JP2019013802A - 撮像システム及び手術支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】生体組織の識別を支援できる。【解決手段】生体組織を撮像する撮像システムであって、水の吸光度が脂質の吸光度より大きい１４００ｎｍから１６００ｎｍの赤外領域から特定された波長を有する第１の赤外光と、水の吸光度と脂質の吸光度との差が小さい１２００ｎｍより短い赤外領域の波長を有する第２の赤外光と、を生体組織に照射する照明ユニットと、第１の赤外光と第２の赤外光とを受光する赤外カメラと、赤外カメラによって受光された第１の赤外光の受光結果と第２の赤外光の受光結果とを合成して、水の部分が強調された強調画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像システム及び手術支援システムに関する。

動物およびヒトの体の一部等を撮像して、その画像を各種診断や検査、観察等に活用する撮像システムが知られている。この撮像システムは、対象領域に所定波長の光を照明してその反射光または透過光を撮像して行うが、その際、生体内を容易に撮像できることが望まれている。照明光の波長１μｍ以下においては、高解像をもつシリコン撮像素子が利用できるため、これを用いて、波長１μｍ以下の近赤外光を活用する検査支援装置や手術支援装置の開発が行われている。生体に含まれるヘムや、投与されたインドシアニン色素などに起因する７００〜９００ｎｍ付近の光吸収帯や蛍光を利用するもので、診断治療で必要となる解剖学的情報や、病的状態、そしてその広がりを検出評価する目的で利用法の開拓が試みられている。光吸収の場合で、酸素代謝のモニターや直視下での観察が難しい血管を可視化する装置が、実現されているところである（非特許文献１参照）。

一方、水や脂質、グルコースなどの生体を構成する主な分子の光吸収帯は、波長１μｍ以上、２．５μｍ以下の近中赤外波長領域に存在する。例えば、水の吸収帯は波長１５００ｎｍおよび２０００ｎｍ付近にピークがあり、吸収の小さい７００〜１４００ｎｍ程度の波長域は、生体の窓と呼ばれている。体の各器官はこれを構成する細胞の種類や病的状態によって、含水量が微妙に異なる。ＭＲＩ画像のＴ２（プロトン）強調は、この違いを利用して検査診断に利用するものであるが、光吸収の効率の大きく変わる波長１μｍ以上、２．５μｍ以下の近中赤外波長領域は、ＭＲＩ画像のＴ２（プロトン）強調画像と同様に、各器官の状態を評価できる手段となりうる。

さらに同波長域では、吸収のピークが異なる脂質やグルコースなどの含有量も反映させることが可能であることから、炎症、がん、変性、再生と言った病理組織像を反映した情報を得ることが期待される。なお、近中赤外波長領域を用いた臓器の識別に関しては、分光用グレーティングを内蔵したハイパースペクトラムカメラを用いた例が報告されている（非特許文献２参照）。

また、ランプとバンドパスフィルタを搭載したフィルタホイールを用いて、生体深部における血管像を鮮明に撮像した例がある（特許文献１、特許文献２参照）。

特許第５０８００１４号公報 特開２００４−２３７０５１号公報

西村吾朗「脈管学第４９巻」日本脈管学会、２００９年、ｐ.１３９−１４５（J. Jpn. Coll. Angiol, 2009, 49: 139-145） ハムド・アックバーリ、クニアキ・ウトウ、ユキオ・コスギ、カズユキ・コジマ、ナオフミ・タナカ「キャンサー・ディテクション・ユージング・インフラレッド・ハイパースペクトラル・イメージング」キャンサー・サイエンス、２０１１年、ｐ.３（Hamed Akbari, Kuniaki Uto, Yukio Kosugi, Kazuyuki Kojima and Naofumi Tanaka, "Cancer detection using infrared hyperspectral Imaging", Cancer Science (2011), p.3）

しかしながら、いずれもスペクトラム情報を得るために機械的な駆動装置を必要とするため、撮影に時間がかかる。また、光源を連続的に照射するため、被観察部位に対する熱的作用が免れない。また、光源を高速に点滅することができないため、撮像素子のノイズ除去が困難で、ＳＮ比が取れない。また、分光機能を持つハイパースペクトラムカメラは、高価でかつ、波長分解能とカメラの感度が相反するなどの問題があった。

また、複数の波長に対する撮像に時間がかかるため、同時性に欠ける。これは、ステレオカメラにおいて、視差による立体視を得るときに障害となる。

本発明の態様では、生体組織の撮像時間や照射光量を従来に比べて著しく低減するとともに、生体組織の識別を支援でき、しかも、生体内部における組織の画像及び立体画像を容易かつ確実に取得可能な撮像システム及び手術支援システムを提供することを目的としている。

本発明の第１態様によれば、生体組織を撮像する撮像システムであって、水の吸光度が脂質の吸光度より大きい１４００ｎｍから１６００ｎｍの赤外領域から特定された波長を有する第１の赤外光と、水の吸光度と脂質の吸光度との差が小さい１２００ｎｍより短い赤外領域の波長を有する第２の赤外光と、を生体組織に照射する照明ユニットと、第１の赤外光と第２の赤外光とを受光する赤外カメラと、赤外カメラによって受光された第１の赤外光の受光結果と第２の赤外光の受光結果とを合成して、水の部分が強調された強調画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、を備える撮像システムが提供される。

本発明の第２態様によれば、生体組織を撮像する撮像システムであって、１６００ｎｍ又は１６００ｎｍ近辺の波長を有する赤外光を照射する照明ユニットと、赤外光を受光する赤外カメラと、可視光を照射する可視照明部と、可視光を受光する可視カメラと、可視カメラによって受光された可視光の受光結果をリファレンスとし、赤外カメラによって受光された赤外光の受光結果と可視光の受光結果との差分を演算して、生体組織のうち膵臓、リンパ節、又は腸間膜を強調した画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、を備える撮像システムが提供される。

本発明の第３態様によれば、生体組織を撮像する撮像システムであって、水の吸光度が脂質の吸光度より大きい、１５５０ｎｍ、１６００ｎｍ又は１６００ｎｍ近辺の波長を有する赤外光を照射する照明ユニットと、赤外光を受光する赤外カメラと、赤外カメラによって受光された赤外光の受光結果に基づいて、生体組織のうち膵臓、リンパ節、又は腸間膜を強調した画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、を備える撮像システムが提供される。

本発明の第４態様によれば、生体組織を撮像する撮像システムであって、可視光を照射する可視照明部と、可視光を受光する複数の可視カメラと、赤外光を照射する照明ユニットと、赤外光を受光する複数の赤外カメラと、複数の可視カメラによる可視光の受光結果をもとに生成される生体組織の表面の立体画像と、複数の赤外カメラによる赤外光の受光結果をもとに生成される生体組織の内部の立体画像とを合成して、生体組織の表面と生体組織の内部とを合わせた立体画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、を備える撮像システムが提供される。

本発明の第５態様によれば、上記した撮像システムと、生体組織に対して処置する処置デバイスと、を備える手術支援システムが提供される。

本発明の態様によれば、動物や人体を構成する器官・組織について容易に確認することができる。

第１実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 照明ユニットの一例を示す斜視図である。 照明ユニットの駆動回路の一例を示す図である。 図１に示す撮像システムを示す機能ブロック図である。 図１に示す撮像システムの動作シーケンスの一例を示す図である。 撮像システムで取得した画像の一例を示す図である。 水及び脂質の近赤外領域における吸光特性を示すグラフである。 （ａ）はマウスより摘出した膵臓・脾臓・腸間膜、およびリンパ節の可視光カメラによる写真、（ｂ）は同様にこれを、波長１６００ｎｍのＬＥＤで照明し、波長１６００ｎｍまでの感度を有するＩｎＧａＡｓ赤外カメラで撮影した写真である。 マウスの開腹状態を、１６００ｎｍまでの感度を有するＩｎＧａＡｓ赤外カメラで撮影した写真であって、（ａ）は波長１０５０ｎｍのＬＥＤで照明したもの、（ｂ）は波長１６００ｎｍのＬＥＤで照明したものである。 第２実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第３実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第４実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第５実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第６実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第７実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第８実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第９実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。 第１０実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明するが、この実施形態に限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表している。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る撮像システムについて説明する。図１は、第１実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ１は、図１に示すように、赤外カメラ１０と、照明ユニット２０と、制御ユニット３０と、を備える。赤外カメラ１０は、赤外領域の波長の光に感度を有したカメラであり、被写体Ｐを見込むように配置される。本実施形態では、撮像素子（赤外線検出素子）として、例えば波長１．６μｍまでの感度を持つＩｎＧａＡｓを利用した赤外カメラ１０が用いられる。

