、高感度撮像素子２４を２０ｆｐｓのフレームレートで制御する。また、励起光の光量については、期間Ｔ０および期間Ｔ２においては、励起光の光量の最大値Ｌになるように制御し、期間Ｔ１においては、励起光の光量をＬ/２まで減少させ、その後、増加するように制御する。なお、励起光の光量の最大値Ｌとは、被観察部に損傷を与えない安全な範囲での最大値である。そして、上述したようにフレームレートおよび励起光の光量を制御することによって、理想的には、図７の最下図に示すように、高感度撮像素子２４から出力される蛍光画像信号が一定値になるようにする。

上述したようにして薬剤動態情報取得部３８ａによって取得された期間Ｔ０、期間Ｔ１および期間Ｔ２の情報および励起光の光量の制御情報が、制御部３８に予め設定される。

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、まず、通常画像の撮像が行われる。

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。

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。

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。

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から薬剤自動注入装置５の駆動制御部５２に、所定の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。

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所定の容量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。

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からの励起光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。

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、励起光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、図７に示すように、蛍光薬剤の投与開始から予め設定された期間Ｔ０を経過する時点までは、励起光Ｌ２の光量が最大値ＬとなるようにＬＤ光源４４が制御されるとともに、高感度撮像素子２４は１０ｆｐｓのフレームレートで蛍光画像を撮像するように制御される。

次に、期間Ｔ０を経過した時点から期間Ｔ１が経過する時点までは、励起光Ｌ２の光量が最大値ＬからＬ/２になるまで次第に減少し、その後、次第に増加して最大値ＬとなるようにＬＤ光源４４が制御されるとともに、高感度撮像素子２４は２０ｆｐｓのフレームレートで蛍光画像を撮像するように、すなわちフレーム毎の電荷蓄積期間が期間Ｔ０の１/２になるように制御される。

そして、期間Ｔ１を経過した時点から期間Ｔ２が経過する時点までは、再び、期間Ｔ０と同様に、励起光Ｌ２の光量が最大値ＬとなるようにＬＤ光源４４が制御されるとともに、高感度撮像素子２４は１０ｆｐｓのフレームレートで蛍光画像を撮像するように制御される。

そして、上述したように制御された励起光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は、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および励起光カットフィルタ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によって期間Ｔ２を経過する時点が計測されるまで蛍光画像の撮像が行われ、期間Ｔ２を経過した時点において制御部３８は励起光Ｌ２の照射と高感度撮像素子２４による撮像を停止する。

期間Ｔ２が経過する時点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。

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。

上記のようにして蛍光薬剤の投入開始時点から期間Ｔ２を経過する時点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に表示される。

また、上述したようにして高感度撮像素子２４から出力された１フレームの各画素の蛍光画像信号を用いて、ヒストグラムを作成し、蛍光画像信号の大きさが最大である画素の頻度が、高感度撮像素子２４の全画素数の所定の割合、たとえば３０％を超えた場合には、励起光の照射を停止するか、励起光を点滅照射するようにしてもよい。図９にヒストグラムの一例を示す。図９の上図は、被観察部へ照射された励起光の光量が正常である場合におけるヒストグラムを示しており、図９の下図は、たとえば、硬質挿入部３０の先端と被観察部とが接近し過ぎて被観察部へ照射された励起光の光量が過剰である場合におけるヒストグラムを示している。

図９の下図に示すように、蛍光画像信号の大きさが最大である画素の頻度が、高感度撮像素子２４の全画素数の３０％を超えた場合には、励起光の照射を停止するか、励起光を点滅照射することによって被観察部が励起光の過剰な照射によって損傷するのを回避することができる。

また、上述したようにして高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間と励起光の光量を制御することによって高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号と、すなわち実際に取得された蛍光画像信号と、励起光の光量と電荷蓄積期間とを制御しなかった場合に高感度撮像素子２４によって検出されたと想定される想定蛍光画像信号を取得するようにしてもよい。図１１に想定蛍光画像信号の一例を示す。

そして、図１１に示すような想定蛍光画像信号の変化に基づいて、観察部位の蛍光強度が変化し始めた時間Ｓ１（ｔ）、初回循環において観察部位の蛍光強度が最大になった時間Ｐ１（ｔ）、次の循環において観察部の蛍光強度が最大になった時間Ｐ２（ｔ）を取得し、これらに基づいて血流の異常を判定するようにしてもよい。

