JP2011249267A - Ｌｅｄ照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光造影画像及び可視光カラー画像を得るに必要な波長の光を必要な光量だけ照射できるＬＥＤ照射装置を提供すること。
【解決手段】患部に可視光を照射する複数の可視光用ＬＥＤ１４と、前記患部に投与された蛍光物質を励起する励起光を前記患部に照射する複数の励起光用ＬＥＤ１６と、前記可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６を実装したＬＥＤ実装基板４２とを備え、前記ＬＥＤ実装基板４２に、前記患部を撮影するカメラ１０を配置するカメラ用開口４０を設け、当該カメラ用開口４０を囲むように、前記患部を照射する前記可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６のそれぞれを実装してＬＥＤ光源ヘッド１２を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、医療用撮影装置の光源に用いて好適なＬＥＤ照射装置に関する。

医療現場においては、例えばＩＣＧ（インドシアニングリーン）等の蛍光物質を患部に蛍光物質を投与して蛍光用カメラにて撮影することで蛍光造影画像を生成し患部を観察することが行われている（例えば、特許文献１参照）。また、かかる蛍光造影画像に加え、通常の可視光用カメラで撮影した患部の可視光カラー画像を併用した患部観察も行われている。（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−１７５８４４号公報 特開２００６−１８０９２６号公報

ところで、蛍光用カメラ及び可視光用カメラの両方での撮影をするためには、蛍光物質を励起できる波長の励起光を照射する励起光光源と、可視光用光源との２つが必要となる。これに対して、例えばハロゲンランプやキセノンランプといった波長帯域が広いランプを光源に使用し、光学フィルター（バンドパスフィルター）を用いて、励起光の波長、及び可視光波長のそれぞれを選択的に透過することで、光源を１つにすることができる。
しかしながら、光学フィルターを用いる構成では、透過特性の立ち上がり／立ち下がりの急峻性に限界があり、必要な波長帯のみをシャープに取り出すことができず、また、励起光の光量と、可視光の光量とのそれぞれの強弱を個別に可変させ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り、蛍光造影画像及び可視光カラー画像を得るに必要な波長の光を必要な光量だけ照射できるＬＥＤ照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、患部に可視光を照射する複数の可視光用ＬＥＤと、前記患部に投与された蛍光物質を励起する励起光を前記患部に照射する複数の励起光用ＬＥＤと、前記可視光用ＬＥＤ及び励起光用ＬＥＤを実装したＬＥＤ実装基板とを備え、前記ＬＥＤ実装基板に、前記患部を撮影するカメラを配置するカメラ用開口を設け、当該カメラ用開口を囲むように、前記患部を照射する前記可視光用ＬＥＤ及び励起光用ＬＥＤのそれぞれを実装したことを特徴とするＬＥＤ照射装置を提供する。

また本発明は、上記ＬＥＤ照射装置において、前記可視光用ＬＥＤ、及び前記励起光用ＬＥＤのそれぞれごとに駆動回路を設け、前記可視光用ＬＥＤ、及び前記励起光用ＬＥＤの光量を個別に調整可能にしたことを特徴とする。

また本発明は、上記ＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ実装基板が載置される高熱伝導性の皿状のケース体を備え、前記ケース体の裏側には、前記ＬＥＤ実装基板を冷却するエアー流路を設け、前記エアー流路に装置外部に延びるチューブを接続可能に構成し、装置外部からエアーを導入及び排出することを特徴とする。

本発明によれば、可視光用ＬＥＤ、及び励起光用ＬＥＤをそれぞれ個別に備えるため、１つのＬＥＤ照明装置で蛍光造影画像及び可視光カラー画像を得るに必要な波長の光を必要な光量だけ照射できる。また、これら可視光用ＬＥＤ、及び励起光用ＬＥＤをカメラ用開口の周囲に配置したため、ＬＥＤ照明装置にカメラを一体化でき、コンパクトな装置が実現できる。