波長１μｍ以上に感度を有する赤外カメラは、シリコン読み出しＩＣと赤外フォトディテクタアレイを高密度に実装する必要がある。そのため、有効画素数は、医療用に使用できる価格帯では、通常のシリコン撮像素子よりも少なく、現状では、ＶＧＡクラス（６４０×５２４画素）止まりである。また、通常のＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラでも近赤外線の領域に感度をもっている。また、撮像素子として、ＩｎＧａＡｓ以外に、ＩｎＳｂ（例えば感度波長１．５〜５μｍ）や、アモルファスＳｉ製マイクロボロメータ（例えば感度波長７〜１４μｍ）などが用いられてもよい。ただし、波長２．５μｍまでの感光波長を有する中赤外カメラは、ＳＮ比が百倍程度劣化するので、波長１．６μｍまでの近中赤外用の赤外カメラ１０はそのまま設置し、検出波長範囲の拡張に応じて別の長波長用カメラを追加する利用形態が考えられる。

赤外カメラ１０は、撮像素子に加えて、不図示の撮像光学系を有している。この撮像光学系は、被写体Ｐの撮像倍率を設定するズームレンズや、被写体Ｐに対してフォーカス合わせを行うフォーカスレンズを含む。赤外カメラ１０は、これらズームレンズやフォーカスレンズの一つまたは複数を駆動させる不図示のレンズ駆動系を有している。赤外カメラ１０は、トリガ入力回路か、ＩＥＥＥ１３９４など同期可能なインターフェイスを備えている。

照明ユニット２０は、被写体Ｐを照明する。図１では、照明ユニット２０の照明光の入射角が、赤外カメラ１０が被写体Ｐを見込む角度と同一となっているがこれに限定されない。照明ユニット２０は、赤外カメラ１０が感度を有する波長の範囲において、赤外領域の複数の波長を発光する。

図２は、照明ユニット２０の一例を示す斜視図である。この照明ユニット２０は、赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）モジュールである。照明ユニット２０は、図２に示すように、単一のメタルパッケージ２１に、数種類の異なった発光波長の赤外光および可視光を出射するＬＥＤ２２が搭載されている。本実施形態では、波長７８０、８５０、１０５０、１２００、１３３０、１５００ｎｍの６波長をそれぞれ出射するＬＥＤ２２が搭載される。これらＬＥＤ２２は、それぞれメタル端子２３に電気的に接続される。なお、ＬＥＤ２２は、波長によって１個あたりの光出力が異なるので、各波長で光出力が一定になるように、図２の点線で囲ったように、波長ごとに搭載するＬＥＤ２２の個数と直列または並列の接続個数とを調節している。波長ごとのＬＥＤ２２のグループを、ＬＥＤモジュールＬＥＤ＿１〜ＬＥＤ＿Ｎと表記している。

図３は、照明ユニット２０の駆動回路の一例を示す図である。この駆動回路は、図３に示すように、ＬＥＤモジュールＬＥＤ＿１〜ＬＥＤ＿Ｎのそれぞれに対応した、複数の電流源１〜Ｎと、フォトモスフェット（ＭＯＳＦＥＴ；Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を用いたフォトモスリレーインターフェイスモジュール２４とを有している。また、図３では省略しているが、このインターフェイスモジュール２４は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のバスに接続され、プログラムにより、任意のフォトモスフェットのＯＮ−ＯＦＦが可能である。

ＬＥＤ２２の端子電圧や出力光量は発光波長ごとに異なるので、発光波長ごとに電流源１〜Ｎが設けられ、フォトモスリレーを装備したインターフェイスモジュール２４においてディジタル出力回路によりＬＥＤ２２を切り替えるようにしている。各ＬＥＤモジュール（ＬＥＤ＿１〜ＬＥＤ＿Ｎ）は、可視から赤外に至る数種類の波長の異なるＬＥＤ２２のグループである。フォトモスフェット一個に対して、特定の波長のＬＥＤモジュールが接続されている。いずれかのフォトモスフェットをＯＮ状態にすることにより、特定のＬＥＤモジュールを点灯させ、特定の波長の赤外光または可視光を出射させることができる。また、複数のフォトモスフェットを同時にＯＮ状態にすることにより、複数の波長を点灯させることが可能である。

図４は、撮像システムＳＹＳ１を示す機能ブロック図である。制御ユニット３０は、画像処理部３１と、照明駆動部３２と、記憶装置３３と、入力装置３４と、表示部３５と、を有している。制御ユニット３０は、赤外カメラ１０と電気的に接続され、また照明駆動部３２を介して照明ユニット２０と電気的に接続される。制御ユニット３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置を有し、このＣＰＵが不図示のハードディスク等の記憶部に格納された制御プログラムに基づいて、画像処理部３１等を制御する。また、制御ユニット３０は、赤外カメラ１０や照明駆動部３２に送信するトリガ信号Ａを生成する。

画像処理部３１は、赤外カメラ１０から送られた画像信号を処理する。画像処理部３１は、取得した画像の色やコントラスト等を調整する他に、複数の画像を合成する処理を行う。画像の合成は、同一または異なる複数の波長の画像を合成する処理の他に、後述するように、複数の画像から立体画像を生成する処理を行う。また、画像処理部３１は、赤外カメラ１０から送られた画像信号に基づいて、静止画または動画を生成する。

照明駆動部３２は、図３に示す駆動回路を有し、制御ユニット３０から送られたトリガ信号Ａに基づいて、制御ユニット３０から指示されたＬＥＤモジュール（ＬＥＤ＿１〜ＬＥＤ＿Ｎ）の１つまたは複数を点灯させる。

記憶装置３３は、各種プログラムを格納するとともに、画像処理部３１によって処理された画像を記憶する。記憶装置３３は、ハードディスクや、光ディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の記憶媒体に対応可能な入出力（ＩО）デバイスを有している。

入力装置３４は、キーボードやタッチパネル、ジョイスティック、マウス等のポインティングデバイスなどが用いられる。タッチパネルの場合は、後述する表示部３５上に形成され、表示部３５に表示された画像上からタッチ操作を行うものでもよい。使用者は、入力装置３４を操作することにより、照明ユニット２０から出射する波長を選択や、赤外カメラ１０の撮像倍率、フォーカス合わせ、撮像の指示、画像処理部３１によって処理された画像を記憶装置３３に保存する指示などを行う。

表示部３５は、液晶表示装置や有機ＥＬ装置などが用いられる。表示部３５は、赤外カメラ１０によって撮像された被写体Ｐの画像を表示する。表示部３５は、１つに限定されず、複数の表示部３５にそれぞれ画像を表示させてもよい。また、１つの表示画面に複数の画像を表示させるものでもよい。この場合、１つの画像は動画であり、他の画像は静止画であってもよい。

図５は、撮像システムＳＹＳ１の動作シーケンスの一例を示す図である。図５に示すように、赤外カメラ１０は、トリガ信号Ａを受けると一画面（１フレーム）分の画像信号Ｂを制御ユニット３０に出力する。この画像信号Ｂは、一本のアナログ信号、または複数の信号ラインからなるディジタル信号のいずれでもよい。同時にトリガ信号Ａは、照明駆動部３２にも伝送される。

照明駆動部３２は、トリガ信号Ａを受けると、図５に示すように、各画像取り込み（フレーム）毎にＬＥＤ駆動信号Ｃ〜Ｆを順に出力する。これにより、制御ユニット３０には、波長ごとに赤外カメラ１０で撮像した画像が乱れることなく順に送られる。なお、例えば、照明駆動部３２におけるフォトモスフェットの応答速度が２ｍｓｅｃであり、赤外カメラ１０のフレームレートが３０ｆｐｓで１フレームが１／３０秒である場合、赤外カメラ１０は、１秒あたり３０枚の波長の異なった赤外画像を取得する。

