JP2013186095A

JP2013186095A - 物質、生物、人体に対する蛍光イメージング用光照射装置

Info

Publication number: JP2013186095A
Application number: JP2012053895A
Authority: JP
Inventors: Norio Daikuzono; 大工園則雄
Original assignee: NANO OPTEC KK
Current assignee: NANO OPTEC KK
Priority date: 2012-03-11
Filing date: 2012-03-11
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】物質、生物および人体、あるいは生物および人体から採取された試験片などの被照射体に光化学的または熱損傷を与えずに、外光の遮断、画像処理などなしに対象となる外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化を可能とする。
【解決手段】高出力を有するカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用光照射装置はLED可視光を照射し、物質、生物から発生する蛍光を照射可視光に対するカットまたはバンドパスフィルターで照射可視光を除去し、外光の遮断、画像処理などなしに通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生し、外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像が得られる。
【選択図】図４

Description

本発明は物質、生物または生物標本および人体および人体の一部の蛍光画像を肉眼または通常の光学カメラ、モニターにより可視化可能とする産業および医療で利用されるイメージング用高出力光照射装置である。

特許公開２０１１−１３１００２特許公開２００５−３３１２６７

物質、生物および人体に可視光を照射すると被照射体の成分が光を吸収し成分によっては励起蛍光を発生することがある。この蛍光を解析して物質、生物、または人体の成分を定量する蛍光顕微鏡、蛍光内視鏡などは画像処理装置とともに使用されている。発生する蛍光が微弱であるため蛍光シグナル強調などの画像処理を必要とする。画像処理を必要としない蛍光画像もあるが強い蛍光シグナルを発生させるために励起光源としてUV光を使用した蛍光画像装置となる。UV光自体は物質、生物および人体皮膚に光化学的影響をあたえることも知られている。UV光より青色光は皮膚のより深部に到達する。人体皮膚の毛穴は不飽和脂肪酸であるオレイン酸などを主体とする皮脂を生成する皮脂線を有し、ニキビ、吹き出物などの原因となるアクネ菌などの嫌気性菌が毛穴に蓄積した皮脂に集合しやすくなる。皮脂の酸化は炎症を引き起こし、毛穴拡張、色素沈着などの皮膚のトラブルを引き起こすことも明らかとなっている。生物、人体の成分である多くの色素、皮脂成分であるオレイン酸などがUV光、可視光の照射により蛍光を発生する。LEDはランプなどと異なり数nm、または数10nmの狭い範囲で特定の波長を出力でき、光学カットフィルターまたはバンドパスフィルターなどで容易に除去できる。産業利用の需要から数ワットレベルの高出力LEDも市販されるようになった。しかしながら高出力になるほどLEDの発熱は避けられず放熱ヒートシンク、空冷、水冷など冷却が必要とされる。高出力のLEDにより照射された被照射体が光吸収により発熱し、被照射体に熱損傷を与える場合もある。LED光はレーザと異なり平行光ではなく大きな発光の放射角を有するので集光するにはレンズ、または反射鏡が必要とされる。

物質、生物および人体、あるいは生物および人体から採取された試験片などに可視光を照射し、UV光などで見られる光化学的損傷、または高出力光照射で見られる熱損傷を与えずに被照射体に、外光の遮断、画像処理などなしに対象となる外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化を可能とする。UV照射による体表面の蛍光画像より深い体表面の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化を可能とする。

以上の課題を解決するための第一の発明は、LED可視光を物質、生物に照射し、照射可視光をカットまたはバンドパスフィルターで除去し物質、生物から発生する蛍光を、外光の遮断、画像処理などなしに外光による実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置である。第二の発明はLED可視光を人体の体表面及び体表面から採取された人体の一部である標本などに照射し、人体から発生する蛍光を照射可視光に対するカットまたはバンドパスフィルターで照射可視光を除去し、外光の遮断、画像処理などなしに外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置である。第三の発明はLED青色光を人体の皮膚及び皮膚から採取された皮膚の一部である標本などに照射し、毛穴から発生する蛍光を照射青色光に対するカットフィルターで照射青色光を除去し、外光の遮断、画像処理などなしに外光で映し出される実体の画像と実体画像上のUV光による蛍光画像より深い体表面の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置である。第四の発明は高出力のLEDから発生する熱を除去する冷風流体がLED照射方向と同軸に流れるように冷風口がLED照射器に取り付けられた蛍光イメージング用高出力光照射装置である。第五の発明は特定の部位の蛍光画像を取得するための特定の部位へ照射光を集束させるための反射鏡が照射部に取り付けられた蛍光イメージング用高出力光照射装置である。

第一に実体の画像と実体画像上の可視光を物質、生物および人体に照射し物質、生物および人体の特定の成分によって発生する蛍光画像が外光遮断の暗室などの特殊な観察室または画像処理装置などを必要とせずに肉眼、光学カメラまたはモニターにより可視化が容易になり医療診断を含む広い産業分野で効果の利用が見込まれる。第二に照射光源が可視光であるため、UV光に起こりうる光化学的変化を被照射体に与えない、非破壊検査、診断などが可能となる。第三に体表面に青色または可視光照射することによりUV照射より深部蛍光による画像が得られ、皮膚の深部診断が可能となる。第四にLEDの発熱を除去できるので画像のモニターなどに必要とされる長時間照射が可能となる。第五に被照射体を冷却できるので、被照射体に起こりうる熱的変化を被照射体に与えない、非破壊検査、診断などが可能となる。第六に照射部に集光反射があり目的部位に限定した照射とイメージングが可能となる。

