JP2020014645A - 光感受性物質の撮影画像処理システム及び光感受性物質の撮影方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光感受性物質からの散乱光による影響を低減する。【解決手段】コリメータ３は、平行光を生成（出射）する光学素子であり、手術顕微鏡（カメラ）２の前面に設置され、その光学特性から入射光の散乱光をカットして手術顕微鏡（カメラ）２に出射する。すなわち、コリメータ３は、光感受性物質１０が発生する光１１のうち、光の斜め成分（以下、散乱光と呼ぶ）をカットする。手術顕微鏡（カメラ）２は、コリメータ３によって散乱光がカットされた平行光だけを画像化することになる。近接する光感受性物質１０は、手術顕微鏡（カメラ）２によって、分離した明瞭な画像として撮影される。画像解析装置４は、光感受性物質１０の動態を撮影した画像を元に血流状態を解析する。【選択図】図１

Description

本発明は、光感受性物質の撮影画像処理システム及び光感受性物質の撮影方法に関する。

がんや、脳腫瘍、血管疾患などにおいて、その疾患の診断や治療のため、光線力学診断（ＰＤＤ：Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）、光線力学療法（ＰＤＴ：Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ Ｔｈｅｒａｐｙ）が行われている。ＰＤＤ、ＰＤＴは、光感受性物質の蛍光作用を利用した治療や検査であり、光感受性物質が悪性新生物に集積したり、血管内を流れたりする様子を観察することで行われる。

ＰＤＤ、ＰＤＴに用いられる光感受性物質としては、ＩＣＧ（インドシアニングリーン：ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ ｇｒｅｅｎ）や、フルオレセイン（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ）、５アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ）等の製剤が用いられる。

＜ＰＤＤの一例＞
ＩＣＧ（ジアグノグリーン注射用）や、フルオレセイン（フルオレセイン注射液などの薬剤が用いられる検査）などが用いられる。ＰＤＤは、例えば、脳動脈瘤や、モヤモヤ病などの脳血管疾患、加齢黄斑変性（Ａｇｅ−ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｃｕｌａｒ Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ＡＭＤ）などの網膜疾患の診断・治療に用いられる。

脳動脈瘤クリッピンク術の中でＰＤＤが行われる場合、手術室にて目的血管を露出させ、カテーテルより造影剤として光感受性物質を静脈投与することで検査が行われる。投与された造影剤は、血液の体内循環によって目的血管に到達、その様子を手術顕微鏡の赤外光撮影することで、投与された造影剤が蛍光し、血管の走行や、スピード、流入状態などを把握することができる。例えば、特許文献１には、血管内血流動態を推定する方法及びシステムが提案されている。

＜ＰＤＴの一例＞
５ＡＬＡが用いられる（５ＡＬＡ：アラグリオ 等の薬剤が用いられる検査）。
ＰＤＴは、悪性新生物や、脳腫瘍などに集積する特徴のある光感受性物質を患者に投与し、それらが集積している部位に対してレーザー光を照射して悪性新生物を死滅させたり、集積している部分を外科的に切除したりすることで行われる。脳腫瘍や、悪性新生物などは、それらを単純に目視で確認するだけでは腫瘍の範囲を把握することは困難であるが、光感受性物質を利用することで病変範囲を確実に把握することが可能となり、さらに正常組織を傷害することなく疾患を除去することが可能である。

国際公開第２０１５／０４１３１２号

上述したＰＤＤやＰＤＴは、光感受性物質の蛍光作用を利用した治療や検査であるが、光感受性物質は、その性質上、四方八方に光（放射線）を放ち、散乱・減衰するため、光感受性物質と他の組織との境界がぼやけるという問題がある。

光感受性物質と他の組織との境界がぼやけると、血管や腫瘍などと他の組織（正常組織）との境目がぼやけ、分かり難くなる。このようになると、２つの光感受性物質が近接して隣同士にある場合、２つの物質の境目が分からなくなり、１つの大きな物質が存在しているように見える。