本発明の実施形態に係る医療用撮影システムの構成図である。 光源付撮影ユニットの構成を示す断面図である。 ＬＥＤ光源ヘッドの構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は背面図である。 ＬＥＤ光源ヘッドの分解図である。 エアー流路のエアー流量と、可視光用ＬＥＤのジャンクション温度との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る医療用撮影システム１の構成を示す図である。医療用撮影システム１は、蛍光物質が投与された患部の蛍光造影画像及び可視光カラー画像を重ね合わせて成るカラー画像を生成し表示するシステムであり、大別すると、光源付撮影ユニット２と、コントローラ４と、表示装置６とを有し、これらがキャスター付ラック８に組み付けられて移動可能に構成されている。

光源付撮影ユニット２は、カメラ１０及びＬＥＤ光源ヘッド１２とを一体に備えている。カメラ１０は、蛍光の波長域（本実施形態では近赤外波長域）及び可視光の波長域の両方に感度を有するカメラであり、撮影データをコントローラ４に出力する。ＬＥＤ光源ヘッド１２は、患部に対して可視光、及び蛍光物質を励起する励起光を同時に照射するＬＥＤ光源装置であり、上記可視光を照射する複数の可視光用ＬＥＤ１４と、上記励起光を患部に照射する複数の励起光用ＬＥＤ１６とを備えている。
本実施形態では、波長７６０〜７８０ｎｍの近赤外光により励起され波長８００〜８５０ｎｍの近赤外蛍光を発するＩＣＧ（インドシアニングリーン）が蛍光物質として用いられることから、励起光用ＬＥＤ１６には、上記波長７６０〜７８０ｎｍの近赤外光を放射する近赤外ＬＥＤが用いられている。一方、可視光用ＬＥＤ１４には、演色性に優れた白色ＬＥＤが用いられている。カメラ１０は、近赤外側の感度については、励起光用ＬＥＤ１６の近赤外光の波長ではなく蛍光の波長域（すなわち、波長８００〜８５０ｎｍの近赤外蛍光）に感度を有する。こうすることで、撮影時に、励起光用ＬＥＤ１６の照射光の影響を受けずに蛍光物質の蛍光のみを撮影し像に映し出すことができる。
光源付撮影ユニット２は、キャスター付ラック８に組み付けられた多関節アーム１７に支持されて患部に対して所定の撮影距離（例えば５０ｃｍ）だけ離れた位置に位置決め自在に構成されている。また光源付撮影ユニット２は、治療室内の衛生を維持するため、透明な袋で全体を覆った状態で使用される。なお、光源付撮影ユニット２の構造については後述する。

コントローラ４は、カメラ１０の撮影データに基づいて、蛍光造影画像と、可視光カラー画像とを生成し、それぞれを重ね合わせて成るカラー画像を表示装置６に表示する。このカラー画像においては、患部を肉眼で観察する場合と同様な可視光カラー画像に、蛍光部位が重ねて表示されるため、可視光カラー画像と蛍光造影画像をそれぞれ見比べて患部を観察する必要がなく患部観察を容易かつ正確に行うことができる。特に、蛍光物質としてＩＣＧを用いることで、リンパ節や血管の血流が可視光カラー画像に重ねて表示され、かかる血流を一目で認識でき、また血流と周辺組織との関係を明確に把握することができる。
また本実施形態では、コントローラ４は、図１に示すように、可視光用ＬＥＤ１４を駆動する可視光用駆動回路１８、及び励起光用ＬＥＤ１６を駆動する励起光用駆動回路２０をそれぞれ備え、コントローラ４に設けられた図示せぬ操作部の操作により、可視光用ＬＥＤ１４、及び励起光用ＬＥＤ１６の光量を個別に調整可能に構成されている。これにより、患部のカラー画像における蛍光部分及び可視部分のそれぞれの映り具合を可視光用ＬＥＤ１４、及び励起光用ＬＥＤ１６の光量を操作することで簡単かつリアルタイムに調整することができる。
さらにコントローラ４は、ＬＥＤ光源ヘッド１２を冷却する冷却システム２２を内蔵している。この冷却システム２２は、エアーチューブ２４を介してＬＥＤ光源ヘッド１２に空気を導入／排出してＬＥＤ光源ヘッド１２を空冷する。