制御ユニット３０は、取り込み開始を常にＬＥＤ駆動信号Ｃから行うことに決めることによって、画像とＬＥＤ波長との組み合わせを取り違えることなく処理を行うことができる。あるいは、図４の破線に示すように、ＬＥＤ駆動信号Ｃ〜Ｆを同時に制御ユニット３０に送って、このＬＥＤ駆動信号Ｃ等を画像と一緒に記憶する構成でもよい。

また、波長によって赤外カメラ１０の感度が異なることや、波長によって被写体Ｐによる赤外光の吸収率が異なること、などを補正する理由で、波長ごとの画像取り込み枚数（フレーム数）を異なるように設定してもよい。図５では、ＬＥＤ駆動信号Ｃ〜Ｆをフレーム一回ごとに切り替えていたが、例えば、ＬＥＤ駆動信号Ｃを２回連続させ、同じ波長の画像を２フレーム分取り込むことや、ＬＥＤ駆動信号Ｄ、Ｅでは１フレーム分の画像を１回取り込み、ＬＥＤ駆動信号Ｆでは３回連続させて、同じ波長の画像を３フレーム分取り込むなど、任意に設定可能である。なお、波長ごとに取り込む画像数は、適宜プログラムすることもでき、制御ユニット３０の画像処理部３１が実行する。

このように、本実施形態によれば、照明ユニット２０によって波長の異なる赤外領域の光を被写体Ｐに照射し、その像を赤外カメラ１０によって取得する。また、トリガ信号に基づいて波長の切り替えと同期して撮像することにより、特定の波長ごとの画像を取得する。赤外カメラ１０には分光機能が必要ないため、光量の減少によるカメラ感度の劣化がなく、大きなゲインを掛けることなく明るい画像を取得できる。

また、従来では、バンドパスフィルタを用いて、特定の波長帯における生体内成分のコントラストを強調し、生体試料の識別能を向上させてきたが、この場合高速な波長の切り替えが困難で、必ずしも画像の同時性が担保されなかった。本実施形態によれば、１フレームごとに波長の切り替えが可能であるので、１／３０から１／１００秒以内に照明光の波長を切り替えながら、複数の波長に対する画像を取得することができる。

また、複数の発光波長を持つＬＥＤモジュールを独立に駆動することにより、被写体Ｐに応じて、最適な照明波長の組み合わせを選択することが可能となる。例えば、第一の波長として１５００ｎｍ、第二の波長として１１００ｎｍを使用し、２種類の波長を同時またはわずかな時間差で照射することにより、それぞれの波長によって強調された画像を合成して、ほぼリアルタイムでコントラストを強調した画像を生成させることも可能である。なお、画像の合成は、制御ユニット３０の画像処理部３１が実行する。

また、本実施形態では、照明ユニット２０が、波長８００〜２５００ｎｍの複数の波長を発光するので、赤外カメラ１０によって確実に画像を取得できる。なお、波長が８００ｎｍより小さいと、赤外カメラ１０での撮像が難しく、また、波長が２５００ｎｍより大きいと、その波長に対応した撮像素子で撮像してもＳＮ比が悪いため鮮明な画像が得にくいといった不都合がある。

また、本実施形態では、照明ユニット２０からの波長を１０００〜１６００ｎｍとしてもよい。これにより、赤外カメラ１０によって一層確実に画像を取得できる。特に、ＩｎＧａＡｓ赤外カメラは、この波長の範囲に有効な感度を有しており、このＩｎＧａＡｓ赤外カメラを用いて複数の波長の画像を容易に取得できる。

また、本実施形態では、制御ユニット３０が、照明ユニット２０から異なる波長の光を順次または同時に照射させる照明駆動部３２を有するので、照明駆動部３２によって波長の切り替えを高速かつ確実に行うことができる。これにより、波長を切り替えた場合でも、被写体Ｐに対する画像の同時性を確保できる。また、複数の波長を同時に照射することにより、ＰＣ等による演算なしに、短時間で赤外画像を表示することも可能であり、従来の分散型分光器あるいはＦＴＩＲ分光器を設けたハイパースペクトラムカメラよりは、はるかに高速かつ鮮明な赤外スペクトル画像を得ることができる。

また、本実施形態では、制御ユニット３０が、照明駆動部３２による発光波長の切り替えと、赤外カメラ１０による撮像とを同期して行うので、波長ごとに正確に被写体Ｐを撮像でき、さらに画像とその画像を取得した波長との関連付けを確実に行うことができる。

また、本実施形態においては、制御ユニット３０が、赤外カメラ１０における各波長の感度に対応して、波長ごとにフレーム数を割り当てるようにしてもよい。これにより、赤外カメラ１０の感度が波長によって異なる場合に、例えば感度が低い波長を複数フレーム撮像してこれを合成するなど、他の波長と比較して暗い画像となるのを回避できる。

また、本実施形態では、制御ユニット３０が、赤外カメラ１０によって撮像した画像を合成する画像処理部３１を有するので、同一波長の複数の画像を合成して、明るい画像を生成することや、異なる波長の画像を合成してコントラストを強調した画像を生成することができる。

また、本実施形態においては、ＬＥＤモジュール（照明ユニット２０）から赤外領域の波長の光を例えば生体等の被写体Ｐに照射しても、生体内の光散乱が強いため、Ｘ線よりは浅い範囲の検査となり、生体表面から１〜２ｃｍ以内あるいは、厚さ数ｃｍ以下の比較的薄い検体が対象となる。ただし、赤外カメラ１０のように光学レンズが使用できるため、解像度はＸ線と遜色が無い。また、赤外光の使用により放射線被ばくのおそれがないことや、赤外光を使用することにより、Ｘ線では捕捉できない生体の病変を感度良く検出できる可能性がある。

図６は、撮像システムＳＹＳ１で取得した画像の一例を示す図である。図６（ａ）は１５５０ｎｍの波長のＬＥＤ照明下、図６（ｂ）は１０５０ｎｍの波長のＬＥＤ照明下、でそれぞれ撮像したマウスの腹部像を示す。赤外カメラ１０として、波長１．６μｍまでの感度を有するＩｎＧａＡｓ赤外カメラを使用した。図６（ａ）および（ｂ）は、いずれも、腹膜を除去する前に撮像したものあるが、１μｍ以上の赤外波長において、腸管等、腹腔内の構造物(臓器)を視認することができる。さらに、１５５０ｎｍの波長では、臓器を反映した画像を得ることができた。このように、特定の波長の光を照明に用いることにより、生体情報量が格段に増えるイメージング技術として、有効である。

図６Ａは、水及び脂質の近赤外領域における吸光特性（分光特性）を示す。この図６Ａにおいて、水と脂質の吸光特性に注目すると、波長が１４００ｎｍから１６００ｎｍにかけては水の吸光度が脂質よりも大きく、１２００ｎｍより短い波長においては、水・脂質共に吸光度が小さいことが分かる。また、例えば、波長が１２００ｎｍから１６００ｎｍにかけては水の吸光度と脂質の吸光度との差が大きく、１２００ｎｍより短い波長においては水の吸光度と脂質の吸光度との差が小さい。このように、近赤外領域（近赤外光の波長帯域）における水及び脂質の吸光特性（分光特性）は、近赤外光の波長に対して異なる吸光度を有している。

図６Ｂ（ａ）はマウスより摘出した膵臓・脾臓・腸間膜、およびリンパ節等の生体組織の可視光カメラによる写真である。図６Ｂ（ｂ）は同様にこれを、波長１６００ｎｍのＬＥＤで照明し、波長１６００ｎｍまでの感度を有するＩｎＧａＡｓ赤外カメラで撮影した写真である。なお、図６Ｂ（ａ）は、例えば、波長４００ｎｍから８００ｎｍ未満の照明光を生体組織に照射して、後述する可視光カメラにより取得したカラー画像を白黒で表記している。可視光カメラによる画像はカラー画像または白黒画像のいずれであってもよい。図６Ｂ（ａ）、（ｂ）を比較観察すると、可視光（例、波長４００ｎｍから８００ｎｍ未満）では黒く見えるのは脾臓のみであるが、図６Ｂ（ｂ）の画像においては、膵臓・リンパ節、および腸間膜中の一部が黒く強調されている。図６Ｂ（ｂ）の画像は、上記赤外カメラで撮影した写真を用いる他に、例えば、図６Ｂ（ａ）に示す可視光カメラの画像を参照画像（リファレンス画像）とし、波長１６００ｎｍの照明で撮影した上記赤外カメラの画像との差分（例、光強度の差分）をとるような演算処理を含む画像合成が行われてもよい。この画像合成により、例えば、影や生体組織の色（黒色等）などが補正されて、波長１６００ｎｍの光を吸収した部分を強調させることが可能となる。

