JP2018061708A - イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検者体内の蛍光色素による蛍光画像を、被検者の術野に対して可視光により投影し、リアルタイムで表示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】 このイメージング装置においては、カメラによるインドシアニングリーンからの蛍光の撮影と、投影器による被検者の術野への蛍光画像の投影とが、交互に繰り返して実行される。この蛍光の撮影と蛍光画像の投影とのサイクルは、３０ＦＰＳの頻度で実行される。このため、１回の蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、おおよそ、３３ｍｓの間に実行される。そして、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、各々、１６．５ｍｓの間に実行される。
【選択図】 図９

Description

この発明は、被検者の体内に投与された蛍光色素に対して励起光を照射し、この蛍光色素から発生する蛍光を撮影するイメージング装置およびイメージング方法に関する。

近赤外蛍光イメージングと呼称される手法が、外科手術における血管造影に利用されている。この近赤外蛍光イメージングにおいては、蛍光色素であるインドシアニングリーン（ＩＣＧ）をインジェクタ等により注入することで患部に投与する。そして、このインドシアニングリーンにその波長が６００〜８５０ｎｍ（ナノメータ）程度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７５０〜９００ｎｍ程度の波長の近赤外蛍光を発する。この蛍光を、近赤外光を検出可能な撮像素子で撮影し、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。

また、近年、腫瘍を蛍光標識して手術ナビゲーションに利用する手法が注目されている。腫瘍を蛍光標識するための蛍光標識剤としては、５−アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ／５−Ａｍｉｎｏｌｅｖｕｌｉｎｉｃ Ａｃｉｄ）が使用される。この５−アミノレブリン酸（以下、これを略称するときは「５−ＡＬＡ」という）を被検者に投与した場合、５−ＡＬＡは蛍光色素であるＰｐＩＸ（ｐｒｏｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎＩＸ／プロトポルフィリンナイン）に代謝される。なお、このＰｐＩＸは癌細胞に特異的に蓄積する。そして、５−ＡＬＡの代謝物であるＰｐＩＸに向けて４１０ｎｍ程度の波長の可視光を照射すると、ＰｐＩＸからおよそ６３０ｎｍ程度の波長の赤色の可視光が蛍光として発光される。このＰｐＩＸからの蛍光を観察することにより、癌細胞を確認することが可能となる。

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。

特許文献２には、撮像部により撮像した蛍光画像データを所定のタイミングで記録部に記録し、この記録部に記録された蛍光画像データを被検者の表面に投影することにより、被検者の表面に投影された蛍光画像を目視により確認可能とした手術支援システムが開示されている。この手術支援システムにおいては、インドシアニングリーンを投与後にある程度の時間が経過して蛍光の発光が弱くなった場合にも、先に記録部に記録した蛍光画像データを被検者の表面に投影することで、予め記録した蛍光画像を認識することが可能となる。

国際公開第２００９／１３９４６６号 特開２０１５−１２９９２号公報

特許文献１に記載されたように、被検者の体内に投与された蛍光色素に対して励起光を照射し、この蛍光色素から発生する蛍光を撮影するイメージング装置を利用して手術を実行するときには、術者が蛍光を直接視認することはできないことから、術者は、表示部に表示された蛍光画像と実際に手術を実行している術野との両方に頻繁に視線を切り替える必要が生ずるという問題がある。

一方、特許文献２に記載されたように蛍光画像を被検者の表面に投影するシステムを利用した場合には、視線の切り替えが不要となる。しかしながら、特許文献２に記載された手術支援システムにおいては、予め記録部に記録した蛍光画像を被検者の表面に投影する構成であることから、刻々と変化する蛍光画像をリアルタイムで表示することは不可能である。

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、被検者体内の蛍光色素による蛍光画像を、被検者の術野に対して可視光により投影し、リアルタイムで表示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。

請求項１に記載の発明は、被検者に投与された蛍光色素を励起させるための励起光を、前記被検者に向けて照射する励起用光源と、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を撮影することにより、蛍光画像を取得する撮影部と、を備えたイメージング装置において、前記撮影部により撮影した蛍光画像を、前記被検者の術野に対して可視光により投影する投影部と、前記撮影部と前記投影部とを制御することにより、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを交互に繰り返し実行させる撮影・投影制御部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記撮影・投影制御部は、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを、１秒間に複数回、交互に繰り返し実行させる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記励起用光源と、前記撮影部と、前記投影部とが、アーム機構により一体的に支持される。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを交互に繰り返すことにより、撮影した蛍光画像を被検者の術野に対して可視光により投影することから、被検者体内の蛍光色素による蛍光画像を被検者の術野に対して可視光によりリアルタイムで表示することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、励起用光源と、撮影部と、投影部とを一体的に移動させることにより、撮影領域と投影領域と常に一致させ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斜視図である。 この発明に係るイメージング装置の側面図である。 この発明に係るイメージング装置の平面図である。 照明・撮影部１２の概要図である。 照明・撮影部１２におけるカメラ２１の概要図である。 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。 被検者Ｍの術野Ｅに対して蛍光の撮影と蛍光画像の投影を実行する様子を示す概要図である。 被検者Ｍの術野Ｅに対して蛍光の撮影と蛍光画像の投影を実行する様子を示す概要図である。 蛍光の撮影と蛍光画像の投影を実行する状態を示すタイムチャートである。