上述した特許文献１のように、光感受性物質の動態を撮影した画像を元に血流状態を解析するようなシステムを利用する場合、光感受性物質からの光が散乱・減衰するために、解析結果の値に誤差を生じてしまうという問題点につながる。

そこで本発明は、光感受性物質からの散乱光による影響を低減することを目的とする。

この発明に係る光感受性物質の撮影画像処理システムは、光感受性物質から出射される光のうち、散乱光を遮断し、他の平行光を通過させるフィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した平行光により結像された像を撮影する撮像手段と、前記撮像手段によって撮影された画像を解析する画像解析手段と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る光感受性物質の撮影方法は、光感受性物質から出射される光のうち、散乱光をフィルタ手段によって遮断し、他の平行光を通過させ、前記通過した平行光により結像された像を撮像手段によって撮影することを特徴とする。

この発明によれば、光感受性物質からの散乱光による影響を低減することができる。

本発明の第１実施形態による光感受性物質の撮影画像処理システムの構成を示すブロック図である。 従来の問題点とその原因を説明するための概念図である。 従来の問題点とその原因を説明するための概念図である。 本第１実施形態で利用可能な異なる構成を有するコリメータの例を示す模式図である。 本第２実施形態による撮影画像処理システムのソフトウェア構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本発明は、光感受性物質を利用する光線力学診断・光線力学療法に適用可能である。

Ａ．第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光感受性物質の撮影画像処理システム１の構成を示すブロック図である。図において、撮影画像処理システム１は、手術顕微鏡（カメラ）２と、手術顕微鏡（カメラ）２の前面に設置されたコリメータ３と、画像解析装置４と、表示装置５とからなる。

コリメータ３は、平行光を生成（出射）する光学素子であり、手術顕微鏡（カメラ）２の前面に設置され、その光学特性から入射光の散乱光をカットして手術顕微鏡（カメラ）２に出射する。すなわち、コリメータ３は、光感受性物質１０が発生する光１１のうち、光の斜め成分（以下、散乱光と呼ぶ）をカットする。

手術顕微鏡（カメラ）２は、いわゆるデジタルカメラであり、レンズ等からなる光学系と光学系により撮像素子の受光面に結像された像を明暗に応じた電荷量に変換する撮像素子とからなる。本実施形態では、手術顕微鏡（カメラ）２には、コリメータ３によって散乱光がカットされた平行光が入射されることになる。したがって、手術顕微鏡（カメラ）２は、光感受性物質１０から放出される光１１のうち、手術顕微鏡に垂直に入射される平行光だけを画像化することになる。

画像解析装置４は、光感受性物質１０の動態を撮影した画像を元に血流状態を解析する。なお、画像解析装置４は、パーソナルコンピュータのソフトウェアによって実現されてもよい。表示装置５は、手術顕微鏡（カメラ）２によって撮影された画像や、画像解析処理部による解析結果などを表示する。

図２、及び図３（ａ）、（ｂ）は、従来の問題点とその原因を説明するための概念図である。図２に示すように、光感受性物質１０と他の組織との境界がぼけるのは、光感受性物質１０から発生する光１１の方向が制御できないからである。このため、実際には、光感受性物質１０から発生する光１１が図２に示すように四方八方に放たれる。このためグラフＧ１のように、隣接する光感受性物質１０から斜め方向に放たれた散乱光１１ａの影響を受け（ノイズとなる）、光感受性物質１０の周辺がぼやけた画像ＩＭＧ１となる。つまり、手術顕微鏡（カメラ）２に対して斜め方向に入射する散乱光１１ａによって画像のボケが現れる。

本来、近接する光感受性物質１０は、グラフＧ２のように２つの信号が離れて撮影される必要がある。このように、近接する光感受性物質１０の画像が分離されて撮影されることで、光感受性物質１０の周辺が明瞭な画像ＩＭＧ２となる。

そこで、この問題を解決するために、本第１実施形態では、図３（ａ）に示すように、手術顕微鏡（カメラ）２にコリメータ３を装着して撮影する。上述したように、コリメータ３は、図３（ｂ）に示すように、散乱光１１ａをカットすることで、光感受性物質１０から放出される光１１のうち、手術顕微鏡（カメラ）２に垂直に入射される平行光１１ｂだけで画像化することが可能となる。