蛍光イメージング用高出力光照射装置は１５の撮影・モニター装置マウント上に１４のカメラ、ビデオモニターを搭載する。１の可視光LEDは７の可視光を６の被照射体に照射する。１９の集光反射鏡により取得したい画像の範囲に照射可視光を集光する。被照射体からの照射反射光をカットし蛍光と外光が３の光学カットフィルターまたはバンドパスフィルターを経由して実体の画像と実体画像上の蛍光画像として肉眼、光学カメラまたはモニターで可視化できる。２０の冷気流体は被照射の発熱を除熱する。LEDからの発熱は２のLEDマウントブロックが冷却されることにより除熱される。LEDマウントは８のペルチェ素子により電子冷却される。電子冷却用ペルチェ素子の発熱側は１２の水冷ブロックにより冷却される。水冷ブロックは１３のクーラント循環チューブを循環するクーラントにより冷却される。クーラントは２７の送水ポンプ内蔵のクーラント容器から供給される。クーラントは２８のラジエターとラジエターを冷却する２９のファンにより除熱される。LEDは５のLED電源ケーブルを経て２３のLED電源より電源が供給される。ペルチェ冷却素子の電源は９の電源ケーブルを経由して２４のペルチェ素子電源により供給される。２１はLED,ペルチェ素子、スイッチなどのケーブルとクーラント循環チューブ、送気チューブを内蔵するホースである。１０のLED・ペルチェ素子の電源スイッチがONになると２６のスイッチコントローラによりLED照射と同時にペルチェ素子がONになる。２０の冷気流体は１８の送気ポンプにより供給され冷却されている２のLEDマウントブロックで冷却されLED発光方向と同軸で照射部に吹きつけられる。３０は人体の毛穴に集積した蛍光発光物質である。３１は皮下に貯留した蛍光発光物質であり摘出した皮脂のスペクトルと一致することから毛穴または皮下の皮脂成分と考えられる。３２はイチゴの表面の種子からの蛍光発光物質である。

＜他の実施形態＞
広域照射域を肉眼視する場合には撮影、モニター装置、集光反射鏡と被照射体の冷却を必要としない。また発光強度の高い成分を含む被照射体の場合４の放熱ヒートシンク程度の冷却によるLED出力でも蛍光画像取得出来る場合がある。１６は送気チューブを含まないホースである。

ＬＥＤは1個あたり４５０ナノメータの青色波長で１５００ｍｗの出力を有する。１２個の青色ＬＥＤは1個あたり最大冷却仕事量（QMAX）が２０Wのペルチェ冷却素子4個で冷却される。光学カットフィルターは波長５３２nm以下の波長に対してOD（Optical Density）４のカット能力を有する。１９の集光反射鏡はLEDマウントブロックに対する角度を可変でき照射域を可変できる。LEDマウントブロックは照射中に15度C以下にペルチェ素子の電源入力レベルで設定されている。冷気温度は2０度C以下である。最大直径２０ｃｍまで照射域を設定出来るよう集光反射鏡の角度が変えられる。撮影・モニター装置は取得画像の範囲に合わせ撮影・モニター装置マウント上をスライド出来る。

肉眼視する場合の蛍光イメージング用高出力光照射装置の透視図である。撮影、モニター装置を搭載し、照射集光、被照射体冷却をしない場合の蛍光イメージング用高出力光照射装置の透視図である。撮影、モニター装置を搭載し、照射集光、被照射体冷却をしない場合の蛍光イメージング用高出力光照射装置の外観図である。撮影、モニター装置を搭載し、照射集光、被照射体冷却をする場合の蛍光イメージング用高出力光照射装置の透視図である。撮影、モニター装置を搭載し、照射集光、被照射体冷却をする場合の蛍光イメージング用高出力光照射装置の透視図である。撮影、モニター装置を搭載し、照射集光、被照射体冷却をする場合の蛍光イメージング用高出力光照射装置の系統図である。人体毛穴皮脂、皮下貯留皮脂、イチゴ種子などの蛍光画像

Claims

LED可視光を物質に照射し、照射可視光を光学カットフィルターまたはバンドパスフィルターで除去し、外光の遮断、画像処理などなしに外光による実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置
LED可視光を生物及び生物から採取された試験片などに照射し、照射可視光を光学カットフィルターまたはバンドパスフィルターで除去し、外光の遮断、画像処理などなしに外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置
上記請求項２の装置においてLED可視光を人体の体表面及び体表面から採取された試験片などに照射し、照射可視光を光学カットフィルターまたはバンドパスフィルターで除去し、外光の遮断、画像処理などなしに外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置
上記請求項３の装置においてLED青色光を人体の皮膚及び皮膚から採取された試験片などに照射し、照射青色光を光学カットフィルターで除去し、外光の遮断、画像処理などなしに外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置
上記請求項４の装置においてLED青色光を人体の皮膚及び皮膚から採取された試験片などに照射し、照射青色光をカットフィルターで除去し、毛穴から発生する蛍光を外光の遮断、画像処理などなしに外光で映し出される実体の画像と実体画像上の蛍光画像を通常の室内照明環境でも肉眼または通常の光学カメラ、モニターによる可視化するのに十分な蛍光シグナルを発生することが可能なカットまたはバンドパスフィルターを有する蛍光イメージング用高出力光照射装置
上記請求項１から５の光照射装置において高出力のLEDから発生する熱を除去する冷却器がLED照射器に取り付けられた蛍光イメージング用高出力光照射装置
上記請求項１から５の光照射装置において高出力のLEDにより照射された被照射体から発生する熱を除去する冷却用、冷風流体がLED照射方向と同軸に流れるように冷風口が照射器に取り付けられた蛍光イメージング用高出力光照射装置
上記請求項１から５の光照射装置において照射光を集束させるための反射鏡が照射部に取り付けられた蛍光イメージング用高出力光照射装置