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斜視図である。図２は、この発明に係るイメージング装置の側面図である。図３は、この発明に係るイメージング装置の平面図である。

この発明に係るイメージング装置は、被検者の体内に注入された蛍光色素としてのインドシアニングリーンに対し励起光を照射し、このインドシアニングリーンから放射される蛍光を撮影するためのものであり、４個の車輪１３を備えた台車１１と、この台車１１の上面における台車１１の進行方向の前方（図２および図３における左方向）付近に配設されたアーム機構３０と、このアーム機構３０にサブアーム４１を介して配設された照明・撮影部１２と、モニター１５とを備える。台車１１の進行方向の後方には、台車１１を移動するときに使用されるハンドル１４が付設されている。また、台車１１の上面には、このイメージング装置を遠隔操作するためのリモコンを装着するための凹部１６が形成されている。

上述したアーム機構３０は、台車１１の進行方向の前方側に配設されている。このアーム機構３０は、台車１１の進行方向の前方側に立設された支柱３６上に配設された支持部３７に対して、ヒンジ部３３により連結された第１アーム部材３１を備える。この第１アーム部材３１は、ヒンジ部３３の作用により、支柱３６および支持部３７を介して、台車１１に対して揺動可能となっている。なお、上述したモニター１５は、支柱３６に付設されている。

この第１アーム部材３１の上端には、第２アーム部材３２がヒンジ部３４により連結されている。この第２アーム部材３２は、ヒンジ部３４の作用により、第１アーム部材３１に対して揺動可能となっている。このため、第１アーム部材３１と第２アーム部材３２とは、図２において符合Ｃを付した仮想線で示すように、第１アーム部材３１と第２アーム部材３２とが第１アーム部材３１と第２アーム部材３２との連結部であるヒンジ部３４を中心として所定の角度開いた撮影姿勢と、図１から図３において符合Ａを付した実線で示すように、第１アーム部材３１と第２アーム部材３２とが近接する待機姿勢とをとることが可能となっている。

第２アーム部材３２の下端には、支持部４３がヒンジ部３５により連結されている。この支持部４３は、ヒンジ部３５の作用により、第２アーム部材３２に対して揺動可能となっている。この支持部４３には、回転軸４２が支持されている。そして、照明・撮影部１２を支持したサブアーム４１は、第２アーム部材３２の先端に配設された回転軸４２を中心に回動する。このため、照明・撮影部１２は、このサブアーム４１の回動により、図１から図３において符合Ａを付した実線で、あるいは、図２において符合Ｃを付した仮想線で示すように、撮影姿勢または待機姿勢をとるためのアーム機構３０に対して台車１１の進行方向の前方側の位置と、図２および図３において符合Ｂを付した仮想線で示すように、台車１１を移動させる時の姿勢であるアーム機構３０に対して台車１１の進行方向の後方側の位置との間を移動する。

図４は、照明・撮影部１２の概要図である。

この照明・撮影部１２は、可視光および近赤外光を撮影可能な複数の撮像素子を備えたカメラ２１と、このカメラ２１の外周部に配設された可視光源２２と、可視光源２２の外周部に配設された励起用光源２３とを備える。可視光源２２は、白色光（可視光）を照射する。また、励起用光源２３は、蛍光色素としての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８１０ｎｍの近赤外光を照射する。８１０ｎｍの近赤外光を照射されたインドシアニングリーンからは、ピークが８４５ｎｍ程度の近赤外光が蛍光として放射される。

この照明・撮影部１２には、この発明に係る投影部としての投影器２０が付設されている。この投影器２０は、プロジェクターとも呼称されるものであり、そこに付与された画像信号に基づいて、可視光による画像を投影するためのものである。

なお、この実施形態においては、可視光源２２および励起用光源２３と、カメラ２１とを一体化した照明・撮影部１２を使用するとともに、この照明・撮影部１２に投影器２０を付設しているが、可視光源２２および励起用光源２３と、カメラ２１と、投影器２０とを、個別に配設してもよい。