病理組織学的検討から、図６Ｂ（ｂ）の腸間膜中の黒くなっている部分は、腸間膜リンパ節であった。解剖組織学的に、腸間膜を構成する細胞の９０％以上が脂肪細胞で脂肪分を多く含むのに対し、膵臓とリンパ節は、膵液とリンパ液を主体とする水分を含む。また膵臓は解剖学的に、腸間膜に隣接し、その半分以上が後腹膜内に埋もれて存在する。後腹膜組織は、腸間膜とほぼ同様の組織組成で、脂肪細胞を主体とする軟部組織である。したがって、１６００ｎｍ近辺の波長で観察する場合、水の吸光度により膵臓とリンパ節が黒く強調された画像として図６Ｂ（ｂ）を得る事ができ、図６Ｂ（ａ）の可視光では見分けることが困難であった腸間膜中のリンパ節、腸間膜に隣接し脂肪組織内の存在した膵臓を容易に見分ける事ができる。胃がん、大腸がん、すい臓がん、卵巣がん、子宮がんなどの腹部手術はいうに及ばず、乳がんや頭頚部がんにおいて、脂肪組織内に存在するリンパ節郭清は不可欠である。このとき、図６Ｂ（ｂ）のような画像を参照することで、脂肪組織内に存在するリンパ節を的確に検出できるので、見落としを原因とするリンパ節の取り残しのリスクを減じることが可能となる。さらに、膵臓と軟部脂肪組織との境界も明瞭になることから、膵臓等の実質臓器への処置を安全に行うことができる。

図６Ｃ（ａ）、（ｂ）はマウスの開腹状態を１６００ｎｍまでの感度を有するＩｎＧａＡｓ赤外カメラで撮影した写真であるが、図６Ｃ（ａ）は波長１０５０ｎｍのＬＥＤで照明し、図６Ｃ（ｂ）は波長１６００ｎｍのＬＥＤで照明したものである。図６Ｃ（ａ）では多く臓器が明るく見えるが、図６Ｃ（ｂ）においては水分を含む臓器が黒くなり、臓器間の識別が容易になっている。図６Ｃ（ａ）、（ｂ）の画像はＬＥＤを切り替えて連続して撮影できるので、電気回路やソフトウェア処理などによって容易に（ａ）、（ｂ）画像における光強度の差分を取ることができる。そのようにすることによって、全体が暗くなる、あるいは明るくなるということなく、脂肪組織とリンパ節など水分を多く含む組織の識別が容易になる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、上記の実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図７は、第２実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ２は、図７に示すように、赤外カメラ１０と、照明ユニット２０と、制御ユニット３０と、可視カメラ４１と、可視照明部４２と、を備える。

可視カメラ４１は、可視領域の波長の光に感度を有するカメラである。可視領域の光は、被写体Ｐの外形や表面の形状に敏感である。可視カメラ４１としては、外形の形状等の像を取得可能なＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサー等のシリコン撮像素子を用いたＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラが用いられる。なお、波長１μｍ以下に対してはシリコン撮像素子においても撮像可能であり、可視領域に近い赤外波長の画像を取得する可視カメラ４１を利用することは価格および解像度の点で合理的である。

可視照明部４２は、可視領域の光を出射する。可視照明部４２としては、ＬＥＤ照明の他にレーザー光源、ハロゲン照明等が用いられる。なお、図２に示す照明ユニット２０においてもＬＥＤ２２とし可視光を照射するＬＥＤモジュールを有している。従って、可視照明部４２として、照明ユニット２０が用いられてもよい。また、１つの照明ユニット２０を、赤外カメラ１０の照明用と可視カメラ４１の照明用とで兼用させてもよい。

赤外カメラ１０及び可視カメラ４１の撮像タイミングは、別々に撮像する場合と同時に撮像する場合のいずれであってもよい。すなわち、照射ユニット２０から赤外光を照射して赤外カメラ１０により被写体Ｐを撮像し、これとは別に、可視照明部４２から可視光を照射して可視カメラ４１により被写体Ｐを撮像する場合と、照明ユニット２０及び可視照明部４２からそれぞれ赤外光及び可視光を照射し、赤外カメラ１０及び可視カメラ４１で同時に撮像する場合、のいずれであってもよい。

このように、本実施形態によれば、被写体Ｐの外形や表面の形状に敏感な比較的短い可視光（例えば波長８００ｎｍ以下）と、被写体Ｐの深部の構造や、特定の成分に対応する赤外光（例えば波長１５００ｎｍ以下）とを照射して、それぞれ赤外カメラ１０及び可視カメラ４１により撮像するので、生体（被写体Ｐ）の輪郭と組成・成分情報を同時に取得することが可能となり、短時間で視認性の良い画像を取得することができる。

また、この撮像システムＳＹＳ２を、手術における支援システムとして用いる場合、可視照明部４２による可視光の照明は点灯したままとし、照明ユニット２０の赤外光のＬＥＤモジュールのみを、赤外カメラ１０と連動して点滅させることにより、術者の視認性を損なうこと無く、また、人体への熱的作用を抑制した状態で赤外画像をリアルタイムで表示することができる。

本実施形態は、生体組織を撮像する撮像システムであって、水と脂質との分光特性に基づく赤外領域の波長を有する赤外光を発光する照明ユニットと、赤外光を受光する赤外カメラと、可視領域の波長を有する可視光を発光する可視照明部と、可視光を受光する可視カメラと、可視カメラによって撮像された可視画像を用いて、赤外カメラによって撮像した赤外画像を画像処理する画像処理部を有する制御ユニットと、を備える。

赤外カメラは、例えば、８００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長帯域の赤外光、や１０００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長帯域の赤外光に感度を有する。照明ユニットは、例えば、８００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長帯域のうち所定波長の赤外光、や１０００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長帯域のうち所定波長の赤外光を発光する。所定波長は、例えば、狭帯域の波長（例えば、スペクトル半値幅が数ｎｍの波長、数１０ｎｍの波長など）でもよい。制御ユニットは、赤外光と可視光とを順次または同時に照射させる照明駆動部を有する。なお、可視カメラによって撮像された可視画像は、例えば図６Ｂ（ａ）に示すような画像であり、赤外カメラによって撮像した赤外画像は、例えば図６Ｂ（ｂ）に示すような画像である。制御ユニットの画像処理部は、可視画像を用いて赤外画像を画像処理するが、画像処理としては、上記したように可視画像を参照画像（リファレンス画像）として赤外画像との差分をとるような画像合成を行ってもよいし、その他の画像処理を行ってもよい。このように、本実施形態に係る撮像システムは、水と脂質との分光特性に基づいて特定した所定波長の少なくとも２つの照明光（例、２つの赤外光、や赤外光と可視光）を用いて生体組織を撮像することによって、短時間で容易に視認性の高い画像を得ることができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、上記の実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図８は、第３実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ３は、図８に示すように、３台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｃと、照明ユニット２０と、３台の可視カメラ４１ａ〜４１ｃと、を備える。なお、図８において、制御ユニット３０は省略している。また、照明ユニット２０を可視照明部４２として用いている。また、被写体Ｐは開腹したマウスを示している。

３台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｃは、図８に示すように、被写体Ｐに対して異なる角度で見込むように配置される。赤外カメラ１０ａ等は、平面上あるいは曲面上において互いの視野が重畳するように配置されている。赤外カメラ１０ａ〜１０ｃとしては、同一のものが用いられるが、これに限定されず、それぞれ異なるタイプの赤外カメラ１０が用いられてもよい。また、赤外カメラ１０ａ等は３台に限定されるものではなく、２台または４台以上配置されてもよい。

照明ユニット２０は、これら赤外カメラ１０ａ〜１０ｃに対応して配置される。また、照明ユニット２０は、赤外カメラ１０ａごとに配置されることに限定されず、１つの照明ユニット２０で２台以上の赤外カメラ１０ａ等に対応させてもよい。

