JP2016087062A - 光学的生体イメージングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成を有するとともに、精度が高く詳細な撮影を行うことで、操作者の視認性を高め、操作性及び安全性を高めることができる光学的生体イメージングシステムを提供する。【解決手段】観察対象内の蛍光体を励起する励起光を照射する光源部２００と、観察対象からの観察光が透過するときに励起光と同波長域の成分を除去するフィルタ１２５と、フィルタ１２５を透過した蛍光及び観察光を撮影する撮影部１００とを備えている光学的生体イメージングシステム。【選択図】図５

Description

本発明は、観察対象で発生する蛍光を撮影する光学的生体イメージングシステムに関する。

低侵襲で被検者（生体）の内部組織（例えば、血管やリンパ管等）を観察する装置として、光学的生体イメージングシステムがある。前記光学的生体イメージングシステムは、被検者の体の一部である観察対象（例えば、手、足、腕等）に励起光を照射する光源部、前記観察対象前記観察対象（に含まれる又は予め注入した蛍光体）で発生した蛍光を撮影する撮影部とを有している。前記撮影部は、前記観察対象からの可視光（観察光）も撮影するようになっており、観察光を撮影した観察対象の外形画像と、蛍光を撮影した内部組織の画像（蛍光画像）を取得する。

このような光学的生体イメージングシステムとして、例えば、ＩＣＧ（Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）を蛍光体として観察対象の内部に注入（注射）し、励起光の照射によってＩＣＧから発生する蛍光を観察するものがある。前記ＩＣＧは、波長７６０ｎｍ−７８０ｎｍの励起光の照射によって励起され、波長８００ｎｍ−８５０ｎｍの近赤外光を蛍光として発する。

前記蛍光は、前記観察光に比べて弱いため、蛍光画像は外形画像に比べて不鮮明となることが多い。そのため、前記撮影部には、蛍光を撮影するための工夫が施されている。例えば、特開２００８−９２２４７号公報に記載の固体撮像素子がある。この固体撮像素子は、可視光域に透過中心波長を有するカラーフィルタを備えた画素と、近赤外光領域に透過中心波長を有する近赤外光フィルタを備えた画素とを隣合うように配置している。この固体撮像素子では、可視光と近赤外光を同時に対応する画素で検出することができる。そのため、上述したような、近赤外光の蛍光が発生する場合、観察光による外形画像と蛍光による蛍光画像を取得することが可能である。

また、これ以外にも、プリズム等の光学素子を利用し、波長域によって観察光を含む波長域の光と蛍光を含む波長域の光に分離し、さらにフィルタで不要な波長成分を除去した後、観察光と蛍光とを独立して撮影する撮影部を備える構成もある。そして、それぞれの撮影部で撮影した画像を画像処理で合成している。

さらに、撮影部に入射する光のうち、近赤外光波長成分を除去するフィルタを用いて観察光の撮影を行った後、可視光波長成分を除去するフィルタに切り替えて蛍光の撮影を行い、それぞれの撮影画像を画像処理で合成している。

特開２００８−９２２４７号公報

しかしながら、特開２００８−９２２４７号公報に記載の固体撮像素子では、可視光を受光する画素と赤外光を受光する画素とが対になっているため高画素化が困難である。また、可視光用の画素と近赤外光用の画素とがそれぞれ画像信号を取得する構成であるため、撮影画像を表示するときの画素数（相当）が少なく、要求された解像度の画像を表示できない場合がある。

また、観察対象からの光を分離する構成の場合、高画素化、高解像度化は可能であるが、光を分離するための光学系、分離した光からさらに不要成分を除去するためのフィルタ、２系統の異なる撮影部が必要であり、構成が複雑であり、小型化が困難である。

フィルタを切り替える構成では、観察対象、撮影部等が移動しないようにフィルタを入れ替える構造が必要であり、構造が複雑になる。また、観察画像と蛍光画像とを交互に撮影するものであるため、蛍光画像の変化に基づいて内部組織の状態（例えば、血流量）を検出することが困難な場合がある。

そこで本発明は、簡単な構成を有するとともに、精度が高く詳細な撮影を行うことで、操作者の視認性を高め、操作性及び安全性を高めることができる光学的生体イメージングシステム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、生体内部を観察、測定する光学的生体イメージングシステムであって、観察対象内の蛍光体を励起する励起光を照射する光源部と、前記観察対象からの観察光及び蛍光体の励起によって発せられる蛍光が透過するように配置されているとともに前記観察光から前記励起光と同波長域の成分を除去するフィルタと、前記フィルタを透過した蛍光及び観察光を撮影する撮影部とを備えている。

この構成によると、励起光をカットするフィルタを備えていることで、蛍光体からの蛍光を強くするために励起光の強度を高めたとしても、蛍光を正確に撮影することが可能である。これにより、精度よく且つ詳細な画像を取得することができ、操作者の視認性を高めて、操作性及び安全性を高めることができる。

上記構成において、前記蛍光又は前記観察光の少なくとも一方が近赤外波長域の光を含んでおり、前記撮影部が光電変換部を備えていてもよい。前記光電変換部としては、ＣＩＧＳを用いたイメージセンサを挙げることができる。

ＣＩＧＳは従来のＳｉ−ＣＭＯＳに比べて、可視光及び近赤外光の広い波長域で量子効率が高いので、可視光及び近赤外光を同時に撮影することが可能である。これにより、生体内の画像、情報の取得を簡単且つ円滑に行うことができる。なお、ＣＩＧＳ以外にも、ＣＩＳ、ＣＺＴＳ、ＩｎＧａＡｓ等を挙げることができる。

上記構成において、前記観察光及び前記蛍光が近赤外光の波長域の光を含んでおり、前記フィルタが可視光域の光も除去してもよい。撮影部に入射する可視光をカットするとともに近赤外光の観察光を利用するため、可視光の光量にかかわらず正確かつ詳細な生体イメージングを行うことができる。これにより、操作者の視認性を高め、操作性及び安全性を高めることができる。

上記構成において、前記観察光が前記励起光よりも長波長の光を含んでおり、前記フィルタが前記励起光の波長域よりも短波長の光も除去するハイパスフィルタであってもよい。

上記構成において、前記光源部が前記観察光と同波長域の参照光も照射するようにしてもよい。この構成によると、光源部が観察対象に照射される参照光として、正確な撮影が可能な光を採用することで、より正確で詳細な生体イメージングが可能である。

上記構成において、前記光源部は、撮影される前記蛍光の光量及び前記観察光の光量が一定の範囲内に収まるように前記参照光を前記観察対象に照射するようにしてもよい。

上記構成において、前記光源部は波長が異なる複数の参照光を出射してもよい。この構成によると、複数の参照光を利用することで、蛍光体が観察対象の内部に存在しない場合でも、観察対象の生体イメージングを行うことが可能である。また、生体イメージングを行う周囲の環境光の状態に合わせて、環境光に影響されない又はされにくい波長の参照光を利用することで、環境光に影響を受けないで又は略受けないで生体イメージングが可能である。

