JP2017192501A

JP2017192501A - 生体観測装置

Info

Publication number: JP2017192501A
Application number: JP2016083717A
Authority: JP
Inventors: 晶市川; Akira Ichikawa; 能伸大崎; Takanobu Osaki
Original assignee: CCS Inc; Asahikawa Medical University NUC
Current assignee: CCS Inc; Asahikawa Medical University NUC
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-19
Also published as: JP6814457B2

Abstract

【課題】５−ＡＬＡによる腫瘍識別において、血管や出血等の周囲組織と、腫瘍とを容易に区別できる生体観測装置（内視鏡装置）１００を提供する。
【解決手段】４０５ｎｍ付近の励起光を組織に照射する光源１１と、前記励起光を照射された組織Ｓから発される蛍光を受光する光センサ３と、前記光センサ３に至る蛍光の光路上に設けられて、６２２ｎｍ近傍の光をカットするとともに６３５ｎｍ近傍の光は透過させる第１光フィルタ４１とを備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光の違いによって腫瘍を検出するための生体観測装置に関するものである。

例えば４０５ｎｍ付近をピーク波長とする励起光を生体組織に照射し、その蛍光を観察することによって腫瘍を特定する方法が知られている。
この方法によれば、腫瘍の他、周囲の血管や出血が、一律に６２２ｎｍ付近の自家蛍光を発するところ、腫瘍での蛍光強度が血管や出血のそれに比べて弱い。したがって、肉眼であれば、腫瘍の発光強度（明るさ）の違いを比較的容易に見分けられるので、腫瘍を同定することができる。

他方、５−ＡＬＡ（5-Amino Levulinic acid）を用いた光線力学診断法（Photo Dynamic Diagnosis：ＰＤＤ）による腫瘍組織の同定方法もある。これは、投与された５−ＡＬＡが後の代謝の過程で、ＰｐＩＸ（Protoporphyrin-IX）に変化し、腫瘍に蓄積されることを利用したものである。

腫瘍に蓄積されたＰｐＩＸは、前記４０５ｎｍの励起光が照射されることにより、６３５ｎｍ付近の赤色蛍光を発するのに対し、周囲の血管や出血は６２２ｎｍで自家蛍光する。したがって、肉眼であれば、腫瘍の蛍光波長（色）の違いを比較的容易に見分けられるので、腫瘍を同定することができる。

ところが、肉眼による観察ではなく、内視鏡装置等のように、生体組織を撮像してその出力画像を観察するような生体観測装置を用いた場合は事情が変わってくる。
例えば内視鏡装置の撮像素子（光センサ）には、通常、微弱な光を検出可能とすべく非常に高感度のものが用いられている。したがって、前者のように、腫瘍とその周辺組織との自家蛍光強度の違い（明るさの違い）は、撮像画像ではほとんどなくなってしまい、腫瘍を見分けることが非常に困難となる。

一方、５−ＡＬＡを用いた後者の場合でも、腫瘍から発される６３５ｎｍの蛍光と血管や出血から発される６２２ｎｍの蛍光とでは、両者に波長の差があまりないため、肉眼であればともかく、内視鏡装置のように三色カラーフィルタを介して撮像素子によって撮影されたカラー画像で見た場合は、これらを区別することは容易ではない。

特開２０１４−２１２８７６

本発明は、かかる課題を解決すべく図ったものであって、内視鏡装置を用いた５−ＡＬＡによる腫瘍識別において、血管や出血等の周囲組織と、腫瘍とを容易に区別できるようにすべく図ったものである。

すなわち、本発明に係る生体観測装置は、４０５ｎｍ付近の励起光を組織に照射する光源と、前記励起光を照射された組織から発される蛍光を受光する光センサと、前記光センサに至る蛍光の光路上に設けられて、６２２ｎｍ近傍の光（組織の自家蛍光の赤色成分）を減衰（カット）するとともに６３５ｎｍ近傍の光（自家蛍光の赤色成分より長波長の、蛍光診断薬による前記組織の赤色蛍光）は透過させる第１光フィルタとを備えたものであることを特徴とする。

このようなものであれば、腫瘍の蛍光のみが強調され、血管や出血などの周囲組織の自家蛍光は減衰されるので、腫瘍を容易に識別することが可能になる。

従来と同様の自家蛍光のみの撮影による画像との比較ができるようにして、腫瘍識別をより精度良く行えるようにするには、前記蛍光を前記第１光フィルタを介して光センサに入射させる第１モードと、該第１光フィルタを介さずに光センサに入射させる第２モードとに切換可能に構成してあるものが好ましい。