図２は光源付撮影ユニット２の構成を示す断面図である。図３はＬＥＤ光源ヘッド１２の構成を示す図であり、図３（Ａ）は正面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図３（Ｃ）は背面図である。また、図４はＬＥＤ光源ヘッド１２の分解図である。なお、図２においては、ＬＥＤ光源ヘッド１２以外の部材を概略的に仮想線で示している。
光源付撮影ユニット２は、図２に示すように、高熱伝導性材から成る筒状のユニット本体３０を備えており、このユニット本体３０の正面開口３２にＬＥＤ光源ヘッド１２が交換自在に嵌め込み固定されている。ＬＥＤ光源ヘッド１２は、図３に示すように、円形のカメラ用開口４０が中心に設けられた正面視略円環状に構成されている。また図２に示すように、ユニット本体３０には、カメラ１０が内蔵されており、ＬＥＤ光源ヘッド１２を取り付けた際に、カメラ用開口４０にカメラ１０の先端部（レンズ部）が挿入されて、これらカメラ１０とＬＥＤ光源ヘッド１２が一体に構成されている。

ＬＥＤ光源ヘッド１２は、図４に示すように、カメラ用開口４０が中心に設けられた円環板状のＬＥＤ実装基板４２と、同じくカメラ用開口４０が中心に設けられた高熱伝導性材（例えばアルミニウム）から成る皿状のケース体４４を有し、このケース体４４の上に厚さ１ｍｍ程度の熱伝導シート４３を挟んでＬＥＤ実装基板４２が同軸に取り付けられており、このＬＥＤ実装基板４２には、複数の可視光用ＬＥＤ１４と、複数の励起光用ＬＥＤ１６とがそれぞれ実装されている。またケース体４４の裏面には、図３（Ｃ）に示すように、カメラ用開口４０の周囲に螺旋状にエアー流路用溝４６が形成されており、このケース体４４の裏面全体を覆うように高熱伝導性材（例えばアルミニウム）から成り中心にカメラ用開口４０が設けられた円環板状の裏蓋４５を密着固定することで、エアー流路用溝４６がエアー流路４７として構成される。この裏蓋４５には、エアー流路４７の両端部のそれぞれにエアーの導入口４８Ａ、及び排出口４８Ｂが設けられている。図２に示すように、光源付撮影ユニット２のユニット本体３０の中には、コントローラ４の冷却システム２２に接続されるエアーチューブ２４が引き込まれており、その先端がＬＥＤ光源ヘッド１２の取り付け時に導入口４８Ａ、及び排出口４８Ｂ（図２に図示せず）に接続される。これによりエアー流路４７にコントローラ４から冷却用エアーが導かれＬＥＤ光源ヘッド１２、特にＬＥＤ実装基板４２を裏側から冷却しながらコントローラ４に還流する。

このように、ＬＥＤ実装基板４２を裏側から冷却するエアー流路４７をケース体４４に設け、このエアー流路４７にコントローラ４に延びるエアーチューブ２４を接続し、当該コントローラ４から冷却用のエアーを導入及び排出する構成としたため、光源付撮影ユニット２を袋等で覆った状態でもＬＥＤ実装基板４２に実装された上記可視光用ＬＥＤ１４と、励起光用ＬＥＤ１６とのそれぞれを空冷することができる。

可視光用ＬＥＤ１４には、上述の通り、白色ＬＥＤが用いられている。より詳細には、可視光用ＬＥＤ１４は、図２（Ａ）に示すように、白色光を放射するＬＥＤチップ５０をパッケージング化したレンズ付きのユニットであり、６５００Ｋの発光色を有し、距離５０ｃｍの位置での光出力が１２００ｌｘ以上の光出力を有した、比較的高出力のユニットである。
本実施形態では、４個の可視光用ＬＥＤ１４が、図２（Ａ）に示すように、円環板状のＬＥＤ実装基板４２の上に略等間隔（９０度間隔）で実装されている。各可視光用ＬＥＤ１４は、カメラ１０の撮影距離（約５０ｃｍ）だけ離れた位置で患部を含むに十分な所定範囲（本実施形態では直径約３０〜４０ｃｍの範囲）を十分な照度で照射するように上記レンズが設計されている。