上記構成において、前記光源部が、前記励起光と前記参照光とを同時に出射してもよい。

上記構成において、前記光源部が、前記励起光と前記参照光とを順次出射し、前記撮影部が光の出射ごとに蛍光又は観察光の撮影を行うとともに、前記処理部が蛍光又は観察光の撮影データを処理する前記処理部を備えている。

本発明によると、簡単な構成を有するとともに、精度が高く詳細な撮影を行うことで、操作者の視認性を高め、操作性及び安全性を高めることができる光学的生体イメージングシステムを提供することができる。

本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの一例の斜視図である。 図１に示す光学的生体イメージングシステムのブロック図である。 ＣＩＧＳイメージセンサの量子効率と生体情報イメージング領域を示す図である。 本発明にかかる光学的生体イメージングシステムで用いられているフィルタの特徴を示す図である。 本発明にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。 本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例のブロック図である。 本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。 本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例のブロック図である。 本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。 本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例のブロック図である。 本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの一例の斜視図であり、図２は図１に示す光学的生体イメージングシステムのブロック図である。光学的生体イメージングシステムＡは、カメラユニット（撮影部）１００と、光源ユニット（光源部）２００と、制御ユニット３００とを有する。

光学的生体イメージングシステムＡは、光源ユニット２００から生体内（例えば、血管、リンパ管等）に予め注射（注入）されている蛍光体を励起する励起光（場合によっては観察光も含む）を観察対象に照射する。そして、観察対象からの観察光と蛍光体からの蛍光をカメラユニット１００で撮影し、制御ユニット３００で撮影データの画像処理を行うことで、取得した生体像の表示、内部の状態の定量評価（例えば、血流量の評価、体組成）等を行い、診断、処置（治療）等の医療行為を補助する。このような動作を以下の説明において生体イメージングと称する。

カメラユニット１００と制御ユニット３００とは、例えば、ＵＳＢケーブルＬ１０で有線接続されている。ＵＳＢケーブルＬ１０は、相互間の信号伝達が行われる。また、カメラユニット１００には、電源ケーブルＣ１０が接続されており、電源ケーブルＣ１０を介して電力供給を受けている。電源ケーブルＣ１０にはＡＣアダプタＡ１０が設けられており、カメラユニット１００に設けられている後述の電源回路１２７に接続されている。

なお、本実施形態では、カメラユニット１００と制御ユニット３００との接続にＵＳＢケーブルを採用しているが、これに限定されるものではなく、カメラユニット１００で取得した画像データの送信を行うときに十分な通信速度を有するケーブルを採用してもよい。また、電波等を利用して無線で接続するようにしてもよい。

図１、図２に示すように、カメラユニット１００は、筐体１１０と、カメラモジュール１２０と、レンズユニット１３０とを含む。筐体１１０は、その内部に電子部品群（後述するＣＩＧＳイメージセンサ１２１など）を収納する外装部材である。筐体１１０は、レンズユニット１３０が着脱可能な構造を有している。

図２に示すように、カメラモジュール１２０は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１と、カメラ制御部１２２と、外部接続インターフェース１２３と、温度調整部１２４と、フィルタ１２５と、電源回路１２７とを備えており、これらの電子部品は不図示の配線基板に実装されている。

カメラ制御部１２２は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１、外部接続インターフェース１２３及び温度調整部１２４と接続しており、各部と信号の送受信可能な構成となっている。カメラ制御部１２２は、カメラモジュール１２０の制御、実装されている素子からの信号を処理して各種データを取得する或いは制御ユニット３００（の後述する処理部３３０）からの制御コマンドに基づいて各電子部品への制御信号を生成する処理回路を備えている。また、カメラ制御部１２２は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１からの撮影信号に基づいて撮影データを生成する処理も行う。

なお、撮影信号と撮影データとは、例えば、次のようなものである。撮影信号はＣＩＧＳイメージセンサ１２１の各画素が光電変換によって取得した画素ごとの電気信号であり、撮影データは撮影した映像の数値化データである。また、カメラ制御部１２２としては、例えば、制御及び（又は）処理プログラミング可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ｗａｙ）を採用している。

光学的生体イメージングシステムＡでは、後述のとおり、光源ユニット２００がカメラユニット１００と一体に形成されている。そのため、カメラ制御部１２２は、光源ユニット２００が照射する光（参照光）の発光タイミング、発光長さ、発光波長の選択等の発光制御も行う。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は観察対象（被写体）からの光を画素ごとに電気に変換し、撮影信号を取得（出力）するセンサである。ＣＩＧＳイメージセンサ１２１では、カメラ制御部１２２からの制御信号に基づいた処理が行われる。例えば、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、カメラ制御部１２２からの制御信号に基づいて撮影を行うとともに、取得した撮影信号をカメラ制御部１２２に送信する。

ここで、ＣＩＧＳは、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び、セレン（Ｓｅ）から成る化合物半導体であり、一般的なシリコン（Ｓｉ）よりも幅広い波長の光を電気に光電変換することが可能である。ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、光電変換部としてＣＩＧＳを用いている。ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の諸元としては、例えば、有効画素数：横６５６×縦４８８（３２万）画素（白黒）、画素ピッチ：７．５μｍ、フレームレート：１２０フレーム／秒（プログレッシブ）、及び、チップサイズ：横７．５７ｍｍ×縦７．９２ｍｍを挙げることができる。以下に、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の詳細について説明する。

図３はＣＩＧＳイメージセンサの量子効率と生体情報イメージング領域を示す図である。本図の横軸は光の波長を示している。また、縦軸（左）はイメージセンサ（ＣＩＧＳ１、ＣＩＧＳ２、及び、Ｓｉ−ＣＭＯＳ）の量子効率を示しており、縦軸（右）はヘモグロビンと水の吸収係数を示している。なお、イメージセンサ（受光素子）の量子効率ηは、入射光子量に対して発生するキャリア数（出力電流）の比（η＝（ｈｃ／ｑλ）×（Ｉ／ｐ）、ただし、ｈ：プランク定数、ｃ：真空中の光速度、ｑ：電子電荷、λ：波長、Ｉ：出力電流、ｐ：入射光子量）として定義される。

従来、イメージセンサとしては、Ｓｉ−ＣＭＯＳ（ＳｉベースのＣＭＯＳ［Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ］素子）が広く利用されている。Ｓｉ−ＣＭＯＳは、可視光領域にピーク感度を持っているが、近赤外領域の量子効率はさほど高くない。一方、本発明の第１実施例であるＣＩＧＳ１は、図３に示すように、可視光領域から近赤外領域（ＣＩＧＳ１では１２００ｎｍ付近）までの幅広い波長領域を高い量子効率でカバーする。また、本発明の第２実施例であるＣＩＧＳ２は、Ｓｉ−ＣＭＯＳでは観察が困難である、より長波長の近赤外光領域（ＣＩＧＳ２では１３００ｎｍ付近）まで感度を持つ。

このように、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１（ＣＩＧＳ１、ＣＩＧＳ２）は、Ｓｉ−ＣＭＯＳと比較して幅広い波長領域において量子効率が高いので、光を電気に変換する光電変換効率が高い。