光源からの励起光が光センサで検出されることを防止し、撮影画像のＳ／Ｎ比を向上させるには、前記４０５ｎｍ付近の光をカットする第２光フィルタをさらに備え、該第２光フィルタを第１光フィルタに重畳可能に構成してあるものが望ましい。

通常のカラー画像を撮影することもできるようにして、出血などの腫瘍以外の病変を把握できるようにするには、可視光を透過させる第３光フィルタをさらに備え、該第３光フィルタと前記第１光フィルタとを選択できるように構成してあるものが望ましい。

具体的な実施態様としては、前記光センサの出力信号を受信して、組織の画像をディスプレイに表示するための画像信号に変換する画像信号生成部をさらに備えたものを挙げることができる。

また、組織への励起光の導入と、組織画像の撮影に好適な実施態様としては、前記光源からの励起光を基端部から導入して先端から射出する第１ライトガイドと、前記組織からの蛍光をその基端から導入して先端から射出する第２ライトガイドと、これらライトガイドを内部に収容するとともに生体内に挿入される筒状部材と、前記筒状部材に接続されるとともに前記光源を収容する本体とを備えているものを挙げることができる。

本発明によれば、６２２ｎｍ付近の波長を力ツトするフィルタを通して、血管、出血、腫瘍からの赤色蛍光を内視鏡の光センサに入射させるので、腫瘍からの赤色蛍光のみを強調して撮影できる。したがって、内視鏡を用いた５−ＡＬＡによる腫瘍識別をより確実なものにすることができる。

本発明の一実施形態における内視鏡装置を示す模式図。同実施形態における光フィルタを示す側面図。同実施形態における光フィルタを示す正面図。同実施形態における情報処理回路の機能ブロック図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態における生体観測装置は、内視鏡装置１００である。この内視鏡装置１００は、生体内に挿入されて組織Ｓに光を照射し、その画像を撮像するものであって、腫瘍を検出するために用いられる。
その構成を具体的に説明する。

本内視鏡装置１００は、図１にその全体模式図を示すように、第１光源１１と、この第１光源１１から射出された光を導入して組織Ｓに向かって照射する第１ライトガイド２１と、撮像用の光センサ３と、組織Ｓからの光を導入して前記光センサ３に導く第２ライトガイド２２と、前記光センサ３の前段に設けられた第１光フィルタ４１と、前記光センサ３の出力信号を受信して画像データを生成する情報処理回路５とを具備したものである。

前記第１光源１１は、ここでは、４０５ｎｍ付近をピーク波長とする励起光を射出する第１ＬＥＤを用いている。第１光源１１としては、ＬＥＤに限られず、ハロゲンランプ等の広帯域光源にバンドパスフィルタを装着して、前記励起光を射出するようにしたものなどでもよい。この第１光源１１は、体外に配置される筐体状をなす本体６内に収容されている。

また、この実施形態では、本体６内に第１光源１１の他に、白色光を発する第２光源１２が設けてある。この第２光源１２は、ここでは、ＲＧＢ蛍光を混合させた演色性に富む可視白色光を射出する第２ＬＥＤを用いているが、ハロゲンランプなどでもよい。

第１光源１１と第２光源１２とはいずれを用いるかを選択できるように構成してあり、いずれの光も、ミラー８やレンズ（図示しない）などの光学素子を介して第１ライトガイド２１の光導入端２１ａに導かれる。

第１ライトガイド２１は、ここでは光ファイバを用いている。この第１ライトガイド２１は、前記本体６に取り付けられた筒状体たるカテーテル７内に収容してある。この第１ライトガイド２１の光導入端２１ａは、カテーテル７の基端部に位置づけられており、この光導入端２１ａに、前記光源１１、１２から射出された光が照射され、該第１ライトガイド２１内にその光が導入されるように構成してある。一方、この第１ライトガイド２１の光導出端２１ｂは、カテーテル７の先端部に位置づけられており、第１ライトガイド２１を通った光が、カテーテル７の先端部に埋設された図示しないレンズなどの光学素子を通って外部に射出されるように構成してある。

光センサ３は、ここでは、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの受光素子を縦横に並べたエリアセンサを用いている。この光センサ３は、前記本体６内に収容されている。

