JP2016112219A - イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被写体に注入された蛍光色素に対して励起光を照射して発生した蛍光を撮影するイメージング装置においても、専用の光源やカメラを設けることなく、動脈と静脈とを鮮明に認識することが可能なイメージング装置を提供する。【解決手段】 動脈抽出部３６において、波長が６００ｎｍの画像から波長が８５０ｎｍの画像を減算した場合には、動脈のみを抽出することが可能となる。また、静脈抽出部３７において、６００ｎｍの画像を反転し、６００ｎｍの画像から６００ｎｍの反転画像を減算した場合には、静脈のみを抽出することが可能となる。すなわち、可視光源２２と確認用光源２４とを利用することにより、専用の光源やカメラを設けることなく、動脈と静脈とを鮮明に認識することが可能となる。【選択図】 図４

Description

この発明は、被写体に注入された蛍光色素に対して励起光を照射し、蛍光色素から発生した蛍光を撮影するイメージング装置に関する。

近年、近赤外蛍光イメージングと呼称される手法が外科手術に利用されている。この近赤外蛍光イメージングにおいては、蛍光色素としてのインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を患部に注入する。そして、このインドシアニングリーンに６００〜８５０ｎｍ（ナノメートル）の近赤外光を励起光として照射すると、インドシアニングリーンはおおよそ８００ｎｍをピークとする近赤外領域の蛍光を発する。この蛍光を、近赤外光を検出可能なカメラで撮影し、その画像を液晶表示パネル等の表示部に表示する。この近赤外蛍光イメージングによれば、体表から２０ｍｍ程度までの深さに存在する血管やリンパ管等の観察が可能となる。

特許文献１には、インドシアニングリーンが投与された生体の被検臓器に対して、インドシアニングリーンの励起光を照射して得られた、近赤外蛍光の強度分布イメージと、インドシアニングリーン投与前の被検臓器に対して、Ｘ線、核磁気共鳴または超音波を作用させて得られた、癌病巣分布イメージと、を比較し、近赤外蛍光の強度分布イメージで検出されるが、癌病巣分布イメージでは検出されない領域のデータを、癌の副病巣領域データとして収集するデータ収集方法が開示されている。

また、特許文献２には、血管造影剤が投与された被写体に対して励起光と可視光とを交互に照射し、撮像手段によって励起光が照射された蛍光画像と可視画像とを交互に取得するとともに、蛍光画像を所定の閾値により閾値処理して血管画像を抽出し、可視画像と抽出した血管画像を重畳させた合成画像を作成する手術支援方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、近赤外画像データと可視画像データとを利用することにより、静脈と動脈の識別を容易に実現できる血管可視化装置が開示されている。

国際公開第２００９／１３９４６６号公報 特開２００９−２２６０７２号公報 特開２０１４−２４６号公報

図７は、動脈中を流れる酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２ ）と静脈中を流れる還元ヘモグロビン（Ｈｂ）との吸収スペクトルを示すグラフである。なお、このグラフにおいて縦軸は吸光度（任意単位：ａ．ｕ．）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示している。

このグラフに示すように、動脈中を流れる酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２ ）と静脈中を流れる還元ヘモグロビン（Ｈｂ）とは、おおよそ８０５ｎｍ付近で吸光度が反転する等吸収点が存在し、短波長側では静脈についての吸光度が大きく、長波長側では動脈の吸光度が大きい。従来、この吸光度の差異を利用して、動脈と静脈とを識別する構成が採用されている。

しかしながら、被写体に注入された蛍光色素に対して励起光を照射して発生した蛍光を撮影するイメージング装置においては、血管の画像を得ることは可能ではあるが、その血管が静脈なのか動脈なのかを識別することはできない。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、被写体に注入された蛍光色素に対して励起光を照射して発生した蛍光を撮影するイメージング装置においても、専用の光源やカメラを設けることなく、動脈と静脈とを鮮明に認識することが可能なイメージング装置を提供することを目的とする。