３台の可視カメラ４１ａ〜４１ｃは、赤外カメラ１０ａ〜１０ｃと同様に、被写体Ｐに対して異なる角度で見込むように配置される。可視カメラ４１ａ〜４１ｃは、同一のものが用いられるが、これに限定されず、それぞれ異なるタイプの可視カメラ４１が用いられてもよい。ただし、可視カメラ４１ａ等は３台に限定されるものではなく、２台または４台以上配置されてもよい。なお、この撮像システムＳＹＳ３において、可視カメラ４１ａ等を設置するか否かは任意である。

これら可視カメラ４１ａ〜４１ｃに対応して、可視照明部４１として照明ユニット２０が配置される。また、照明ユニット２０は、可視カメラ４１ａごとに配置されることに限定されず、１つの照明ユニット２０で２台以上の可視カメラ４１ａ等に対応させるか、赤外カメラ１０ａ等に対応する照明ユニット２０を兼用させてもよい。

図８に示すように、可視カメラ４１ａ〜４１ｃのぞれぞれは、赤外カメラ１０ａ〜１０ｃの間に配置される。従って、３台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｃによって被写体Ｐを見込む間隔と、３台の可視カメラ４１ａ〜４１ｃによって被写体Ｐを見込む間隔とはほぼ同一となっている。ただし、赤外カメラ１０ａ等と可視カメラ４１ａ等との配置はこれに限定されず、例えば、可視カメラ４１ａ等を赤外カメラ１０ａ等から離れた位置に配置させてもよい。また、赤外カメラ１０ａ等の数と可視カメラ４１ａ等の数を同一とすることに限定されず、例えば、可視カメラ４１ａ等の数を赤外カメラ１０ａ等の数より少なくしてもよい。

図８に示す撮像システムＳＹＳ３は、空間的に３台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｃと照明ユニット２０が配置され、立体的な赤外反射像を取得する。複数の赤外カメラ１０ａ等の画像から被写体Ｐの内部の構造を解析するには、一般的には光断層イメージングの画像再構成アルゴリズムが必要となる。本撮像システムＳＹＳ３によれば、被写体Ｐからの赤外反射光を撮像しており、表層から内部１ｃｍ程度までの形状、組成の範囲において、その形状モデルと位置を限定することにより、短時間で表面に露出していない病変や組織の形状を認識・表示させることが可能となる。

また、本撮像システムＳＹＳ３では、赤外光を使用することにより生体組織表面のみならず、生体内のやや深部における病変を識別することを目的としている。そのためには、複数の赤外カメラ１０ａ等や可視カメラ４１ａ等の配置に対して、複数の照明ユニット２０を配置させ、照明波長および照射位置を変えながら赤外および可視像を取得し、コンピュータにより解析する。光トモグラフは、点光源に対する光の散乱および透過マトリクスを多数の光ディテクタにより取得し、生体内部の組織を識別するが、本撮像システムＳＹＳ３においては、空間的に配置された複数のカメラにより代行する。

複数の照明ユニット２０をあらかじめ空間的に配置しておくと、機械的な駆動なしに、光源の位置と発光波長を掃引することが可能となる。本実施形態におけるフォトモスフェット（図３のインターフェイスモジュール２４を参照）の応答速度が例えば２ｍｓｅｃであり、赤外カメラ１０ａ等による撮像時のフレームレートが例えば３０ｆｐｓ（１フレーム：１／３０秒）であれば、赤外カメラ１０ａ等１台につき、１秒あたり３０枚の照射位置および波長の異なった赤外画像が取得できる。

本実施形態では、複数台の赤外カメラ１０ａ等および可視カメラ４１ａ等、および照明ユニット２０を空間的に配置し、生体内部の構造、病変を識別するシステムを提供する。一般に２台以上のカメラ画像の視差から物体の立体的な認識が可能となる。本実施発明では、複数台の可視カメラ４１ａ等からの画像を制御ユニット３０の画像処理部３１で合成することにより被写体Ｐにおける生体組織表面の立体画像を生成する。さらに、複数台の赤外カメラ１０ａ等からの画像を画像処理部３１で合成することにより生体内部の立体画像を生成する。

これら生体組織表面の立体画像と生体内部の立体画像とを画像処理部３１で合成することにより、生体組織表面と生体内部とを合わせた立体画像を生成できる。この立体画像を表示部３５で表示させることにより、使用者は、被写体Ｐである生体の表面及び内部を同時に視認でき、被写体Ｐの表面に対する内部形状を容易に確認できる。

また、本実施形態では、複数（望ましくは３台以上）の赤外カメラ１０ａ等及び可視カメラ４１ａ等をそれぞれ立体的に配置させているので、赤外カメラ１０ａ等と可視カメラ４１ａ等との視差が異なる。従って、赤外カメラ１０ａ等及び可視カメラ４１ａ等によって取得した画像に基づいて、互いの画像を補正してもよい。なお、画像の補正は制御ユニット３０の画像処理部３１が行う。

このように、本実施形態によれば、複数台の赤外カメラ１０ａ等によって被写体Ｐを異なる角度で見込むので、被写体Ｐの画像を異なる角度から細かく観察することができる。さらに、異なる視野の画像を合成することにより被写体Ｐの立体画像を生成できる。また、可視カメラ４１ａ等による立体画像を合成することにより、被写体Ｐの表面と内部とを容易に確認できる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、上記の実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図９は、第４実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ４は、図９に示すように、赤外カメラ１０と、照明ユニット２０と、制御ユニット３０と、駆動装置５０と、を備える。

駆動装置５０は、図９に示すように、制御ユニット３０からの指示に基づいて、赤外カメラ１０及び照明ユニット２０を、被写体Ｐの同一部分を異なる視野で見込むように移動させる。駆動装置５０としては、回転モータ、リニアモータ等の駆動により赤外カメラ１０等をガイドに沿って移動させる他に、ロボットアーム等が用いられてもよい。また、駆動装置５０は、赤外カメラ１０及び照明ユニット２０を一体として移動させるが、別々に移動させるものでもよい。駆動装置５０による移動方向は、図９では被写体Ｐの鉛直方向を中心軸とした回転方向を示しているが、これに限定されず、鉛直方向または螺旋方向など任意に設定可能である。

制御ユニット３０は、駆動装置５０に指示して赤外カメラ１０等を移動させるとともに、複数の移動位置において赤外カメラ１０によって被写体Ｐを撮像させる。なお、赤外カメラ１０による撮像のタイミングで照明ユニット２０から所定波長の赤外光を照射している。これにより、被写体Ｐを異なる角度で見込んだ複数の画像を取得できる。赤外カメラ１０による撮像倍率の調整やフォーカス合わせは、赤外カメラ１０の移動に伴って適宜行われる。なお、赤外カメラ１０等の移動は、予め設定されたプログラムによる方向及び速度等で行う他に、使用者が、ジョイスティック等の入力装置３４によって手動で行ってもよい。

なお、本撮像システムＳＹＳ４において、図７に示す可視カメラ４１及び可視照明部４２が設けられてもよい。さらに、可視カメラ４１及び可視照明部４２は、駆動装置５０によって赤外カメラ１０と同時または別々に移動するものでもよい。

このように、本実施形態によれば、赤外カメラ１０等を駆動装置５０によって移動させるので、異なる角度で被写体Ｐを見込んだ複数の画像を容易に取得できる。また、赤外カメラ１０を移動させるので赤外カメラ１０の設置台数を減少させることができ、システムのコストを低減できる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、上記の実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１０は、第５実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ５は、図１０に示すように、６台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｆと、照明ユニット２０と、を備える。なお、制御ユニット３０は省略している。

撮像システムＳＹＳ５は、被写体Ｐの下側にも赤外カメラ１０ｄ等および照明ユニット２０を配置させ、被写体Ｐを透過した像を撮像する。小動物や外科的に切除された大部分の検体（外科病理検体）は、試料厚が３〜４ｃｍ以下の範囲で、高感度の赤外カメラ１０ａ等で透過照明光による撮像が可能である。また、赤外透過光を赤外カメラ１０ａ等で検出することは、照明光が直接赤外カメラ１０ａ等に入射することを防ぐことにより、十分可能である。

図１０に示すように、撮像システムＳＹＳ５では、被写体Ｐの表側に３台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｃを、また被写体Ｐの裏側に３台の赤外カメラ１０ｄ〜１０ｆをそれぞれ配置する。ただし、被写体Ｐの表側と裏側で同数の赤外カメラ１０を設置することに限定されず、例えば被写体Ｐの裏側の設置台数を表側より少なくしてもよい。また、赤外カメラ１０ａ〜１０ｆのそれぞれに対応し、かつ被写体Ｐを挟んだ状態で照明ユニット２０ａ〜２０ｆが配置される。