第２ライトガイド２２は、第１ライトガイド２１同様、ここでは光ファイバを用いている。この第２ライトガイド２２は、前記第１ライトガイド２１と対をなすように、前記カテーテル７内に収容してある。この第２ライトガイド２２の光導入端２２ａは、前記カテーテル７の先端部に位置づけられており、前記第１ライトガイド２１によって光を照射された生体組織Ｓからの光が、カテーテル７の先端部に埋設された図示しないレンズなどの光学素子を経て、この光導入端２２ａに導入される。一方、この第２ライトガイド２２の光導出端２２ｂは、カテーテル７の基端部に位置づけられており、この第２ライトガイド２２を通って光導出端２２ｂから射出された光が、前記本体６内の光センサ３によって受光されるようにしてある。

第１光フィルタ４１は、バンドパスフィルタである。ここでは、波長が６２２ｎｍ近傍の光（例えば、６１０ｎｍ〜６３０ｎｍの光）をカットするとともに６３５ｎｍ近傍の光（例えば、６３０ｎｍ〜６４０ｎｍの光）を透過させるものが用いられている。この第１光フィルタ４１は、図２、図３に示すように、フィルタ支持部材９に支持させてある。このフィルタ支持部材９は、例えば、モータ等によって回転可能に支持された円板状をなすもので、その回転中心から偏位した部位に貫通孔が設けてあり、この貫通孔に前記第１光フィルタ４１が嵌め込まれている。

フィルタ支持部材９には、その他に同心円上に並べた複数の貫通孔が形成してあり、それら貫通孔に、他の光フィルタ（第２光フィルタ４２及び第３光フィルタ４３）がそれぞれ嵌め込まれている。

第２光フィルタ４２は、波長４０５ｎｍ近傍の光のみを減衰させるものであり、前記第１光フィルタ４１と重なるように共通の貫通孔に嵌め込まれたものと、別の貫通孔に単独で嵌め込まれたものとの２つがある。

第３光フィルタ４３は、カラー撮像可能に赤緑青の３色の光をそれぞれ通過させるものであり、赤色光のみを通過させる赤フィルタ４３１、緑色光のみを通過させる緑フィルタ４３２、青色光のみを通過させる青フィルタ４３３からなる。そして、これら各フィルタが４３１〜４３３が、それぞれ別の貫通孔に嵌め込まれている。

そして、前記フィルタ支持部材９が図示しないモータ等によって回転することにより、光センサ３への光路上に、いずれかの貫通孔及びその貫通孔に嵌めこまれたフィルタ４１〜４３が選択的に位置するように構成されている。

前記情報処理回路５は、図示しない増幅器、Ａ／Ｄコンバータなどのアナログ電気回路と、ＣＰＵ、メモリ、通信ポートなどのデジタル電気回路とからなるものであり、前記メモリに記憶された所定のプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が協働することによって、図４に示すように、撮像状態制御部５１、画像信号生成部５２等としての機能を発揮する。

撮像状態制御部５１は、図示しない入力手段（本体６や他の場所に設けられたスイッチ等）からオペレータにより入力されたモード選択信号を受け付け、それに応じて、撮像状態を、第１腫瘍検出モード（請求項でいう第１モード）、第２腫瘍検出モード（請求項でいう第２モード）、通常モードの３つに切り替えるものである。

第１腫瘍検出モードは、５−ＡＬＡを投与したときの腫瘍を検出するためのモードである。この第１腫瘍検出モードにおいては、この撮像状態制御部５１は、光源制御信号を出力して、波長４０５ｎｍの励起光を射出する第１光源１１を点灯させ、白色光を射出する第２光源１２は消灯させる。その一方で、前記フィルタ支持部材９の回転モータを駆動して、第１光フィルタ４１と第２光フィルタ４２とを重ねた重畳フィルタを、光センサ３への光路上に配置する。このことによって、光センサ３へは、励起光が組織Ｓに照射されて生じる蛍光のうち、６３５ｎｍ近傍の蛍光のみが主として導入される。

第２腫瘍検出モードは、５−ＡＬＡを投与していないときの腫瘍を検出するためのモードである。第２腫瘍検出モードにおいては、この撮像状態制御部５１は、波長４０５ｎｍの励起光を射出する第１光源１１を点灯させ、白色光を射出する第２光源１２は消灯させる。その一方で、前記フィルタ支持部材９の回転モータを駆動して、第２光フィルタ４２のみを光センサ３への光路上に配置する。このことによって、光センサ３へは、励起光が組織Ｓに照射されて生じる蛍光のうち、６３５ｎｍ及び６２２ｎｍ近傍の蛍光が主として導入される。