具体的には、たとえば、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。すなわち、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、循環時間であるＰ２（ｔ）−Ｐ１（ｔ）が、５４秒よりも所定の閾値以上短いか、もしくは６０秒よりも所定の閾値以上長い場合に、血流に異常があると判定し、その判定結果と警告メッセージなどをモニタ４に表示するようにしてもよい。観察部位までの蛍光薬剤の到達時間であるＳ１（ｔ）が所定の範囲から外れた場合に血流に異常があると判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、通常画像と蛍光画像とを別個に表示するようにしたが、これらの画像を合成した合成画像を表示するようにしてもよい。

具体的には、たとえば、蛍光画像信号に基づいて、エッジ検出処理などによって血管画像信号を抽出し、その血管画像信号を通常画像信号に合成して表示するようにすればよい。もしくは、通常画像信号についても血管画像信号を抽出し、蛍光画像信号に基づいて抽出された血管画像信号から通常画像信号に基づいて抽出されて血管画像信号を減算し、その減算結果を通常画像信号に合成して表示させるようにしてもよい。一般的に、通常画像信号の血管画像信号は、被観察部の表層から深さ１０分の数ｍｍまでに存在する血管画像を表すものとなり、蛍光画像信号の血管画像信号は、被観察部の表層から深さ数ｍｍ程度までに存在する血管画像を表すものとなるので、上述した減算結果に基づく血管画像信号は、脂肪下の深さ１０分の数ｍｍから深さ数ｍｍまでに存在する血管画像を表すものとなる。

また、上記実施形態においては、高感度撮像素子２４として、フレームレートの切替えに応じて電荷蓄積期間も切り替えるものを利用するようにしたが、フレームレートを切り替えずに電荷蓄積期間のみを切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、励起光の光量と高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間の両方を切り替えるようにしたが、いずれか一方のみを切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、薬剤動態情報取得部３８が、蛍光薬剤の動態に関する情報として、被観察部の拍動が激しい観察部位の情報を取得するものとし、制御部３８を、薬剤動態情報取得部３８ａによって観察部位の情報が取得された場合には、高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間を相対的に短い期間に固定するものとすることができる。具体的には、たとえば、観察部位の情報として肺の情報が取得された場合には、期間Ｔ０〜Ｔ２において高感度撮像素子２４のフレームレートを２０ｆｐｓに固定するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、励起光の光量と高感度撮像素子２４の電荷蓄積期間を制御することによって蛍光の検出感度を制御するようにしたが、これに限らず、たとえば、電子増倍機能を備えた撮像デバイスを使用し、その撮像デバイスのゲインを蛍光薬剤の動態情報に基づいて制御することによって感度を制御するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、通常光源としてキセノンランプを用いるようにしたが、これに限らず、ＧａＮ系半導体レーザーを用いた高輝度白色光源(商品名：マイクロホワイト、日亜化学工業（株）製)を用いるようにしてもよい。この高輝度白色光源は、波長４４５ｎｍの半導体レーザーから出射する光を，光学レンズを用いて光ファイバーに導光し，蛍光体材料を塗布した光ファイバーのもう一方の端面から，全光束が５０１ｎｍの白色光を放出させるものである。

また、上記実施形態においては、血管画像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を抽出するようにしてもよい。

また、上記実施形態は、本発明の画像表示装置を腹腔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
２０ 撮像ユニット
２４ 高感度撮像素子
２５ 結像光学系
２６ 撮像素子
３０ 硬質挿入部
３８ 制御部
３８ａ 薬剤動態情報取得部

Claims (15)