また、光学的生体イメージングシステムＡを用いることで、血管等に蛍光剤（蛍光体）を注入（注射）し、その蛍光剤に所定波長の励起光を照射し、蛍光剤が励起したときに発生する光（蛍光）を撮影し、血管等の生体内部を低侵襲的に観察することができる。例えば、血管の造影に広く用いられるＩＣＧ（ＩｎｄｏＣｙａｎｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）蛍光剤は、波長７６０ｎｍ−７８０ｎｍの近赤外光（励起光）の照射を受けると、励起され、波長８００ｎｍ−８５０ｎｍの近赤外光（蛍光）が発生する。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、７００ｎｍ−１１００ｎｍ前後の波長域で高い量子効率を示す。従って、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、波長８００ｎｍ−８５０ｎｍの蛍光を撮影するＩＣＧ蛍光観察を行う光学的生体イメージングシステムＡのイメージセンサとして、Ｓｉ−ＣＭＯＳよりも適しているといえる。

また、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は、広い波長帯域で量子効率が高いので、複数の波長帯域を任意に切り替えながら撮影を行うことにより、水分やヘモグロビンなどで吸収係数が異なる特徴を生かして、生体の特徴部位の画像を抽出したり強調したりすることが可能である。これにより、造影剤を使用せずに、血管や血流の観察を行うこともできる。

なお、造影剤を用いた方がより詳細で、観察対象の表面から遠い（深い）部分のイメージングが可能である。そのため、本発明の光学的生体イメージングシステムＡでは、造影剤を用いた蛍光観察と造影剤を用いない生体イメージングとの両方を行うことが可能であるとともに、必要に応じて造影剤を用いる又は用いない観察を行うことができるようになっている。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の撮影領域には、レンズユニット１３０を透過した光が入射する。レンズユニット１３０は、１個又は複数個のレンズを組み合わせた光学系を含む構成であり、レンズユニット１３０に入射した被写体（観察対象）からの光をＣＩＧＳイメージセンサ１２１に結像させるための光学系である。レンズユニット１３０は、任意に交換することができる構成とすることができる。着脱可能な構成とすることで、観察対象に応じて、焦点距離の異なるレンズに交換したり、ズームレンズを装着したりして、ワイド撮影や部分拡大撮影などを行うことが可能となる。

なお、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１に光を導く光学系としてレンズユニット１３０を挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、プリズム等を用いるものや光ファイバ、像導伝部材等を用いるものであってもよい。また、レンズユニット１３０の内部に設けられているアクチュエータを駆動することで、オートフォーカス、ズーム、絞り等を調整できるようにしてもよい。このように、レンズユニット１３０が調整可能である場合、カメラ制御部１２２が制御ユニット３００からの制御コマンドに基づいてレンズユニット１３０のアクチュエータを制御するが、制御ユニット３００がアクチュエータを直接制御してもよい。

再度、図２を参照し、カメラモジュール１２０の説明に戻る。外部接続インターフェース１２３は、外部機器（ここでは、制御ユニット３００）との接続ケーブルを接続するためのコネクタを有している。外部接続インターフェース１２３としては、例えば、ＵＳＢインターフェース、ＩＥＥＥ１３９４インターフェース等、接続するケーブルの規格に対応したものを広く採用することができる。また、外部接続インターフェース１２３は、無線通信で外部機器と接続するものであってもよい。この場合、コネクタではなく、電波を送受信することができる構成を有している。

外部接続インターフェース１２３は、カメラ制御部１２２と接続されている。外部接続インターフェース１２３にＵＳＢケーブルＬ１０が接続されることで、カメラ制御部１２２が制御ユニット３００の後述する処理部３３０と接続される。これにより、カメラ制御部１２２は、処理部３３０からの制御コマンドを受信したり、処理部３３０に撮影データを送信したりする。カメラユニット１００は、ＵＳＢケーブルＬ１０を介して制御ユニット３００から電力が供給されている。

温度調整部１２４はＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度を、一定の範囲に収まるように調整する。ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の駆動時の熱を外部に排出するための素子（例えば、ペルチェ素子）を備えている。ペルチェ素子は電圧を印加することで、温度差を発生する素子であり、ペルチェ素子の高温側の温度を低下させることで、低温側の温度を下げることができる素子である。例えば、ペルチェ素子の低温側をＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度が上昇する部分に近接配置（接触配置）し、高温側にヒートシンクを取り付けて高温側の熱を外部に排出することでＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇を抑制できる。さらに、ヒートシンクからの放熱を効果的に行うため、冷却用のファンを設けた構成であってもよい。

なお、温度調整部１２４は、ペルチェ素子とヒートシンク（必要に応じてファン）を備えた構成となっているが、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇を確実に抑制できるものであれば、この構成に限定されるものではない。例えば、ＣＩＧＳイメージセンサの温度上昇が緩やかであれば、ヒートシンクとファン或いはファンだけを用いる構成であってもよい。温度調整部１２４は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度を測定する素子も備えている。温度調整部１２４は測定したＣＩＣＳイメージセンサ１２１の温度を温度信号としてカメラ制御部１２２に送る。カメラ制御部１２２は、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度信号に基づいて、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度が一定の範囲内に収まるように、温度調整部１２４を制御する制御信号を送信する。カメラ制御部１２２による温度調整部１２４の制御は、カメラ制御部１２２にあらかじめ組み込まれた処理であってもよいし、制御ユニット３００からの制御コマンドに基づいて行ってもよい。

このように、温度調整部１２４を備えていることでＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇を抑制することが可能であり、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇による精度（例えば、Ｓ／Ｎ比）の低下を抑制することが可能である。なお、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１の温度上昇が精度低下を伴わない範囲である場合、温度調整部１２４は省略してもよい。

カメラユニット１００では、観察対象からの観察光及び蛍光はレンズユニット１３０に入射し、レンズユニット１３０でＣＩＧＳイメージセンサ１２１に結像される。カメラユニット１００は、フィルタ１２５を備えており、フィルタ１２５でＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射する光のうち、生体イメージングを行うときに邪魔になる波長の光を減光（遮光）している。フィルタ１２５は、レンズユニット１３０に入射する前の光が透過する位置に配置されていてもよし、レンズユニット１３０を透過しＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射する光が透過する位置に配置されていてもよい。

光学的生体イメージングシステムＡで蛍光観察を行う場合、観察対象（生体）の内部深くの映像を撮影するため、生体の深部の蛍光体に励起光を照射する必要がある。励起光の一部は生体表面で反射され、また、生体内部に入射した光も生体内部で拡散してしまい、蛍光体に到達する励起光は減衰する。そのため、光源ユニット２００は強い励起光を観察対象に対して照射しており、観察対象の表面で反射される励起光は強くなる。一方、蛍光体に到達する励起光は減衰されており、蛍光体の励起による蛍光は、励起光に比べて弱い。また、蛍光体は観察対象（生体）の内部で発生するため、観察対象から発せられる蛍光は励起光に比べてさらに弱くなる。