図５は、照明・撮影部１２におけるカメラ２１の概要図である。

このカメラ２１は、焦点合わせのために往復移動する可動レンズ５４と、波長選択フィルター５３と、可視光用撮像素子５１と、蛍光用撮像素子５２とを備える。可視光用撮像素子５１と蛍光用撮像素子５２とは、ＣＭＯＳやＣＣＤから構成される。カメラ２１に対して、その光軸Ｌに沿って同軸で入射した可視光および蛍光は、焦点合わせ機構を構成する可動レンズ５４を通過した後、波長選択フィルター５３に到達する。同軸状に入射した可視光および蛍光のうち、可視光は、波長選択フィルター５３により反射され、可視光用撮像素子５１に入射する。また、同軸状の可視光および蛍光のうち、蛍光は、波長選択フィルター５３を通過して蛍光用撮像素子５２に入射する。このとき、可動レンズ５４を含む焦点合わせ機構の作用により、可視光は可視光用撮像素子５１に対して焦点合わせされ、蛍光は蛍光用撮像素子５２に対して焦点合わせされる。

図６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６０を備える。この制御部６０は、術者により各種の情報が入力される入力部６２と接続されている。また、この制御部６０は、上述したモニター１５と接続されている。なお、入力部６２は、このイメージング装置を遠隔操作するためのリモコンに配設されていてもよく、モニター１５がタッチパネル式のものである場合には、このモニター１５の画面に配設されてもよく、さらには、台車１１に配設されてもよい。

また、制御部６０は、カメラ２１、可視光源２２および励起用光源２３を備えた照明・撮影部１２と、投影器２０とに接続されている。また、この制御部６０は、カメラ２１により撮影された画像を経時的に記憶する画像記憶部６３とも接続されている。この画像記憶部６３は、蛍光画像を経時的に記憶する蛍光画像記憶部６４と、可視画像を経時的に記憶する可視画像記憶部６５とから構成される。なお、蛍光画像記憶部６４および可視画像記憶部６５を備える代わりに、可視画像と蛍光画像とを合成（フュージョン）した画像を経時的に記憶する合成画像記憶部を備えていても良い。

この制御部６０は、蛍光画像と可視画像に対して各種の画像処理を実行する画像処理部７０を備える。また、この制御部６０は、後述するように、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを交互に繰り返し実行させる撮影・投影制御部７１を備える。この撮影・投影制御部７１は、カメラ２１を制御するためのカメラ制御部７２と、可視光源２２および励起用光源２３を制御するための光源制御部７３と、投影器２０を制御するための投影器制御部７４とから構成されている。

次に、以上のような構成を有するイメージング装置を使用して被検者に対する手術等を実行する場合のイメージング動作について説明する。図７および図８は、被検者Ｍの術野Ｅに対して蛍光の撮影と蛍光画像の投影を実行する様子を示す概要図である。なお、図７は被検者Ｍを側方から見た状態を示し、図８は被検者Ｍを上方から見た状態を示している。

被検者Ｍに対して手術等を実行するときには、術者はハンドル１４を操作して台車１１を移動させ、イメージング装置を、手術等を行う場所に移動させる。そして、図４に示す照明・撮影部１２と投影器２０とを、被検者Ｍにおける術野Ｅを向く方向に配置する。イメージング装置のセッティングが完了すれば、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを実行する。

図９は、蛍光の撮影と蛍光画像の投影を実行する状態を示すタイムチャートである。

この発明に係るイメージング装置においては、後述する蛍光の撮影と蛍光画像の投影とが、交互に繰り返して実行される。この蛍光の撮影と蛍光画像の投影とのサイクルは、例えば、３０ＦＰＳ（ｆｒａｍｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）の頻度で実行される。このため、１回の蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、おおよそ、３３ｍｓ（ｍｉｌｌｉ ｓｅｃｏｎｄ）の間に実行される。そして、この実施形態においては、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを同じ時間の間に実行している。このため、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、各々、１６．５ｍｓの間に実行される。

この蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを交互に繰り返して実行するために、図６に示す撮影・投影制御部７１において、カメラ制御部７２がカメラ２１を、光源制御部７３が可視光源２２および励起用光源２３を、また、投影器制御部７４が投影器２０を、各々、駆動制御する。

蛍光の撮影，すなわち、蛍光画像の収集を行う場合においては、被検者Ｍの術野Ｅに向けて、励起用光源２３から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。そして、被検者の患部付近を、照明・撮影部１２におけるカメラ２１により撮影する。検者の体内に投与されたインドシアニングリーンは、励起用光源２３から励起光としての波長が７６０ｎｍの近赤外光を照射されて、おおよそ８１０ｎｍをピークとする赤外領域の蛍光を発生させる。この蛍光は、カメラ２１における蛍光用撮像素子５２により蛍光画像として撮影され，図６に示す画像処理部７０により画像処理される。この蛍光画像は、動画としてモニター１５に表示されるとともに、画像記憶部６３における蛍光画像記憶部６４に動画として記憶される。また、この蛍光画像は、画像データとして、投影器２０に送信される。この蛍光画像の収集動作は、図９に示すように、１６．５ｍｓの間に実行される。