第１の発明では、被写体に注入された蛍光色素を励起させるための励起光を前記被写体に向けて照射する励起用光源と、前記被写体に向けて可視光を照射する可視光源と、励起光が照射されることにより前記蛍光色素から発生した蛍光と、前記被写体の表面で反射した可視光とを撮影するための、蛍光と可視光とを検出可能なカメラと、を備えたイメージング装置において、前記蛍光に相当する波長の光を照射するための第３の光源と、前記被写体に前記可視光源から可視光を照射して得た可視画像から前記被写体に前記第３の光源から前記蛍光に相当する波長の光を照射して得られた画像を減算することにより前記被写体の動脈を抽出するとともに、全可視画像を反転して得られた反転画像から前記可視画像を減算することにより前記被写体の静脈を抽出する画像処理部と、を備える。

第２の発明では、前記第３の光源は、前記蛍光に相当する波長の光を照射して照射領域の画像を前記カメラで撮影することにより前記カメラが正常に動作しているか否かを確認するための確認用光源である。

第３の発明では、前記蛍光は、その発光ピーク波長が８０５ｎｍ以上の近赤外光である。

第１から第３の発明によれば、被写体に注入された蛍光色素に対して励起光を照射して発生した蛍光を撮影するイメージング装置においても、動脈と静脈とを鮮明に認識することが可能となる。

この発明に係るイメージング装置の概要図である。 照明・撮影部１２の斜視図である。 照明・撮影部１２の正面概要図である。 この発明に係るイメージング装置の主要な制御系を示すブロック図である。 動脈の画像を抽出する工程を説明するための説明図である。 静脈の画像を抽出する工程を説明するための説明図である。 動脈中を流れる酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２ ）と静脈中を流れる還元ヘモグロビン（Ｈｂ）との吸収スペクトルを示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るイメージング装置の概要図である。

このイメージング装置は、タッチパネル等の入力部１１を備え、後述する制御部３０等を内蔵した本体１０と、アーム１３により移動可能に支持された照明・撮影部１２と、液晶表示パネル等から構成される表示部１４と、患者１７を載置する治療台１６とを備える。なお、照明・撮影部１２はアーム１３によって支持されたものに限定されず、術者が手に携帯するものであってもよい。

図２は、上述した照明・撮影部１２の斜視図である。また、図３は、照明・撮影部１２の正面概要図である。

この照明・撮影部１２は、近赤外線および可視光を検出可能なカメラ２１と、このカメラ２１の外周部に配設された多数のＬＥＤよりなる可視光源２２と、この可視光源２２の外周部に配設された多数のＬＥＤよりなる励起用光源２３と、可視光源２２を構成する多数のＬＥＤ内に配設された５個のＬＥＤよりなる確認用光源２４とを備える。可視光源２２は、可視光を照射する。励起用光源２３は、インドシアニングリーンを励起させるための励起光であるその波長が７６０ｎｍの近赤外光を照射する。また、確認用光源２４は、インドシアニングリーンから発生する蛍光の波長と近似するその波長が８５０ｎｍの近赤外光を照射する。なお、図３においては、可視光源２２を構成する多数のＬＥＤと、励起用光源２３を構成する多数のＬＥＤのうちの、一部の図示を省略している。

ここで、インドシアニングリーンより発生する８００ｎｍの近赤外光は、目視で確認することはできない。このような状況下において、蛍光を撮影するためのカメラ２１の動作確認を行うためには、従来は、インドシアニングリーンを練り込んだカード状あるいは棒状の治具を準備し、この治具に対して励起光を照射するとともに、励起光を照射された治具をカメラ２１により撮影することで、カメラ２１の動作確認を行っている。このため、専用の治具が必要となるばかりではなく、この治具を準備して撮影動作を実行するという煩雑な動作を必要とした。

このため、この発明に係るイメージング装置においては、カメラ２１に対して、インドシアニングリーンより発生する蛍光のピーク波長に近似する８５０ｎｍの近赤外光を照射するための確認用光源２４を付設し、この確認用光源２４を点灯することでカメラ２１の動作確認を行う構成を採用している。そして、この確認用光源２４から照射される近赤外光を利用して、患者１７における動脈の画像を抽出するようにしている。