1. 蛍光薬剤が投与された被検者の被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、該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光電変換する撮像素子を有し、該撮像素子によって所定の電荷蓄積期間で電荷を蓄積して蛍光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、
   前記蛍光薬剤の動態に関する情報を取得する薬剤動態情報取得部と、
   該薬剤動態情報取得部によって取得された蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記励起光の光量および前記撮像素子の電荷蓄積期間を制御する制御部を備えたことを特徴とする蛍光画像撮像装置。
2. 前記薬剤動態情報取得部が、前記蛍光薬剤の動態に関する情報として、前記被観察部の拍動が激しい観察部位の情報を取得するものであり、
   前記制御部が、前記薬剤動態情報取得部によって前記観察部位の情報が取得された場合には、前記撮像素子の電荷蓄積期間を相対的に短い期間に固定す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. 蛍光薬剤が投与された被検者の被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、該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光電変換する撮像素子を有し、該撮像素子によって所定の電荷蓄積期間で電荷を蓄積して蛍光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、
   前記蛍光薬剤の動態に関する情報を取得する薬剤動態情報取得部と、
   該薬剤動態情報取得部によって取得された蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記励起光の光量を制御する制御部を備えたことを特徴とする蛍光画像撮像装置。
4. 前記制御部が、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記励起光の光量を所定期間だけ相対的に小さくするものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１記載の蛍光画像撮像装置。
5. 前記薬剤動態情報取得部が、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記所定期間における前記励起光の光量を取得するものであり、
   前記制御部が、前記薬剤動態情報取得部により取得された前記所定期間における励起光の光量に基づいて前記励起光の光量を制御するものであることを特徴とする請求項４項記載の蛍光画像撮像装置。
6. 前記薬剤動態情報取得部が、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記励起光の光量を切り替えるタイミングを取得するものであり、
   前記制御部が、前記薬剤動態情報取得部により取得されたタイミングに基づいて前記励起光の光量を制御するものであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
7. 前記制御部により前記励起光の光量が制御されて前記撮像部によって撮像された蛍光画像を表す蛍光画像信号と前記制御部による前記励起光の制御情報とに基づいて、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づく励起光の光量の制御が行われなかった場合に前記撮像素子から出力されたと想定される想定蛍光画像信号を取得する想定蛍光画像信号取得部と、
   前記想定蛍光画像信号の変化に基づいて、前記被検者の異常を判定する異常判定部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
8. 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、該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光電変換する撮像素子を有し、該撮像素子によって所定の電荷蓄積期間で電荷を蓄積して蛍光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、
   前記蛍光薬剤の動態に関する情報を取得する薬剤動態情報取得部と、
   該薬剤動態情報取得部によって取得された蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記撮像素子の電荷蓄積期間を制御する制御部を備えたことを特徴とする蛍光画像撮像装置。
9. 前記制御部が、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記電荷蓄積期間を所定期間だけ相対的に短くするものであることを特徴とする請求項１または８記載の蛍光画像撮像装置。
10. 前記薬剤動態情報取得部が、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記所定期間における電荷蓄積期間を取得するものであり、
    前記制御部が、前記薬剤動態情報取得部によって取得された前記所定期間における電荷蓄積期間に基づいて前記撮像素子の電荷蓄積期間を制御するものであることを特徴とする請求項９記載の蛍光画像撮像装置。
11. 前記薬剤動態情報取得部が、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づいて、前記電荷蓄積期間を切り替えるタイミングを取得するものであり、
    前記制御部が、前記薬剤動態情報取得部によって取得されたタイミングに基づいて前記撮像素子の電荷蓄積期間を制御するものであることを特徴とする請求項１および８から１０いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
12. 前記制御部により前記電荷蓄積期間が制御されて前記撮像部によって撮像された蛍光画像を表す蛍光画像信号と前記制御部による前記撮像素子の電荷蓄積期間の制御情報とに基づいて、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づく電荷蓄積期間の制御が行われなかった場合に前記撮像素子から出力されたと想定される想定蛍光画像信号を取得する想定蛍光画像信号取得部と、
    前記想定蛍光画像信号の変化に基づいて、前記被検者の異常を判定する異常判定部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１および８から１１いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
13. 前記制御部により前記電荷蓄積期間および前記励起光の光量が制御されて前記撮像部によって撮像された蛍光画像を表す蛍光画像信号と前記制御部による前記撮像素子の電荷蓄積期間の制御情報および前記励起光の光量の制御情報とに基づいて、前記蛍光薬剤の動態に関する情報に基づく電荷蓄積期間および励起光の光量の制御が行われなかった場合に前記撮像素子から出力されたと想定される想定蛍光画像信号を取得する想定蛍光画像信号取得部と、
    前記想定蛍光画像信号の変化に基づいて、前記被検者の異常を判定する異常判定部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１項記載の蛍光画像撮像装置。
14. 前記制御部が、前記撮像素子から出力された前記蛍光画像を構成する各画素の蛍光画像信号に基づいて、所定の閾値以上の蛍光画像信号の画素数が所定数以上検出された場合に、前記励起光の照射を停止するかまたは前記励起光を点滅照射するよう制御するものであることを特徴とする請求項１から１３いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
15. 前記蛍光薬剤の動態に関する情報が、前記被検者の情報を含むものであることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。

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