ＣＩＧＳイメージセンサ１２１を含むイメージセンサでは、入射する光のうち、或る波長域の光が突出していると、他の波長域の光の撮影が困難になる。すなわち、観察光の中に観察対象で反射された励起光の波長域の光が多く含まれると、蛍光を正確に撮影することが困難になる。そこで、カメラユニット１００では、観察対象からの観察光のうち、励起光の波長域の光を低減するフィルタ１２５を取り付けて、観察光に含まれる（観察対象で反射された）励起光の波長域の光を減少させている。これにより、観察光及び蛍光の両方を撮影することが可能であり、正確な蛍光観察が可能な撮影データを取得できる。なお、励起光は、例えば、観察光と蛍光とを同時に撮影したとき、撮影データ内に傾向による像を視認できる程度のつよさの蛍光を発することができる強さを挙げることができる。

電源回路１２７は、カメラ制御部１２２に接続しており、カメラ制御部１２２に電力を供給している。また、電源回路１２７は、カメラユニット１００に一体的に設けられている光源ユニット２００にも電力を供給している。

なお、電力を供給できるＵＳＢケーブルＬ１０を使用することで、カメラユニット１００への電力供給を制御ユニット３００から一元的に行うこともできる。その場合、電源ケーブルＣ１０を省略することが可能である。また、電源回路１２７はＵＳＢケーブルＬ１０から供給された電力の電圧及び（又は）電流をカメラユニット１００、光源ユニット２００の各素子の駆動に適した電圧及び（又は）電流に変換するようにしてもよい。また、電圧及び電流の変換が不要の場合、電源回路１２７も省略してもよい。なお、ＵＳＢケーブルＬ１０から供給される電力がカメラユニット１００の駆動に十分な電力よりも小さい場合、複数本のＵＳＢケーブルＬ１０を並列に使用することで電力供給を賄うようにしてもよい。

また、カメラユニット１００には電力ケーブルＣ１０及びＵＳＢケーブルＬ１０の両方から電力供給を受けるようにしてもよい。この場合、制御回路等の低消費電力の素子への電力供給はＵＳＢケーブルＬ１０から供給し、光源ユニット２００等の消費電力が大きい素子に対しては電源ケーブルＣ１０を介して電力を供給してもよい。電力の供給元を低消費電力系統と大消費電力系統に分けることで、大消費電力系統の電圧及び（又は）電流の変動による低消費電力系統に接続されている素子の誤作動や破損を抑制できる。また、カメラユニット１００に二次電池（リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムポリマーバッテリなど）を搭載すれば、カメラユニット１００をバッテリ駆動とすることも可能である。この場合も、電源ケーブルＣ１０を省略することが可能である。

光源ユニット２００は、カメラユニット１００から電力の供給を受けるとともに、カメラユニット１００と一体的に制御される。例えば、光源ユニット２００は、カメラユニット１００と一体的に形成されているものであってもよいし、カメラユニット１００に対して着脱可能であってもよい。光学的生体イメージングシステムＡにおいて光源ユニット２００はカメラユニット１００の一部に一体的に配置されているものとする。

光源ユニット２００は、少なくとも観察対象の内部に注入された蛍光体を励起する励起光を照射する複数個のＬＥＤモジュール２１０を備えている。上述のとおり、ＬＥＤモジュール２１０は観察対象の内部に注入された蛍光体を励起させるため、強い励起光を照射する光源である。この光源からの光が直接ＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射すると、正確な撮影ができなくなる。

図１に示すように、光学的生体イメージングシステムＡでは、光源ユニット２００から照射された光がカメラユニット１００のイメージセンサに直接入射しないように複数個のＬＥＤモジュール２１０はレンズユニット１３０の光が入射する部分の周囲に配置している。ＬＥＤモジュール２１０は照射された光がレンズユニット１３０に直接入射しないように、レンズユニット１３０の開口部分（光が入射する部分）よりも観察対象から離れた位置に配置されている。このように、周方向に配列されたＬＥＤモジュール２１０から光を照射することで、照射対象の表面に凹凸があった場合でも励起光による影かできにくくなり、生体イメージングの精度を高めることが可能である。

制御ユニット３００は、光学的生体イメージングシステムＡを統括的に制御する主体である。例えば、カメラユニット１００の動作制御や各種設定を行ったり、カメラユニット１００で得られた撮影信号に基づいて生体像の作成、表示、解析、ないしは、記録（これらの動作を総合し処理として説明する場合がある）等を行う。なお、ここでは、ノート型のパソコンを例示したが、制御ユニットとしては、光学的生体イメージングシステムＡに最適化された専用端末を用いても構わないし、或いは、広く普及している携帯情報端末（タブレットやスマートフォンなど）を用いても構わない。

図２に示すように、制御ユニット３００は、操作部３１０と、表示部３２０と、処理部３３０と、接続インターフェース３４０と、記憶部３５０とを備えている。操作部３１０、表示部３２０、接続インターフェース３４０及び記憶部３５０は、処理部３３０に接続されており、処理部３３０からの制御信号に基づいて制御される。

操作部３１０は、操作者が光学的生体イメージングシステムＡの操作に使用するユーザインターフェースである。図１では、キーボードを例に示しているが、マウスやタッチパネル等のポインターを利用するものであってもよいし、専用端末の場合、光学的生体イメージングシステムＡの操作に最適化された入力装置を備えていてもよい。

表示部３２０には、カメラユニット１００で撮影した、操作を行うときの操作映像や生体イメージング映像が表示される。表示部３２０としては、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等の装置を挙げることが可能である。また、複数台の表示部３２０を同時に利用するようにしてもよい。

処理部３３０は、制御ユニット３００の各部を制御する制御信号を生成するとともに、カメラユニット１００及び光源ユニット２００を制御する制御コマンドを生成し、各部に制御信号又は制御コマンドを送信する。すなわち、光学的生体イメージングシステムＡの各部を統合的に制御する制御部として機能する。また、カメラユニット１００から送られる複数の撮影データから表示部３２０で表示する表示データを生成する処理等のデータ処理部としても機能する。

接続インターフェース３４０は制御対象の機器（ここでは、カメラユニット１００、光源ユニット２００）と接続するためのケーブルを接続するコネクタを備えている。接続インターフェース３４０は、例えば、ＵＳＢインターフェース、ＩＥＥＥ１３９４インターフェース等、接続するケーブルの規格に対応したものを広く採用することができる。ここでは、カメラユニット１００の外部接続インターフェース１２３と同じ規格のＵＳＢコネクタを備えた構成となっている。また、接続インターフェース３４０は、複数の接続用のコネクタを有しており、カメラユニット１００の外部接続インターフェース１２３と接続可能である。

すなわち、ＵＳＢケーブルＬ１０の一方の端部をカメラユニット１００の外部接続インターフェース１２３と接続し、他方の端部を制御ユニット３００の接続インターフェース３４０と接続することで、カメラユニット１００と制御ユニット３００とが接続される。これにより、制御ユニット３００の処理部３３０とカメラユニット１００のカメラ制御部１２２との間で信号、データ、コマンド等の送受信が可能となる。

記憶部３５０は、カメラユニット１００から送られた撮影データや処理部３３０で演算処理を行っている途中の処理データ等を記憶する。また、光学的生体イメージングシステムＡのアプリケーションも記憶している。記憶部３５０としては、読み出し専用のＲＯＭ、書き換え可能なＲＡＭを含む構成を挙げることができる。また、処理部３３０で生成された表示データを汎用型の再生装置で閲覧できるようにするため、ＢＤやＤＶＤ等の可搬性を有するメディアに記録する記録装置を備えていてもよい。