図４は、この発明に係るイメージング装置の主要な制御系を示すブロック図である。

このイメージング装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等から構成され、装置全体を制御する制御部３０を備える。この制御部３０は、動脈抽出部３６および静脈抽出部３７を有し、各種の画像処理を実行する画像処理部３１を備える。また、この制御部３０は、上述した入力部１１および表示部１４と接続されている。また、この制御部３０は、カメラ２１、可視光源２２、励起用光源２３および確認用光源２４を備えた照明・撮影部１２と接続されている。さらに、この制御部３０は、カメラ２１により撮影された画像を記憶する画像記憶部３３とも接続されている。この画像記憶部３３は、近赤外画像を記憶する近赤外画像記憶部３４と、可視画像を記憶する可視画像記憶部３５とから構成される。なお、近赤外画像記憶部３４および可視画像記憶部３５を備える代わりに、可視画像と近赤外画像とを合成した画像を記憶する合成画像記憶部を備えていても良い。

以下、この発明に係るイメージング装置を使用して外科の手術を行う場合の動作について説明する。なお、以下の説明においては、患者１７に対して乳癌の手術を行う場合について説明する。

この発明に係るイメージング装置を使用して乳癌の手術を行う場合には、最初に、確認用光源２４を点灯するとともに、そのときの画像をカメラ２１における蛍光用センサ５２により撮影する。確認用光源２４からは、インドシアニングリーンから発生する蛍光の波長と近似する、その波長が８５０ｎｍの近赤外光が照射される。この近赤外光は、人の目では確認することができない。一方、確認用光源２４から波長が８５０ｎｍの近赤外光を照射するとともに、この照射領域の画像をカメラ２１により撮影した場合、カメラ２１が正常に動作していた場合においては、近赤外光が照射された領域の画像がカメラ２１により撮影され、その画像が表示部１４に表示される。これにより、カメラ２１の動作確認を容易に実行することが可能となる。

以上の準備工程が完了すれば、治療台１６上の仰臥した患者１７の乳房にインドシアニングリーンを注射により注入する。そして、患部を含む被写体に向けて、励起用光源２３から近赤外線を照射するとともに可視光源２２から可視光を照射する。なお、励起用光源２３から照射される近赤外光としては、上述したように、インドシアニングリーンが蛍光を発するための励起光として作用する７６０ｎｍの近赤外光が採用される。これにより、インドシアニングリーンは、約８００ｎｍをピークとする近赤外領域の蛍光を発生させる。

そして、患者１７の患部付近をカメラ２１により撮影する。このカメラ２１は、近赤外光と可視光とを検出することが可能となっている。カメラ２１により撮影された近赤外画像および可視画像は、図４に示す画像処理部３１に送られる。画像処理部３１においては、近赤外画像および可視画像を表示部１４に表示可能な画像データに変換する。近赤外画像のデータは画像記憶部３３における近赤外画像記憶部３４に記憶される。また、可視画像のデータは、画像記憶部３３における可視画像記憶部３５に記憶される。

また、画像処理部３１は、近赤外画像データと可視画像データとを利用して、可視画像と近赤外画像とを融合させた合成画像を作成する。そして、画像処理部３１は、表示部１４に、近赤外画像、可視画像および合成画像を、領域を分けて同時に、あるいは、選択的に表示する。

この手術中において、患者１７の動脈を抽出する場合には、患部を含む被写体に向けて、確認用光源２４からその波長が８５０ｎｍの近赤外光を照射するとともに可視光源２２から可視光を照射する。そして、これらの近赤外画像と可視画像とから、動脈の画像を抽出する。

図５は、動脈の画像を抽出する工程を説明するための説明図である。

血管が存在する領域に対して可視光を照射して赤色の血管を撮影した場合、カメラ２１に使用されているベイヤーフィルタの赤色の領域は６００ｎｍ周辺の可視光を検出しており、波長が６００ｎｍの可視光は図７に示すように静脈に吸収されやすい波長であることから、図５(ａ)に示すように、静脈が黒く写ることになる。一方、血管が存在する領域に対してその波長が８５０ｎｍの近赤外光を照射して血管の画像を撮影した場合、波長が８５０ｎｍの近赤外光は図７に示すように動脈に吸収されやすい波長であることから、図５(ｂ)に示すように、動脈が黒く写ることになる。そして、画像処理部３１における動脈抽出部３６において、波長が６００ｎｍの画像から波長が８５０ｎｍの画像を減算した場合には、静脈部分の画素値は負となってゼロとなることから、図５（ｃ）に示すように、動脈のみを抽出することが可能となる。