この撮像システムＳＹＳ５においては、照明ユニット２０ａ〜２０ｆを順次切り替えながら、赤外カメラ１０ａ〜１０ｆによって被写体Ｐを透過した光の像を撮像する。制御ユニット３０の画像処理部３１は、６台の赤外カメラ１０ａ等からの画像を合成することにより、被写体Ｐの表側及び裏側に対応する立体画像を生成する。これにより、機械的な駆動機構を持たない簡易光ＣＴシステムを構築することが可能である。

なお、本撮像システムＳＹＳ５において、図７に示す可視カメラ４１及び可視照明部４２が被写体Ｐの表側及び裏側の一方または双方に設けられてもよい。ただし、可視照明部４２からの可視光は被写体Ｐを透過しないため、可視カメラ４１は、被写体Ｐで反射した光の像を撮像するように配置される。

このように、本実施形態によれば、被写体Ｐの表側及び裏側の双方から被写体Ｐを透過した光の像を撮像するので、被写体Ｐの内部構造を容易に確認できる。さらに、これら複数台の赤外カメラ１０ａからの画像を合成することにより、被写体Ｐの表側及び裏側を合わせた立体画像を生成でき、被写体Ｐの内部構造を容易に認識可能となる。

＜第６実施形態＞
第６実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、上記の実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１１は、第６実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ６は、図１１に示すように、３台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｃと、照明ユニット２０と、赤外レーザー５５と、ガルバノスキャナー５６と、を備える。なお、制御ユニット３０は省略している。

赤外レーザー５５は、制御ユニット３０からの指示により、所定波長のライン状のレーザー光を出射する。ガルバノスキャナー５６は、内部に不図示のガルバノミラーを有し、赤外レーザー５５から出射したライン状のレーザー光を所定方向に掃引する。なお、赤外レーザー５５からスポット状のレーザー光を出射させ、これを走査させてもよい。

撮像システムＳＹＳ６は、被写体（生体試料）Ｐの下側に赤外レーザー５５およびガルバノスキャナー５６を配置させ、被写体Ｐの透過測定も可能にしている。空間的に配置された赤外カメラ１０ａ等によって適宜赤外透過光を検出し、簡易光ＣＴシステムを構築できる点は上述した。従来のステレオ視は、物体の表面形状を３次元的に認識するが、生体検体内部の構造物を検出するためには、対応点の検出の冗長性を更に取り除く必要がある。

この撮像システムＳＹＳ６は、被写体Ｐの下側から、赤外レーザー５５からのレーザー光をガルバノスキャナー５６で掃引する。本撮像システムＳＹＳ６の特徴は、３次元的な対応点が取りやすいことである。赤外カメラ１０ａ等による撮像に先立って、まず半透明フィルムを特定の高さに置いて、レーザー光の照射位置と各赤外カメラ１０ａの輝点座標を校正する。これにより、特定の平面に沿った断面で撮像した各赤外カメラ１０ａによる複数の画像から被写体Ｐ内部の立体構造を算出することができる。

光ＣＴは、脳の活動状態などを知るために有効であるが、離散的な発光源と離散的な受光素子との組み合わせによるため、画像を再構築するために必要な情報を与える素子数が限られている。そのため、解像度が十分ではない。本撮像システムＳＹＳ６では、受光素子を赤外カメラ１０ａとし、発光素子を赤外レーザー５５及びガルバノスキャナー５６で生成したライン光とすることにより、等価的に素子数を増大させ、解像度を飛躍的に改善した光ＣＴを実現している。

ＬＥＤやハロゲンランプによる照明では、被写体（検体）Ｐの周囲を直接透過する光が強すぎて、赤外カメラ１０ａ等による撮像画像が飽和する弊害があるが、ガルバノスキャナー５６で自由にレーザー光の掃引形状を設定できるので、被写体Ｐの周囲を直接透過する光を抑制して撮像画像の飽和を防止している。さらに、ガルバノスキャナー５６と赤外レーザー５５との間にハーフミラーを配置させ、反射光の強度を検出することにより、共焦点実体顕微鏡の機能を付与することができる。

また、複数の赤外カメラ１０ａ等および照明ユニット２０の一群を全体として、機械的に掃引し、視野を拡大させるようにすることも可能である。ただし、機械的な駆動と同様な効果は、複数の赤外カメラ１０ａにおいて、それぞれの視野が重畳するように平面あるいは曲面上に設置することによっても得られる。なお、試料厚が３〜４ｃｍ以下の範囲で、透過照明光により小動物や外科病理検体を赤外カメラ１０ａ等で撮像可能な点は上述した。但し、生体内での光吸収で数桁程度光が減衰するため、自由空間光を遮光する必要がある。従って、本撮像システムＳＹＳ６においては、被写体Ｐの大きさに応じて台に開口を形成させ、被写体Ｐを透過した光のみが赤外カメラ１０ａ等に入射するようにしてもよい。また、本撮像システムＳＹＳ６において、図７に示す可視カメラ４１及び可視照明部４２が設けられてもよい。

このように、本実施形態によれば、ガルバノスキャナー５６によって掃引されたレーザー光による透過照明光を赤外カメラ１０ａにより撮像するので、取得した画像の解像度を向上させることができる。

＜第７実施形態＞
第７実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、上記の実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１２は、第７実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ７は、マンモトームに適用された例を示している。撮像システムＳＹＳ７は、図１１に示す撮像システムＳＹＳ６と同様に、３台の赤外カメラ１０ａ〜１０ｃと、照明ユニット２０と、赤外レーザー５５と、ガルバノスキャナー５６と、を備える。なお、制御ユニット３０は省略している。

さらに、撮像システムＳＹＳ７は、ベッド６１と、透明プラスチック板６２と、穿孔針６３と、を有している。ベッド６１は、被検者をうつ伏せで横臥させるものであり、厚さが薄く形成されている。ベッド６１には、被写体である被検者の乳房Ｐａを下方に露出させるための開口部６１ａが形成される。透明プラスチック板６２は、乳房Ｐａを両側から挟んで平板状に変形させるのに用いられる。穿孔針６３は、コアニードル生検において乳房Ｐａに挿入され、検体を採取するものである。

赤外カメラ１０ａ等、照明ユニット２０、赤外レーザー５５、及びガルバノスキャナー５６は、ベッド６１の下方に配置される。また、これら赤外カメラ１０ａ等は、赤外カメラ１０ａ等とガルバノスキャナー５６との間に透明プラスチック板６２を位置させた状態で設置されている。複数の赤外カメラ１０ａ等及び複数の照明ユニット２０は、球面状に配置されている。照明ユニット２０は、１０００ｎｍ以上の赤外波長を少なくとも１つ含む複数の波長を発光してもよい。

図１２に示すように、乳房Ｐａを透明プラスチック板６２で両側から押し付けて平板状に変形させ、この状態で照明ユニット２０及び赤外レーザー５５から順次所定波長の赤外光を出射させて赤外カメラ１０ａ等により撮像する。これにより、赤外カメラ１０ａ等は、照明ユニット２０からの反射赤外光によって乳房Ｐａの画像を取得するとともに、ガルバノスキャナー５６で掃引されたレーザー光による透過赤外光によって乳房Ｐａの画像を取得する。

複数の赤外カメラ１０ａ等の視野を重畳させ、かつ位置の異なる複数の照明ユニット２０や赤外レーザー５５を順次点灯させることにより、乳房Ｐａの内部を立体画像として表示することができ、病変部の立体的な形状を把握することが可能になる。乳がん検診には、既にディジタルＸ線撮像素子を用いた２次元および３次元マンモグラフが普及しつつあるが、赤外線を用いても複数の赤外カメラ１０ａと複数の照明ユニット２０等を組み合わせることにより、立体的な形状認識機能を発揮させることができる。

従来のコアニードル生検では、超音波エコーを用いて針の深さを計測しながら穿孔針（コアニードル）を挿入していた。図１２の赤外マンモトーム装置では、共焦点実体顕微鏡（赤外レーザー５５及びガルバノスキャナー５６を含んで構成されている。）により、病変部の３次元座標を確定した後に、穿孔針６３を乳房Ｐａに挿入して検体を採取する。