なお、蛍光画像だけでなく、可視画像をも収集し、これらの可視画像および蛍光画像を同時に表示することも可能である。この場合においては、被検者Ｍの患部に向けて、可視光源２２から可視光を照射するとともに、励起用光源２３から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。そして、被検者の患部付近を、照明・撮影部１２におけるカメラ２１により撮影する。このときには、可視光と励起光とを同時に照射してもよく、また、可視光と励起光とを異なるタイミングでパルス状に照射するとともに、図５および図６に示す可視光用撮像素子５１および蛍光用撮像素子５２により、可視光と励起光の照射タイミングに合わせて画像を取り込むようにしてもよい。このときには、被検者に照射された可視光の反射画像は、可視画像としてカメラ２１における可視光用撮像素子５１により撮影される。また、被検者の体内に投与されたインドシアニングリーンからの蛍光は、カメラ２１における蛍光用撮像素子５２により蛍光画像として撮影される。これらの可視画像および蛍光画像は、動画としてモニター１５に表示されるとともに、画像記憶部６３における蛍光画像記憶部６４および可視画像記憶部６５に動画として記憶される。

このようにして１６．５ｍｓの間に、蛍光の撮影（蛍光画像の収集）が完了すれば、次の１６．５ｍｓの間に、蛍光画像の投影が実行される。このときには、図７に示すように、照明・撮影部１２に付設された投影器２０より、被検者Ｍの術野Ｅに向けて、先に収集された蛍光画像が可視光により投影される。この蛍光画像の投影は、図９に示すように、１６．５ｍｓ毎に繰り返し実行される。このため、術者の目には残像が残ることとなり、被検者Ｍの体内の蛍光色素がリアルタイムで移動する動画として認識される。すなわち、蛍光色素による蛍光画像を、被検者Ｍの術野Ｅに対して可視光により投影して、リアルタイムで表示することが可能となる。

このように、投影器２０から被検者Ｍにおける術野Ｅに投影された可視光が、連続した蛍光画像として術者に認識されるためには、蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを、少なくとも１秒間に複数回、好ましくは１秒間に数十回の頻度で、交互に繰り返し実行させることが好ましい。

なお、上述した実施形態においては、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを同じ時間の間に実行しているが、この時間の比率を変更してもよい。例えば、より短時間に蛍光画像の収集が実行可能な場合には、蛍光の撮影のための時間を短く設定するとともに、蛍光画像の投影のための時間を長く設定すればよい。また、上述したように、蛍光画像とともに可視画像をも収集するときには、撮影時間を長く設定するとともに、蛍光画像の投影のための時間を短く設定すればよい。

また、上述した実施形態においては、蛍光色素を含む材料としてインドシアニングリーンを使用し、このインドシアニングリーンに対して６００ｎｍ〜８５０ｎｍ程度の近赤外光を励起光として照射することにより、インドシアニングリーンからおおよそ８１０ｎｍをピークとする近赤外領域の蛍光を発光させる場合について説明したが、近赤外線以外の光を使用してもよい。

さらに、蛍光色素として、インドシアニングリーンを使用するかわりに、上述した５−ＡＬＡ等の、その他の蛍光色素を使用してもよい。

１２ 照明・撮影部
１５ モニター
２０ 投影器
２１ カメラ
２２ 可視光源
２３ 励起用光源
３０ アーム機構
５１ 可視光用撮像素子
５２ 蛍光用撮像素子
６０ 制御部
６２ 入力部
６３ 画像記録部
７０ 画像処理部
７１ 撮影・投影制御部
７２ カメラ制御部
７３ 光源制御部
７４ 投影器制御部
Ｅ 術野
Ｍ 被検者

Claims (3)

1. 被検者に投与された蛍光色素を励起させるための励起光を、前記被検者に向けて照射する励起用光源と、
   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を撮影することにより、蛍光画像を取得する撮影部と、
   を備えたイメージング装置において、
   前記撮影部により撮影した蛍光画像を、前記被検者の術野に対して可視光により投影する投影部と、
   前記撮影部と前記投影部とを制御することにより、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを交互に繰り返し実行させる撮影・投影制御部と、
   を備えたことを特徴とす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、
   前記撮影・投影制御部は、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを、１秒間に複数回、交互に繰り返し実行させるイメージング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のイメージング装置において、
   前記励起用光源と、前記撮影部と、前記投影部とが、アーム機構により一体的に支持されるイメージング装置。
   

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