次に本発明にかかる光学的生体イメージングシステムＡの要部であるフィルタ１２５の詳細について図面を参照しつつ説明する。図４は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムで用いられているフィルタの特徴を示す図であり、図５は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。なお、図５に示す図では、光源ユニット２００から照射される光、環境光、観察対象Ｈｋ１からの光、カメラユニット１００に入射する光の各波長を示す図であり、各ユニット、観察対象の実際の配置とは異なる。

本実施形態における光学的生体イメージングシステムＡは、可視光を含む環境光（例えば、室内照明による照明光）が照射されている環境で、生体内に注入されたＩＣＧ蛍光剤（蛍光体）に励起光を照射し、蛍光を撮影するＩＣＧ蛍光観察を行う。そのため、光学的生体イメージングシステムＡの光源ユニット２００のＬＥＤモジュール２１０は、ＩＣＧ蛍光剤を励起する波長７６０ｎｍ−７８０ｎｍの励起光を照射するＬＥＤ光源２１１を備えている。

また、光学的生体イメージングシステムＡでは、図４に示すような特性を有するフィルタ１２５がカメラユニット１００に配置されている。図４は縦軸が透過率（％）であり、横軸が波長（ｎｍ）である。図４に示すように、フィルタ１２５は、可視光域から近赤外領域の波長の光のうち、約７６０ｎｍ−約８００ｎｍの光を除去又は略除去する、バンドパスフィルタである。なお、透過する光のうち所定の波長域（ここでは、約７６０ｎｍ−約８００ｎｍ）の光を除去又は略除去するフィルタは周知のものであるため、詳細の説明は省略する。

図５に示すように、光学的生体イメージングシステムＡで生体イメージング（ＩＣＧ蛍光観察）を行うとき、観察対象Ｈｋ１には、環境光が照射されているとともに、光源ユニットのＬＥＤモジュール２１０からの励起光が照射される。そして、励起光の一部は観察対象Ｈｋ１内のＩＣＧ蛍光剤（が含まれた血液が流れる血管）に照射され、残りは環境光とともに観察対象Ｈｋ１の表面で反射される。

ＩＧＣ蛍光剤は励起光によって励起されるとともに、励起光よりも高波長（波長約８３０ｎｍ）の蛍光を発光する。そして、環境光及び励起光の観察対象Ｈｋ１の表面での反射光である観察光と、ＩＣＧ蛍光剤からの蛍光とがカメラユニット１００に入射する。すなわち、環境光として波長約４００ｎｍ−約７００ｎｍの波長域の光と波長７６０ｎｍ−７８０ｎｍの励起光とを含む観察光及び波長８３０ｎｍの蛍光がレンズユニット１３０に入射する。

そして、レンズユニット１３０を通過した観察光及び蛍光は、フィルタ１２５を通過する。このとき、観察光のうち励起光の波長域を含む光（ここでは、約７６０ｎｍ−約８００ｎｍ）が除去され、励起光の波長域の光が含まない又は略含まない環境光と蛍光とがＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射する。

上述したように、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１は可視光域から近赤外光域の広い帯域で良好な量子効率を有しているため、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１で観察光と蛍光とを同時に撮影できる。そして、カメラユニット１００に入射する光のうち、観察光の他の波長域の光や蛍光に比べて強度が高い励起光の波長域の光をカットしている。これにより、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１では、観察光の撮影で観察対象Ｈｋ１の外形（形状、しわ等）の像を撮影し、蛍光の撮影で観察対象Ｈｋ１の内部の血管の像を撮影する。

本発明にかかる光学的生体イメージングシステムＡでは、励起光の波長域の光がカットされた観察光と蛍光とを同時に撮影することができるため、観察対象の形状の像と内部の状態の像とを同時に取得することが可能である。そのため、各画像を撮影した後に合成するための画像処理が不要であり、観察対象の状態と撮影画像との間の時間のずれを小さくする或いは略なくすことができる。このことから、本発明にかかる光学的生体イメージングシステムＡは、手術等の外科的処置や処置後の血液の流量の測定等、観察対象のリアルタイムの状態を必要とする医療行為にも利用することができる。

また、光源ユニット２００の光源モジュール２１０をフラッシュ点灯させる構成とし、点灯したときの観察光及び蛍光を撮影した撮影データと、点灯していないときの観察光を撮影した撮影データとの差分をとることで、ＩＣＧ蛍光観察による血管の像だけを抽出することができる。制御ユニット３００の処理部３３０は、撮影データを処理して、血管の像だけを抽出し、着色等の強調を行い、再度、観察対象の映像データ（観察光のみを撮影したもの又は観察光及び蛍光を撮影したもの）と重ね合せる処理を行うようにしてもよい。

なお、本実施形態において、フィルタ１２５は波長域７６０ｎｍ−８００ｎｍの光を除去しているが、これに限定されるものではなく、光源モジュール２１０から出射される強い励起光を除去できるフィルタを広く採用することができる。

本実施形態の光学的生体イメージングシステムＡでは、蛍光を正確に撮影することができるため、精度が高く詳細な生体イメージングを行うことができる。これにより、操作者が観察対象の外部及び内部の視認性を高めることができ、操作者の操作性及び安全性を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例について図面を参照して説明する。図６は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例のブロック図である。図６に示す光学的生体イメージングシステムＢは、カメラユニット１００がフィルタ１２５の替わりにフィルタ１２６を備え、光源ユニット２００が光源モジュール２１０の替わりに光源モジュール２２０を備えている以外、光学的生体イメージングシステムＡと同じ構成を有している。そのため、光学的生体イメージングシステムＢでは、実質上、光学的生体イメージングシステムＡと同じ部分は同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

図６に示すように、光学的生体イメージングシステムＢのＬＥＤモジュール２２０は、７６０ｎｍ−７８０ｎｍの励起光を照射する第１ＬＥＤ光源２２１と、参照光として波長１０５０ｎｍの光を照射する第２ＬＥＤ光源２２２とを備えている。波長１０５０ｎｍの光は、観察対象で反射された後、観察光として用いられる光であり、観察対象の形状を参照する、すなわち、参照光である。また、カメラユニット１００に備えられているフィルタ１２６は、８００ｎｍ未満の光をカットする、ハイパスフィルタである。

すなわち、光学的生体イメージングシステムＢでは、第２ＬＥＤ光源２２２から出射される参照光が観察対象で反射された光を、観察光として利用する。なお、１０５０ｎｍは近赤外光であるため、一部は観察対象の内部に入射するととともに、観察対象の内部で反射される。１０５０ｎｍの近赤外光は、ヘモグロビンに吸収されにくい波長である。そのため、波長１０５０ｎｍの参照光を第２ＬＥＤ光源２２２から照射し、その反射光を観察光として撮影したとき、その撮影データには、血管の像は含まれない。

図７は本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。図７に示すように、光学的生体イメージングシステムＢでは、光源ユニット２００のＬＥＤモジュール２２０の第１ＬＥＤ光源２２１からの励起光及び第２ＬＥＤ光源２２２からの参照光を観察対象Ｈｋ１に照射する。