このように、本実施形態によれば、赤外分光スペクトラムの違いを用いた赤外マンモトームをコアニードル生検に用いることにより、正確な組織像の空間認識に基づいて、検体の採取が可能になる。また、Ｘ線被曝の影響の無い赤外光による撮像は、妊娠の有無にかかわらず産婦人科において日常的に適用できる利点がある。

また、図１２の撮像システムＳＹＳ７はマンモトームの適用例を示しているが、複数の赤外カメラ１０ａ等により乳房Ｐａの内部の画像を取得することを用いて、マンモグラフィーとして適用可能である。

＜第８実施形態＞
第８実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、図１３は、第８実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ８は、歯列撮像装置に適用された例を示している。図１３に示すように、撮像システムＳＹＳ８は、ベース７０と、保持プレート７１、７２と、赤外および可視ＬＥＤチップ（照明ユニット）２００と、可視延長型の小型赤外カメラ１００と、を備える。

ベース７０は、使用者やロボットハンド等によって把持される部分である。ベース７０の内部には、制御ユニット３０の全部または一部（照明駆動部３２など）が収納されてもよい。ベース７０の内部に制御ユニット３０等が収納される場合、この制御ユニット３０等は外部のＰＣや表示部３５と有線または無線によって電気的に接続される。

保持プレート７１、７２は、ベース７０の一端から延びた単一部材を途中から二又に分岐させ、それぞれ同一方向に屈曲させて形成される。保持プレート７１の先端部７１ａと、保持プレート７２の先端部７２ａとの間隔は、後述する歯茎Ｐｂ等を間に位置させることができる距離に設定される。なお、保持プレート７１、７２は、例えば変形可能は材質で形成され、先端部７１ａ、７２ａの間隔を変更できるようにしてもよい。

保持プレート７１の先端部７１ａには、保持プレート７２の先端部７２ａと対向する部分に、２つの小型赤外カメラ１００が上下に設けられる。この小型赤外カメラ１００は、可視領域も撮像可能とした赤外カメラである。なお、図１３では２つの小型赤外カメラ１００ａ等が設けられるが、１つまたは３つ以上設けられてもよい。また、複数の小型赤外カメラ１００の配置は任意である。複数の小型赤外カメラ１００が視差を持って配置されることにより、立体画像を生成することができる。また、小型赤外カメラ１００とベース７０との電気的な接続は、保持プレート７１の内部を介して行う。

保持プレート７１、７２の先端部７１ａ、７２ａには、それぞれＬＥＤチップ２００が設けられる。ＬＥＤチップ２００は、上記した照明ユニット２０と同様に、赤外領域の複数の波長と、可視領域の波長とを出射する複数のＬＥＤを有している。また、ＬＥＤチップ２００とベース７０との電気的な接続は、保持プレート７１、７２の内部を介して行う。ＬＥＤチップ２００は、１０００ｎｍ以上の赤外波長を少なくとも１つ含む複数の波長を発光してもよい。

この撮像システムＳＹＳ８は、被検者の口から保持プレート７１、７２を差し込み、その先端部７１ａ、７２ａの間に、被写体である歯茎Ｐｂまたは歯Ｐｃを配置させる。続いて、先端部７２ａのＬＥＤチップ２００を駆動して赤外波長を変更しながら小型赤外カメラ１００で歯茎Ｐｂ等を撮像する。同時に、先端部７１ａのＬＥＤチップ２００から可視光を照射して小型カメラ１００で撮像する。続いて、ベース７０を移動させて、小型赤外カメラ１００を歯列に沿って移動させ、接続可能な視野ごとに適宜小型赤外カメラ１００で撮像し、その画像を合成することで歯列に沿った全体の画像を取得する。なお、小型赤外カメラ１００を一定距離ずつステップさせ、そのステップごとに撮像を繰り返す場合と、小型赤外カメラ１００を一定速度で移動させつつ適宜撮像する場合のいずれであってもよい。

このように、本実施形態によれば、それぞれの位置におけるステレオ画像をソフトウェアにより自動的につなぎ合わせることにより、可視光照明により得られた歯茎Ｐｂや歯列Ｐｃの表面立体モデルと、歯茎内部における病理情報を同時に得ることができる。また、Ｘ線ＣＴを用いると、歯列の３次元的計測は可能であるが、比較的強いＸ線が必要な歯科業務においては、日常的な病変の観察にみだりに使用できない。その点赤外像は、日常的な口腔内の観察に適し、しかも浮腫や炎症など血液や水分の分布を変化させる病変に鋭敏であるという特徴を有している。

＜第９実施形態＞
第９実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、図１４は、第９実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ９は、ダーモスコープに適用された例を示している。図１４に示すように、撮像システムＳＹＳ９は、使用者が手に持つことができる形状のボディ８０を有している。ボディ８０内には可視及び赤外カメラが収容されており、その撮像レンズ８１がボディ８０の一部に配置される。

撮像レンズ８１の周囲には、同心円状に多数の赤外および可視ＬＥＤチップ（照明ユニット）２０１がはめ込まれ、紫外波長から赤外波長における照明光を照射する。このＬＥＤチップ２０１により赤外波長を変更しながら撮像レンズ８１を介して、対象物の画像を複数の照射角度から撮像することができる。複数の画像の合成は、ボディ８０内の画像処理部が行ってもよく、また、外部のＰＣ等に画像データを送り、ＰＣ上で画像の合成を行ってもよい。なお、ＬＥＤチップ２０１と撮像レンズ８１上に、偏光方向を直交させるようにそれぞれ偏光板を設け、例えば、被写体である皮膚表面からの反射を抑えるようにしてもよい。ＬＥＤチップ２０１は、１０００ｎｍ以上の赤外波長を少なくとも１つ含む複数の波長を発光してもよい。

このように、本実施形態によれば、被写体である皮膚表面の画像と内部の画像とを取得するので、表面モデルと内部の病理情報とを繰り返しかつ短時間で取得可能となり、例えばダーモスコピー検査等を容易に行うことができる。

＜第１０実施形態＞
第１０実施形態に係る撮像システムについて説明する。以下の説明において、図１５は、第１０実施形態に係る撮像システムの一例を示す図である。この撮像システムＳＹＳ１０は、赤外イメージング術中支援システムに適用された例を示している。図１５に示すように、撮像システムＳＹＳ１０は、手術灯８５と、２台の表示部３５と、を備えている。

手術灯８５は、可視光を出射する複数の可視照明灯８６の間に、複数の赤外ＬＥＤモジュール（照明ユニット）８７と、赤外カメラ１０とが埋め込まれている。図１５では、３台の可視照明灯８６と、３台の赤外ＬＥＤモジュール８７と、８台の赤外カメラ１０により手術灯８５を構成する。赤外カメラ１０によって取得した画像は、表示部３５によって表示させることができる。２台の表示部３５は、同一の画像を表示する場合と、赤外波長を異ならせた異なる画像を表示させる場合のいずれであってもよい。図１５において、左側の表示部３５には内部の癌細胞Ｐｄが表示されている。また、手術灯８５に可視カメラ４１等（図７参照）を設置させて、可視光による画像を可視カメラで取得し、この画像を表示部３５に表示させてもよい。

このように、本実施形態によれば、可視照明灯８６による可視照明中に、赤外ＬＥＤモジュール８７によって赤外波長の照明を切り替えながら異なった波長の赤外像を赤外カメラ１０によって撮影することができる。

手術治療の侵襲性・効率は、切開・止血に随伴する損傷・焼灼の範囲と強度で決定されるが、病変部の他、神経、すい臓などの実質臓器、脂肪組織、血管などを、手術者がどれだけ視認できるかどうかが、手術合併症を予防するうえで重要である。最近手術室に連接してＸ線ＣＴやＭＲＩ装置を併設し、術中の迅速診断を備えたインテリジェント手術室が提唱されているが、高額な施設となる。また、特殊環境が必要で、手術をいったん中断する必要がある。本実施形態のように、多色（多波長）ＬＥＤモジュール８７と赤外カメラ１０を組み合わせた赤外イメージング術中支援システムであれば、例えば、既存の手術灯にＬＥＤモジュール８７や赤外カメラ１０等を埋め込む程度の改造で適用できる上、可視光照明は常時点灯可能であるので手術の進行を妨げない。