図６は、静脈の画像を抽出する工程を説明するための説明図である。

上記の場合と同様、血管が存在する領域に対して可視光を照射して赤色の血管を撮影した場合、カメラ２１に使用されているベイヤーフィルタの赤色の領域は６００ｎｍ周辺の可視光を検出しており、波長が６００ｎｍの可視光は図７に示すように静脈に吸収されやすい波長であることから、図６(ａ)に示すように、静脈が黒く写ることになる。そして、画像処理部３１における静脈抽出部３７において、図６（ｂ）に示すように、この６００ｎｍの画像を反転した後、６００ｎｍの画像から６００ｎｍの反転画像を減算した場合には、動脈部分の画素値はゼロとなることから、図６（ｃ）に示すように、静脈のみを抽出することが可能となる。

すなわち、この発明に係るイメージング装置によれば、合成画像等の撮影に本来備えられている可視光源２２を利用することにより、専用の可視光源やカメラを設けることなく、動脈と静脈とを鮮明に認識することが可能となる。さらには、合成画像等の撮影に本来備えられている可視光源２２と、カメラ２１の動作確認用に本来備えられている確認用光源２４とを利用することにより、専用の光源やカメラを設けることなく、動脈と静脈とを鮮明に認識することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、励起用光源２３として、波長が７６０ｎｍの近赤外光を照射するものを使用しているが、励起用光源２３としては、インドシアニングリーンを励起させて励起光を発生させることが可能な７５０ｎｍ〜８１０ｎｍ程度の近赤外光を照射させるものを使用することができる。

また、上述した実施形態においては、確認用光源２４として、波長が８５０ｎｍの近赤外線を照射するものを使用しているが、確認用光源２４としては、インドシアニングリーンより発生する蛍光に近似する８００ｎｍ付近の近赤外線を照射しうるものであればよく、例えば、８１０ｎｍ以上の波長の近赤外線を照射しうるものであればよい。より詳細には、その発光ピーク波長が、動脈中を流れる酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２ ）と静脈中を流れる還元ヘモグロビン（Ｈｂ）との吸光度の等吸収点である８０５ｎｍ付近より長波長側の近赤外光であれば良い。

１０ 本体
１１ 入力部
１２ 照明・撮影部
１３ アーム
１４ 表示部
１６ 治療台
１７ 患者
２１ カメラ
２２ 可視光源
２３ 励起用光源
２４ 確認用光源
３０ 制御部
３１ 画像処理部
３３ 画像記憶部
３４ 近赤外画像記憶部
３５ 可視画像記憶部
３６ 動脈抽出部
３７ 静脈抽出部

Claims (3)

1. 被写体に注入された蛍光色素を励起させるための励起光を前記被写体に向けて照射する励起用光源と、
   前記被写体に向けて可視光を照射する可視光源と、
   励起光が照射されることにより前記蛍光色素から発生した蛍光と、前記被写体の表面で反射した可視光とを撮影するための、蛍光と可視光とを検出可能なカメラと、
   を備えたイメージング装置において、
   前記蛍光に相当する波長の光を照射するための第３の光源と、
   前記被写体に前記可視光源から可視光を照射して得た可視画像から前記被写体に前記第３の光源から前記蛍光に相当する波長の光を照射して得られた画像を減算することにより前記被写体の動脈を抽出するとともに、全可視画像を反転して得られた反転画像から前記可視画像を減算することにより前記被写体の静脈を抽出する画像処理部と、
   を備えるイメージング装置。
2. 請求項１に記載のイメージング装置において、
   前記第３の光源は、前記蛍光に相当する波長の光を照射して照射領域の画像を前記カメラで撮影することにより前記カメラが正常に動作しているか否かを確認するための確認用光源であるイメージング装置。
3. 請求項１または２に記載のイメージング装置において、
   前記蛍光は、その発光ピーク波長が８０５ｎｍ以上の近赤外光であるイメージング装置。
   

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