そして、観察対象Ｈｋ１の内部の蛍光体からの蛍光と観察対象で反射された観察光とがカメラユニット１００のレンズユニット１３０を介してＣＩＧＳイメージセンサ１２１に結像する。観察光及び蛍光はフィルタ１２６を透過することで、８００ｎｍよりも高い波長域の光だけがＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射する。つまり、観察光のうち、可視光（波長約４００ｎｍ−約７００ｎｍ）と励起光（波長７６０ｎｍ−７８０ｎｍ）は除去され、波長１０５０ｎｍの近赤外領域の観察光と蛍光（波長約８３０ｎｍ）とがＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射する。

本発明にかかる光学的生体イメージングシステムＢは、波長１０５０ｎｍの近赤外領域の観察光を撮影することで観察対象の形状（外形、しわ等）の像を、蛍光を撮影することで血管の像を含む撮影データを取得することができる。このように、光源ユニット２００から観察対象の撮影に必要な参照光を出射する構成としてもよい。

このような構成とすることで、近赤外成分を含まない光源による照明中や、暗室内のように観察対象の形状を撮影するために十分な光がない環境でも、観察対象の外形の像を含む映像を取得できる生体イメージングが可能である。これにより、例えば、近赤外成分を含まない無影灯が照射されている状態（手術中）の観察対象に対する生体イメージングや、眼科の検査等、可視光による影響を取り除く必要がある場所（例えば暗室内）等での観察対象に対する生体イメージングが可能である。これにより、生体イメージングが環境光（可視光）の影響を受けにくいので、操作性、安全性を向上することが可能である。

これ以外の特徴は、第１実施形態と同じである。

（第３実施形態）
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムのさらに他の例について図面を参照して説明する。図８は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例のブロック図である。図８に示す光学的生体イメージングシステムＣは、光源ユニット２００が光源モジュール２１０の替わりに光源モジュール２２０のＬＥＤ光源の数が異なる以外、光学的生体イメージングシステムＡと同じ構成を有している。そのため、光学的生体イメージングシステムＣでは、実質上、光学的生体イメージングシステムＡと同じ部分は同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

図８に示すように、ＬＥＤモジュール２２０は、励起光を照射する第１ＬＥＤ光源２２１と、第１参照光として波長１０５０ｎｍの光を照射する第２ＬＥＤ光源２２２と、第２参照光として波長９５０ｎｍの光を照射する第３ＬＥＤ光源２２３とを備えている。

波長７６０ｎｍ及び波長１０５０ｎｍの光の特徴は第２実施形態で示したとおりである。波長９５０ｎｍの参照光が観察対象で反射した観察光を撮影することで、血管及び観察対象の形状（外形、しわ等）の像を取得できる。波長９５０ｎｍの光も波長１０５０ｎｍの光と同様参照光である。

そして、カメラユニット１００は、波長７６０ｎｍ−８００ｎｍの光を除去するフィルタ１２５を備えている。

図９は本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。図９に示すように、光学的生体イメージングシステムＣでは、光源ユニット２００のＬＥＤモジュール２２０の第１ＬＥＤ光源２２１からの励起光、第２ＬＥＤ光源２２２からの第１参照光、第３ＬＥＤ光源２２３からの第２参照光を観察対象Ｈｋ１に照射する。そして、ＣＩＧＳイメージセンサ１２１には、励起光を除去した観察光が入射（結像）する。

この構成の光学的生体イメージングシステムＣでは、第１ＬＥＤ光源２２１から光を照射するとともに、環境光と蛍光を撮影すること（光学的生体イメージングシステムＡと同様の動作をする）ことで生体イメージングを行うことが可能である。

また、第２ＬＥＤ光源２２２と第３ＬＥＤ光源２２３とを、フラッシュ照射して連続撮影した撮影データに基づいて、処理部３３０で画像処理を行うことで、ＩＣＧ蛍光剤を用いない状態でも、血管の像のみ或いは血管及び観察対象の形状の像を含む撮影データを得ることができる。

すなわち、第２ＬＥＤ光源２２２をフラッシュ照射して撮影した撮影データは、参照光が１０５０ｎｍのときヘモグロビンでの光吸収が少ないため、画像データは観察対象の形状、しわの像が含まれる。また、第３ＬＥＤ光源２２３をフラッシュ照射して撮影した撮影データは、参照光が９５０ｎｍのときヘモグロビンでの光吸収が多いため、観察対象の形状、しわ、血管の像が含まれる。

そして、制御ユニット３００の処理部３３０は記憶部３５０から参照光が９５０ｎｍの撮影データと参照光が１０５０ｎｍのときの撮影データの差分を演算し、各データの差分を取ることで血管の画像データを取得する。そして、血管の画像データに着色、コントラストの変更等の処理を施し、再度、９５０ｎｍの画像データ又は１０５０ｎｍの画像データと合成することで、観察対象の形状、しわの像に強調された血管の像を重ね合せることができる。

このように、本発明の光学的生体イメージングシステムを用いることで、生体内部の所定の部位を強調したり、逆に目立たなくしたりした映像を、表示部３２０に表示することが可能である。このように、第２ＬＥＤ光源２２２と第３ＬＥＤ光源２２３とを利用することで、ＩＣＧ蛍光剤を使わなくても生体イメージングが可能である。

また、第１ＬＥＤ光源２２１と第２ＬＥＤ光源２２２とを利用することで、可視光による影響を取り除く必要がある場所（例えば暗室内）等でＩＣＧ蛍光観察が可能である。

本実施形態の光学的生体イメージングシステムＣでは、ＩＣＧ蛍光剤を利用した生体イメージング（ＩＣＧ蛍光観察）と、ＩＣＧ蛍光剤を利用しない生体イメージングの双方を一つの構成で実施可能である。これにより、必要に応じて、ＩＣＧ蛍光剤を使用して又は不使用で生体イメージングを行うことが可能である。

また、光源ユニット２００からの光を停止して（消灯して）、観察光の撮影を行うことで、可視光による、観察対象の形状（外形、しわ）の詳細な像を得ることができる。この像を利用することで、より正確で詳細な生体イメージングを行うことができる。

これ以外の特徴については、第１実施形態と同じである。

（第４実施形態）
本発明にかかる光学的生体イメージングシステムのさらに他の例について図面を参照して説明する。図１０は本発明にかかる光学的生体イメージングシステムの他の例のブロック図である。図１０に示す光学的生体イメージングシステムＤは、フィルタ１２５の替わりにフィルタ１２６を備えている以外、光学的生体イメージングシステムＣと同じ構成を有している。そのため、光学的生体イメージングシステムＤでは、実質上、光学的生体イメージングシステムＣと同じ部分は同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。

光学的生体イメージングシステムＤは、カメラユニット１００が８００ｎｍ未満の波長域の光を除去するハイパスフィルタ１２６を備えている。

図１１は本実施形態にかかる光学的生体イメージングシステムにおける生体イメージングの概略を示す図である。図１１に示すように、光学的生体イメージングシステムＤでは、光源ユニット２００のＬＥＤモジュール２２０の第１ＬＥＤ光源２２１からの励起光、第２ＬＥＤ光源２２２からの第１参照光、第３ＬＥＤ光源２２３からの第２参照光を観察対象Ｈｋ１に照射する。