以上、本発明について第１〜第１０実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記した各実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した各実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。また、上記各実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。そのような変更または改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

また、上記した第１〜第１０実施形態の少なくとも２つを組み合わせたものでもよい。例えば、第３実施形態の撮像システムＳＹＳ３や、第５実施形態の撮像システムＳＹＳ５に、第４実施形態の駆動装置５０を適用し、複数台の赤外カメラ１０ａ等や複数台の可視カメラ４１ａ等を駆動装置５０によって移動させるようにしてもよい。

また、上記した第１〜第１０実施形態において、照明ユニット２０等としてＬＥＤが用いられるが、ＬＥＤに代えて赤外レーザー等のレーザー光源が用いられてもよい。

また、上記した第１〜第１０実施形態において、照明ユニット２０等から出射する赤外光は、コヒーレンス性の高い単一波長の光であることに限定されない。例えば、中心波長を所望の赤外波長とし、所定の波長幅を持った光を出射させてもよい。従って、上記で規定した１０５０ｎｍや１３３０ｎｍの波長は、単一波長として出射されてもよく、また、１０５０ｎｍや１３３０ｎｍを中心波長として、所定の波長幅を持った光として出射されてもよい。

また、照明ユニットは、１０００ｎｍ以上の赤外波長を少なくとも１つ含む複数の波長を発光し、マンモトーム、マンモグラフィー、ダーモスコープ、及び歯列透過装置の少なくとも１つに搭載される。ただし、これらマンモトーム等に限らず、他の装置に照明ユニット２０等が搭載されてもよい。また、上述した実施形態によれば、本実施形態における撮像システムは、上記した術中（手術）支援システムに適用することが可能であり、その手術支援システムにおける処置デバイス（例、生体組織に対する切開、止血、穿孔針などのデバイス）と組み合わせて利用されるし、その処置デバイスと一体的に構成されたデバイス、等として利用される。また、本実施形態における手術支援システムは、上述した撮像システムと、生体組織に対して処置する上述の処置デバイスと、を備える構成であっても良い。

また、上記した第１〜第１０実施形態において、１つの赤外カメラ１０等で視野を変えた複数の画像や、複数の赤外カメラ１０等の画像を合成することにより、解像度を向上させることや、赤外カメラ１０等に生じている欠陥画素の影響を補正させてもよい。

また、上記した第１〜第１０実施形態において、全ての赤外波長の点灯を消した暗状態あるいは外光が自然に入り込んでいる状態での画像を取得しておき、この画像に基づいて赤外波長によって撮像した画像データに対して補正してもよい。例えば、赤外画像を取得する際、暗状態の画像との差分を取るとともに、各波長の画像をＰＣ上等で合成することにより、被写体Ｐの表面形状および内部組成を反映した認識支援画像を取得することが可能である。

また、撮像システムＳＹＳ１〜ＳＹＳ１０の一部の構成をコンピュータにより実現してもよい。例えば、制御ユニット３０をコンピュータにより実現してもよい。この場合、コンピュータは、制御プログラムに基づいて、照明ユニット２０等から赤外領域の複数の波長を被写体Ｐに向けて発光する処理と、赤外カメラ１０等によって複数の波長のそれぞれにおいて被写体Ｐを撮像する処理と、を実行する。また、この制御プログラムは、光ディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されてもよい。

Ｐ…被写体、ＳＹＳ１〜ＳＹＳ１０…撮像システム、１０、１０ａ〜１０ｆ…赤外カメラ、１００…小型赤外カメラ、２０、２０ａ〜２０ｆ、２００…照明ユニット、３０…制御ユニット、３１…画像処理部、３２…照明駆動部、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…可視カメラ、４２…可視照明部、５０…駆動装置

Claims (20)

1. 生体組織を撮像する撮像システムであって、
   水の吸光度が脂質の吸光度より大きい１４００ｎｍから１６００ｎｍの赤外領域から特定された波長を有する第１の赤外光と、水の吸光度と脂質の吸光度との差が小さい１２００ｎｍより短い赤外領域の波長を有する第２の赤外光と、を前記生体組織に照射する照明ユニットと、
   前記第１の赤外光と前記第２の赤外光とを受光する赤外カメラと、
   前記赤外カメラによって受光された前記第１の赤外光の受光結果と前記第２の赤外光の受光結果とを合成して、前記水の部分が強調された強調画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、
   を備える撮像システム。
2. 可視領域の波長の光に感度を有する可視カメラと、前記可視カメラが感度を有する波長を発光する可視照明部と、を含む請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記制御ユニットは、前記照明ユニットから異なる波長の光を順次または同時に照射させる照明駆動部を有する請求項１又は請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記制御ユニットは、前記照明駆動部による発光波長の切り替えと、前記赤外カメラによる撮像と、を同期して行う請求項３に記載の撮像システム。
5. 生体組織を撮像する撮像システムであって、
   １６００ｎｍ又は１６００ｎｍ近辺の波長を有する赤外光を照射する照明ユニットと、
   前記赤外光を受光する赤外カメラと、
   可視光を照射する可視照明部と、
   前記可視光を受光する可視カメラと、
   前記可視カメラによって受光された前記可視光の受光結果をリファレンスとし、前記赤外カメラによって受光された前記赤外光の受光結果と前記可視光の受光結果との差分を演算して、前記生体組織のうち膵臓、リンパ節、又は腸間膜を強調した画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、
   を備える撮像システム。
6. 生体組織を撮像する撮像システムであって、
   水の吸光度が脂質の吸光度より大きい、１５５０ｎｍ、１６００ｎｍ又は１６００ｎｍ近辺の波長を有する赤外光を照射する照明ユニットと、
   前記赤外光を受光する赤外カメラと、
   前記赤外カメラによって受光された前記赤外光の受光結果に基づいて、前記生体組織のうち膵臓、リンパ節、又は腸間膜を強調した画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、
   を備える撮像システム。
7. 前記制御ユニットは、前記照明ユニットから異なる波長の光を順次または同時に照射させる照明駆動部を有する請求項５又は請求項６に記載の撮像システム。
8. 前記制御ユニットは、前記照明駆動部による発光波長の切り替えと、前記赤外カメラによる撮像と、を同期して行う請求項７に記載の撮像システム。
9. 前記照明ユニットは、前記異なる波長の光を照射する複数の光源が１つのパッケージに搭載されているモジュールである、請求項７又は請求項８に記載の撮像システム。
10. 前記照明ユニットは、複数の前記赤外光を照射し、
    前記画像処理部は、前記赤外カメラが受光した前記複数の赤外光の受光結果に基づき前記生体組織の立体画像を生成する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の撮像システム。
11. 生体組織を撮像する撮像システムであって、
    可視光を照射する可視照明部と、
    前記可視光を受光する複数の可視カメラと、
    赤外光を照射する照明ユニットと、
    前記赤外光を受光する複数の赤外カメラと、
    前記複数の可視カメラによる前記可視光の受光結果をもとに生成される前記生体組織の表面の立体画像と、前記複数の赤外カメラによる前記赤外光の受光結果をもとに生成される前記生体組織の内部の立体画像とを合成して、前記生体組織の表面と前記生体組織の内部とを合わせた立体画像を生成する画像処理部を有する制御ユニットと、
    を備える撮像システム。
12. 前記制御ユニットは、前記照明ユニットから異なる波長の光を順次または同時に照射させる照明駆動部を有する、請求項１１に記載の撮像システム。
13. 前記制御ユニットは、前記照明駆動部による発光波長の切り替えと、前記赤外カメラによる撮像と、を同期して行う請求項１２に記載の撮像システム。
14. 前記制御ユニットは、前記赤外カメラによって撮像した複数の画像を合成する画像処理部を有する請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の撮像システム。
15. 前記照明ユニットは、８００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長帯域のうち所定波長の前記赤外光を発光する請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の撮像システム。
16. 前記照明ユニットは、１０００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長帯域のうち所定波長の前記赤外光を発光する請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の撮像システム。
17. 前記制御ユニットは、前記赤外光と前記可視光とを順次または同時に照射させる照明駆動部を有する請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の撮像システム。
18. 前記赤外光は狭帯域の波長を有する、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の撮像システム。
19. 画像を表示する表示部を備える、請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の撮像システム。
20. 請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の撮像システムと、
    前記生体組織に対して処置する処置デバイスと、
    を備える手術支援システム。