一方、励起光用ＬＥＤ１６には、上述の通り、近赤外ＬＥＤが用いられている。この近赤外ＬＥＤは、反射面にＬＥＤ素子を対向配置して成る反射型ＬＥＤチップであって、ピーク発光波長が７３０ｎｍであり、光出力が１．０ｍＷ以上のものが用いられている。本実施形態では、撮影距離（約５０ｃｍ）だけ離れた位置の上記所定範囲に励起光を十分な照度で照射可能にすべく、励起光用ＬＥＤ１６がカメラ用開口４０を中心に同心円状に複数列（図示例では３列）だけ可視光用ＬＥＤ１４を避けながら配置されており、合計９０個の励起光用ＬＥＤ１６がＬＥＤ実装基板４２に実装されている。

このＬＥＤ実装基板４２の裏側には、冷却用のエアー流路４７が螺旋状に設けられているため、当該エアー流路４７を流れるエアーによって、上述の通り、カメラ用開口４０を中心に同心円状に配置された可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６のそれぞれを効率良く冷却することができる。
特に、ＬＥＤ光源ヘッド１２の小型化を図るべく、可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６を密に配置した場合であっても、それぞれの発熱が裏側のエアー流路４７を流れる冷却用のエアーに回収されるため、可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６の相互間の熱的影響を抑えることができる。

図５は、エアー流路４７のエアー流量と、可視光用ＬＥＤ１４のジャンクション温度との関係を示す図である。
同図に示すように、エアー流量を増減させることで、可視光用ＬＥＤ１４のジャンクション温度を目標温度（本実施形態では５０ｄｅｇ）以下に十分に制御することができることが分かる。なお、ＬＥＤ光源ヘッド１２にサーミスタ等の温度センサを設け、当該温度センサの検出値に基づいて冷却システム２２を制御してエアー流量を目標温度以下に維持されるようにフィードバック制御する構成としても良い。この構成によれば、操作者が可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６の光量を増加させる等して発熱量が増大した場合であっても、エアー流量が自動的に制御され目標温度以下に上記ジャンクション温度を維持することができる。

さて、前掲図２に戻り、上記ＬＥＤ実装基板４２のＬＥＤ実装面側は、透明シリコーン樹脂４９で被覆されており可視光用ＬＥＤ１４、及び励起光用ＬＥＤ１６の絶縁性が高められている。
一方、ＬＥＤ実装基板４２の背面側には、可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６のそれぞれに電力を供給する図示せぬ電気配線が設けられている。この電気配線には、４つの可視光用ＬＥＤ１４を直列に接続する可視光用配線と、同心円状の列ごとの励起光用ＬＥＤ１６を直列に接続する励起光用配線とが含まれており、可視光用配線には可視光用駆動回路１８から電力が供給され、また励起光用配線には励起光用駆動回路２０から電力が供給される。より具体的には、図２に示すように、ＬＥＤ光源ヘッド１２の裏蓋４５には、可視光用駆動回路１８、及び励起光用駆動回路２０のそれぞれから延びる電気配線が接続される配線コネクタ端子５２が設けられている。そして、この配線コネクタ端子５２には、上記可視光用配線及び励起光用配線が電気的に接続され、それぞれに可視光用駆動回路１８、及び励起光用駆動回路２０からの電力が供給される。
ここで配線コネクタ端子５２は、裏蓋４５に立設された２本の支持ピン５４により裏蓋４５から離間して支持されている。これにより、配線コネクタ端子５２での発熱が裏蓋４５を介してケース体４４に伝導することが無く、エアー流路４７のエアーによる冷却性能の低下が防止される。

以上説明したように、本実施形態によれば、患部に可視光を照射する複数の可視光用ＬＥＤ１４と、患部に投与された蛍光物質を励起する励起光を当該患部に照射する複数の励起光用ＬＥＤ１６とを個別に備えてＬＥＤ光源ヘッド１２を構成したため、１つのＬＥＤ光源ヘッド１２で必要な波長の光を必要な光量だけ照射できる。また、これら可視光用ＬＥＤ１４、及び励起光用ＬＥＤ１６をカメラ用開口４０の周囲に配置したため、ＬＥＤ光源ヘッド１２にカメラ１０を一体化でき、コンパクトな装置が実現できる。