第１ＬＥＤ光源２２１と第２ＬＥＤ光源２２２とを用いることで光学的生体イメージングシステムＢと同じ構成となる。生体イメージングの方法も光学的生体イメージングシステムＢと同じ方法である。

また、第２ＬＥＤ光源２２２から波長１０５０ｎｍの参照光を照射することで、波長１０５０ｎｍの観察光をカメラユニット１００で撮影することができる。このとき取得された撮影データには観察対象の形状（外形、しわ等）の像を含む。

また、第３ＬＥＤ光源２２３から波長９５０ｎｍの参照光を照射することで、波長９５０ｎｍの観察光をカメラユニット１００で撮影することができる。このとき取得された撮影データには観察対象の形状（血管、外形、しわ等）の像を含む。

そして、処理部３３０が、記録部３５０から波長１０５０の参照光を照射したときの撮影データと、波長９５０の参照光を照射したときの撮影データとの差分を取ることで、血管の画像データを得る。そして、血管の画像データに着色、コントラストの変更等の処理を施し、再度、９５０ｎｍの画像データ又は１０５０ｎｍの画像データと合成することで、観察対象の形状、しわの像に強調された血管の像を含む映像データを得ることができる。

本実施形態の光学的生体イメージングシステムＤでは、ＩＣＧ蛍光剤を利用した生体イメージング（ＩＣＧ蛍光観察）と、ＩＣＧ蛍光剤を利用しない生体イメージングの双方を一つの構成で実施可能である。これにより、必要に応じて、ＩＣＧ蛍光剤を使用して又は不使用で生体イメージングを行うことが可能である。

また、本実施形態の光学的生体イメージングシステムＤでは、８００ｎｍ未満の波長域の光を除去するフィルタ１２６を用いているため、可視光がＣＩＧＳイメージセンサ１２１に入射しない。そのため、可視光が照射されている環境においても、可視光の影響がない状態又はほとんどない状態で生体イメージングを行うことができる。

本実施形態の光学的生体イメージングシステムＤでは、可視光が照射されている環境下でＩＣＧ蛍光剤を利用した生体イメージング（ＩＣＧ蛍光観察）と、ＩＣＧ蛍光剤を利用しない生体イメージングの双方を一つの構成で実施可能である。これにより、必要に応じて、ＩＣＧ蛍光剤を使用して又は不使用で生体イメージングを行うことが可能である。

これ以外の点については、第３実施形態と同じである。

上述の各実施形態では、イメージセンサとしてＣＩＧＳイメージセンサを用いているが、従来のＳｉ−ＣＭＯＳを用いても、同様の生体イメージングを行うことが可能である。しかしながら、以下の理由から、Ｓｉ−ＣＭＯＳに比べて、ＣＩＧＳイメージセンサを用いる方がより多くのメリットがある。

また、ＣＩＧＳイメージセンサを用いれば、可視光での観察、ＩＣＧ蛍光での観察、及び、近赤外光での観察をいずれも行うことができるので、任意の波長帯域を選択することにより、Ｓｉ−ＣＭＯＳでは得られなかった生体像を得ることが可能となる。

また、医療現場（特に外科手術）では、蛍光の変化を定量的に観察して評価したい、或いは、手術後に動脈が閉塞した虚血部位を確認したい、というニーズがある。既存のＳｉ−ＣＭＯＳでは、ＩＣＧ蛍光での観察を行うことはできるものの、定量的に蛍光観察を行うことで血流量を評価することは決して容易でない。一方、ＣＩＧＳイメージセンサを利用すれば、上記のニーズをも満足することができるようになるので、医療現場の診断精度向上、スピードアップ、ないしは、患者の負担軽減に寄与することが可能となる。

（その他の実施形態）
上述の各実施形態では、ＩＣＧ蛍光剤を蛍光体として用いるＩＣＧ蛍光観察を例に説明しているが、蛍光体としては、これに限定されるものではない。以下に、本発明にかかる光学的生体イメージングシステムで使用可能な蛍光体について説明する。

まず、観察対象を生体として生体内部の蛍光体に励起光を照射し、蛍光を観察するものについて説明する。生体内の蛍光体に励起光を照射するものとして、これまで説明したＩＣＧ蛍光観察、自発蛍光眼底撮影法、フルオレセイン蛍光眼底撮影法を挙げることができる。

自発蛍光眼底撮影法は、生体の網膜色素上皮内に含まれるリポフスチンを蛍光体として中心波長が５８０ｎｍの励起光を照射する。これにより、励起されたリポフスチンから波長７９０ｎｍの蛍光が発生する。

自発蛍光眼底撮影法に光学的生体イメージングシステムを利用する場合、フィルタ１２５のようなバンドパスフィルタを用いる場合、励起光を含む波長域を除去するバンドパスフィルタを用いる。また、フィルタ１２６のようなハイパスフィルタを用いる場合、蛍光の波長未満の波長を除去するハイパスフィルタを用いる。さらに、自発光蛍光眼底撮影法では、蛍光が近赤外光領域の光であるため、イメージセンサとしてＣＩＧＳイメージセンサ１２１を用いることで、一度の撮影で観察対象の形状の像と生体内部の像とを精度よく詳細な生体イメージングが可能である。

また、フルオレセイン蛍光眼底撮影法は、蛍光剤としてフルオレセインナトリウムを生体内に注射し、眼底に中心波長４８５ｎｍ−５００ｎｍの励起光を照射する。これにより、励起されたフルオレセインナトリウムから波長５２５ｎｍ−５３０ｎｍの蛍光が発生する。

フルオレセイン蛍光眼底撮影法に光学的生体イメージングシステムを利用する場合、フィルタ１２５のようなバンドパスフィルタを用いる場合、励起光を含む波長域を除去するバンドパスフィルタを用いる。また、フィルタ１２６のようなハイパスフィルタを用いる場合、蛍光の波長未満の波長を除去するハイパスフィルタを用いる。さらに、フルオレセイン眼底撮影法では、蛍光が可視光域の光であるため、イメージセンサとしてＣＩＧＳイメージセンサ１２１の替わりにＳｉ−ＣＭＯＳを用いても同様に、一度の撮影で観察対象の形状の像と生体内部の像とを精度よく詳細な生体イメージングが可能である。

また、光学的生体イメージングシステムは体外に取り出した生体の一部に対して生体イメージングを行うことも可能である。このような体外に取り出した生体の一部の生体イメージングを行う場合、取り出した体の一部を元に戻さなくてもよい場合がほとんどである。この場合、生体に対して著しく悪影響がある、すなわち、有毒な蛍光剤を利用して生体を観察することが可能である。

このような体外に取り出した生体の一部に対して利用する蛍光剤としては、例えば、蛍光有機色素、蛍光タンパク質、量子ドットを挙げることができる。これらの蛍光剤のうち、少なくとも、近赤外光の蛍光を発する蛍光剤を用いる場合、ＣＩＧＳイメージセンサを用いることが好ましい。また、精度が劣るがＳｉ−ＣＭＯＳをイメージセンサに用いても生体イメージングを行うことが可能である。なお、これらの蛍光剤は材料や粒径によって励起光の波長（中心波長）及び蛍光の波長は異なる。