通常モードでは、この撮像状態制御部５１は、白色光を射出する第２光源１２を点灯させ、前記第１光源１１は消灯させる。その一方で、前記フィルタ支持部材９の回転モータを駆動して、第３光フィルタ４３を光センサ３への光路上に配置する。具体的には、ＲＧＢの各フィルタを次々と時系列で切り替える。

画像信号生成部５２は、前記光センサ３の出力信号を受信して、これをディスプレイで画像を表示するための画像信号に変換し、ディスプレイや記録媒体に出力するものである。

前記第１腫瘍検出モード及び第２腫瘍検出モードにおいては、光センサ３の出力がそのまま画像信号に変換される結果、６３５ｎｍ又は６２２ｎｍ近傍で蛍光する組織Ｓの単色画像（例えば白黒画像）が、例えばディスプレイに表示される。

前記通常モードでは、ＲＧＢそれぞれでの光センサ３の出力が、赤、緑、黄色にそれぞれ着色されて重畳され、画像信号に変換される。その結果、白色光で照明したときの組織Ｓのカラー画像がディスプレイに表示される。

しかしてこのようなものであれば、オペレータが第１腫瘍検出モードに設定することによって、光センサ３による撮影画像において、腫瘍の蛍光のみが強調され、血管や出血などの周囲組織の自家蛍光は減衰されるので、腫瘍を容易に識別することが可能になる。

また、第２腫瘍検出モードに切り替えれば、従来と同様の自家蛍光のみの組織画像をディスプレイで表示することができるし、通常モードに設定することによって、通常のカラーの組織画像を表示することもできる。
そして、このように各モードでの組織画像を表示できるので、これらを比較することによって、腫瘍をより精度よく同定することができる。さらには、出血部位など腫瘍以外の病変部位も識別できる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではない。
例えば、画像信号生成部において、第１腫瘍検出モード、第２腫瘍検出モード又は通常モードのいずれか２つ以上を合成して画像信号を生成するようにしてもよい。このことによって、出血、血管、腫瘍等の個々の識別が容易になり得る。
また、２つ以上のモードでの組織画像をディスプレイに同時に並べて表示できるようにしてもよい。

構造的にいえば、光センサやフィルタを本体内ではなく、カテーテルの先端部に設けて第２ライトガイドのうちの光ファイバを省略しても構わない。通常モードや第２腫瘍検出モードは、使用目的によっては不要であり、その場合は、それに必要な部材も不要となる。
また、カテーテルを有する内視鏡装置に限られず、その他の生体観測装置全般に本発明を適用して前記実施形態と同様の作用効果を奏し得る。
その他、本発明は上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・生体観測装置（内視鏡装置）
１１・・・光源（第１光源）
２１・・・第１ライトガイド
２２・・・第２ライトガイド
３・・・光センサ
４１・・・第１光フィルタ
４２・・・第２光フィルタ
４３・・・第３光フィルタ
６・・・本体
７・・・筒状体（カテーテル）
Ｓ・・・組織

Claims

４０５ｎｍ付近の励起光を組織に照射する光源と、前記励起光を照射された組織から発される蛍光を受光する光センサと、前記光センサに至る蛍光の光路上に設けられて、該蛍光のうち、前記組織の自家蛍光の赤色成分をカットするとともに、該自家蛍光の赤色成分より長波長の、蛍光診断薬による前記組織の赤色蛍光は透過させる第１光フィルタとを備えたものであることを特徴とする生体観測装置。
前記蛍光を前記第１光フィルタを介して光センサに入射させる第１モードと、該第１光フィルタを介さずに光センサに入射させる第２モードとに切換可能に構成してある請求項１記載の生体観測装置。
前記４０５ｎｍ付近の光をカットする第２光フィルタをさらに備え、該第２光フィルタを前記第１光フィルタに重畳可能に構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載の生体観測装置。
前記光センサの出力信号を受信して、組織の画像をディスプレイに表示するための画像信号に変換する画像信号生成部をさらに備えたものであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の生体観測装置。
可視光を透過させる第３光フィルタをさらに備え、該第３光フィルタと前記第１光フィルタとを選択できるように構成してあることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の生体観測装置。
前記光源からの励起光を基端部から導入して先端から射出する第１ライトガイドと、前記組織からの蛍光をその基端から導入して先端から射出する第２ライトガイドと、これらライトガイドを内部に収容するとともに生体内に挿入される筒状部材と、前記筒状部材に接続されるとともに前記光源を収容する本体とを備えている請求項１、２、３、４又は５記載の生体観測装置。