また本実施形態によれば、可視光用ＬＥＤ１４を駆動する可視光用駆動回路１８と、励起光用ＬＥＤ１６を駆動する励起光用駆動回路２０のそれぞれを個別に設け、可視光用ＬＥＤ１４、及び励起光用ＬＥＤ１６の光量を個別に調整可能にした。これにより、患部のカラー画像における蛍光部分（本実施形態では例えば血流部分）及び可視部分（患部の可視光カラー画像）のそれぞれの映り具合を可視光用ＬＥＤ１４、及び励起光用ＬＥＤ１６の光量を操作することで簡単かつリアルタイムに調整することができる。

また本実施形態によれば、ＬＥＤ実装基板４２が載置される高熱伝導性の皿状のケース体４４を備え、ケース体４４の裏側には、ＬＥＤ実装基板４２を冷却するエアー流路４７を設け、当該エアー流路４７にコントローラ４から延びるエアーチューブ２４を接続可能に構成し、当該コントローラ４から冷却用のエアーをエアー流路４７に導入及び排出する構成とした。この構成により、ＬＥＤ光源ヘッド１２（光源付撮影ユニット２）を袋等で覆った状態でもＬＥＤ実装基板４２に実装された上記可視光用ＬＥＤ１４と、励起光用ＬＥＤ１６とのそれぞれを空冷し適切な温度に維持することができる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、可視光用ＬＥＤ１４及び励起光用ＬＥＤ１６のそれぞれの配置及び個数は、撮影距離だけ離れた位置の所定範囲の全域を十分な照度で照射可能な配置であれば、図２等に示す配置及び個数に限らず、任意の配置及び個数を採用することができる。
また、上述した実施形態では、蛍光物質としてＩＣＧを例示したが、これに限るものではない。このとき励起光用ＬＥＤ１６には、そのときに用いられた蛍光物質を励起する励起光を放射するＬＥＤを用いることは勿論である。

１ 医療用撮影システム
２ 光源付撮影ユニット
４ コントローラ
１０ カメラ
１２ ＬＥＤ光源ヘッド（ＬＥＤ照射装置）
１４ 可視光用ＬＥＤ
１６ 励起光用ＬＥＤ
１８ 可視光用駆動回路
２０ 励起光用駆動回路
２２ 冷却システム
２４ エアーチューブ
４０ カメラ用開口
４２ ＬＥＤ実装基板
４３ 熱伝導シート
４４ ケース体
４５ 裏蓋
４６ エアー流路用溝
４７ エアー流路
５２ 配線コネクタ端子
５４ 支持ピン

Claims (3)

1. 患部に可視光を照射する複数の可視光用ＬＥＤと、前記患部に投与された蛍光物質を励起する励起光を前記患部に照射する複数の励起光用ＬＥＤと、前記可視光用ＬＥＤ及び励起光用ＬＥＤを実装したＬＥＤ実装基板とを備え、
   前記ＬＥＤ実装基板に、前記患部を撮影するカメラを配置するカメラ用開口を設け、当該カメラ用開口を囲むように、前記患部を照射する前記可視光用ＬＥＤ及び励起光用ＬＥＤのそれぞれを実装したことを特徴とするＬＥＤ照射装置。
2. 前記可視光用ＬＥＤ、及び前記励起光用ＬＥＤのそれぞれごとに駆動回路を設け、前記可視光用ＬＥＤ、及び前記励起光用ＬＥＤの光量を個別に調整可能にしたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照射装置。
3. 前記ＬＥＤ実装基板が載置される高熱伝導性の皿状のケース体を備え、
   前記ケース体の裏側には、前記ＬＥＤ実装基板を冷却するエアー流路を設け、前記エアー流路に装置外部に延びるチューブを接続可能に構成し、装置外部からエアーを導入及び排出することを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照射装置。

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