さらに、体外に取り出した生体の一部に対して利用する蛍光剤としては、希土類イオンをドープした蛍光体もよく用いられている。この手の蛍光剤として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、希土類ドープ酸化イットリウムを挙げることができる。Ｎｄ：ＹＡＧでは、８００ｎｍの励起光で１０６４ｎｍの蛍光が発生する。また、希土類ドープ酸化イットリウムでは９８０ｎｍの励起光で１５５０ｎｍの蛍光が発生する。

フィルタ１２５のようなバンドパスフィルタを用いる場合、励起光を含む波長域を除去するバンドパスフィルタを用いる。また、フィルタ１２６のようなハイパスフィルタを用いる場合、蛍光の波長未満の波長を除去するハイパスフィルタを用いる。さらに、自発光蛍光眼底撮影法では、蛍光が近赤外光領域の光であるため、イメージセンサとしてＣＩＧＳイメージセンサ１２１を用いることで、一度の撮影で観察対象の形状の像と生体内部の像とを精度よく詳細な生体イメージングが可能である。

本発明にかかる光学的生体イメージングシステムは、ここで示した以外の蛍光体（蛍光剤）を用いた蛍光観察にも利用することが可能である。特に、励起光及び蛍光のうち少なくとも蛍光が近赤外光領域である場合、ＣＩＧＳイメージセンサを用いることで、精度が高く詳細な生体イメージングが可能である。

さらに、上述のように、近赤外光の波長領域を切り替ながら複数の撮影データを取得し、これらを演算して画像合成ないし特徴抽出（エッジ強調など）を行うことにより、ＩＣＧ蛍光剤を使用せずに、血管や血流の観察を行うことも可能となる。

以下に、光源波長の組合せとその技術的意義について、具体的な例を挙げて説明する。例えば、８０５、９５０、１０５０ｎｍの光を用いることで血管イメージングが可能となる。これは、８０５ｎｍが酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの光の等吸収点であり、８０５ｎｍ以下での光の吸収は脱酸素化ヘモグロビンの方が酸素化ヘモグロビンよりも大きく、８０５ｎｍ以上での光の吸収は酸素化ヘモグロビンの方が脱酸素化ヘモグロビンよりも大きいため、複数波長での吸光度変化を計測することで酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を算出することができる。

５５０、９３０、９４０、９６０ｎｍの光を用いることで、生体イメージングが可能となる。これは、９４０ｎｍは水と脂肪の等吸収点であり、９４０ｎｍ以下では脂肪の方が水よりも光の吸収が大きく、９４０ｎｍ以上では水の方が脂肪よりも光の吸収が大きいことと、５５０ｎｍの可視光と近赤外光の差を観察することで濃度変化を算出することができる。また、１０５０ｎｍの光はラマン散乱の励起光源としても利用できる１０６４ｎｍの光に置き換えることができる。また、１２５０ｎｍの光を用いることで、ヘモグロビンの光吸収が小さくなるので、血管情報を排除した生体イメージングが可能となる。

このように、励起光（ＩＣＧ蛍光観察の場合７６０ｎｍ）以外の波長域の光を照射するＬＥＤ光源を複数個利用することで、蛍光観察を行うことができるとともに、蛍光剤を利用しない生体イメージングで、生体内の多数の像（血管、リンパ、脂肪等）を取得することが可能であり、多数の情報（血流、ヘモグロビンの酸素化度等）を取得することが可能である。

上述の各実施形態では、観察対象で反射した光を観察光として、カメラユニット１００で撮影する構成としているが、これに限定されるものではない。例えば、光源ユニット２００から出射された光及び（又は）環境光（可視光）を観察対象に照射し、観察対象を透過した光を撮影するようにしてもよい。

また、上述の各実施形態では、光電変換部にＣＩＧＳを用いたＣＩＧＳイメージセンサを採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ＣＩＳ、ＣＺＴＳ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体を用いても同様の効果を得ることが可能である。また、これら以外にも、上述と同様の効果を得ることができる物質を光電変換部に採用してもよい。

なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 光学的生体イメージングシステム
１００ カメラユニット
１１０ 筐体
１２０ カメラモジュール
１２１ ＣＩＧＳイメージセンサ
１２２ カメラ制御部
１２３ 外部接続インターフェース
１２４ 温度調整部
１２５ フィルタ
１２６ フィルタ
１３０ カメラモジュール
２００ 光源ユニット
２１０ ＬＥＤモジュール
２１１ ＬＥＤ光源
２２０ ＬＥＤモジュール
２２１ 第１ＬＥＤ光源
２２２ 第２ＬＥＤ光源
２２３ 第３ＬＥＤ光源
３００ 制御ユニット（パソコン）
３１０ 操作部
３２０ 表示部
３３０ 処理部
３４０ 接続インターフェース
３５０ 記憶部
Ｌ１０ ＵＳＢケーブル
Ｃ１０ 電源ケーブル
Ａ１０ ＡＣアダプタ

Claims (10)

1. 観察対象内の蛍光体を励起する励起光を照射する光源部と、
   前記観察対象からの観察光及び蛍光体の励起によって発せられる蛍光が透過するように配置されているとともに前記観察光から前記励起光と同波長域の成分を除去するフィルタと、
   前記フィルタを透過した蛍光及び観察光を撮影する撮影部とを備えている光学的生体イメージングシステム。
2. 前記蛍光又は前記観察光の少なくとも一方が近赤外波長域の光を含んでおり、
   前記撮影部が近赤外光を受光して光電変換する光電変換部を備えている請求項１に記載の光学的生体イメージングシステム。
3. 前記光電変換部がＣＩＧＳを含んでいる請求項２に記載の光学的生体イメージングシステム。
4. 前記観察光及び前記蛍光が近赤外光の波長域の光を含んでおり、
   前記フィルタが可視光域の光も除去するフィルタである請求項２又は請求項３に記載の光学的生体イメージングシステム。
5. 前記観察光が前記励起光よりも長波長の光を含んでおり、
   前記フィルタが前記励起光の波長域よりも短波長の光も除去するハイパスフィルタである請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
6. 前記光源部が前記観察光と同波長域の参照光も照射する請求項１から請求項５に記載の光学的生体イメージングシステム。
7. 前記光源部は、撮影される前記蛍光の光量及び前記観察光の光量が一定の範囲内に収まるように前記参照光を前記観察対象に照射する請求項６に記載の光学的生体イメージングシステム。
8. 前記光源部は、波長が異なる複数の参照光を出射する請求項６又は請求項７に記載の光学的生体イメージングシステム。
9. 前記光源部が、前記励起光と前記参照光とを同時に出射する請求項６から請求項８のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。
10. 前記光源部が、前記励起光と前記参照光とを順次出射し、前記撮影部が光の出射ごとに蛍光又は観察光の撮影を行うとともに、前記処理部が蛍光又は観察光の撮影データを処理する前記処理部を備えている請求項６から請求項８のいずれかに記載の光学的生体イメージングシステム。