この結果、図２の下段に示すように、近接する光感受性物質１０の画像が分離されて撮影されることで、光感受性物質１０の周辺が明瞭な画像ＩＭＧ２となる。ゆえに、血管や腫瘍などと他の組織（正常組織）との境目が明確になり、より正確な診断、治療を行うことが可能となる。

コリメータ３としては、様々な形状、素材から構成されてもよい。コリメータの選択は、検査の目的や、条件などにより使い分けることが可能である。コリメータ３は、スリット部３ａと中間物質３ｂとからなる。スリット部３ａは、光を吸収させる必要があるため、光吸収素材で構成される。中間物質３ｂは、光を透過させる必要があるため、空気若しくは空気に近い光透過率を持つ素材から構成される。コリメータ３の形状の違いとしては、スリット部３ａの厚み、中間物質（空気）３ｂの厚み、スリット部３ａの高さなどがある。

図４（ａ）〜（ｈ）は、本第１実施形態で利用可能な異なる構成を有するコリメータの例を示す模式図である。図４（ａ）には、スリット部３ａを平行に並べたパラレルホール、同図（ｂ）には、スリット部３ａをＶ字型としたピンホール、同図（ｃ）には、ファンビーム、同図（ｄ）には、スリット部３ａを左右対称に傾けたバイラテラル、同図（ｅ）には、スリット部３ａを左右一方向に傾けたスラントホール、同図（ｆ）には、スリット部３ａの一端の間隔を他端に比べ狭くしたダイバージング、同図（ｇ）には、スリット部３ａの一端の間隔を他端に比べ広くしたコンバージング、そして、同図（ｈ）には、コーンビームを示している。なお、図示したコリメータ３の一覧は一例であり、他の形状であってもよく、状況によって様々な形状、構造を選択して用いることができる。

なお、上述した第１実施形態では、コリメータ３を、手術顕微鏡（カメラ）２の前面に設置したが、これに限らず、手術顕微鏡（カメラ）２の光学系（レンズ群）内に含めるようにしてもよい。

上述した第１実施形態によれば、コリメータ３は、光感受性物質１０が発生する光１１のうち、散乱光１１ａをカットし、その他の平行光１１ｂを通過させるコリメータ３を設置するようにしたので、手術顕微鏡（カメラ）２による光感受性物質１０が発生する光の撮影において、光感受性物質からの散乱光による影響を低減することができる。この結果、近接する光感受性物質１０は、手術顕微鏡（カメラ）２によって、分離した明瞭な画像として撮影される。ゆえに、血管や腫瘍などと他の組織（正常組織）との境目が明確になり、より正確な診断、治療を行うことが可能となる。

Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上述した第１実施形態では、手術顕微鏡（カメラ）２の前面に、散乱光をカットするコリメータ（スリット）３を装着して撮影したが、本第２実施形態では、コリメータ３を装着するのではなく、手術顕微鏡（カメラ）２によって撮影された画像に対して、ソフトウェアによる画像フィルタを用いることで、ノイズの低減、関心部位の描出を行うことを特徴とする。

図５（ａ）、（ｂ）は、本第２実施形態による撮影画像処理システムのソフトウェア構成を示すブロック図である。本第２実施形態では、ソフトウェア的な画像フィルタとして、スムージング（平滑化）フィルタ４−１又は／及びエンハンス（先鋭化）フィルタ４−２を用いる。スムージング（平滑化）フィルタ４−１としては、ノイズ成分を含む画像上の変動部分を除去するコンボリューションフィルタを用い、デジタルフィルタと画像とを重積分することでノイズを軽減する。また、エンハンス（鮮鋭化）フィルタ４−２としては、周波数空間で使用するフーリエ関数（フィルタ）を用い、画像をフーリエ変換したとき、統計ノイズである高周波成分がノイズであると見なして高周波成分をカット（ゲインを下げる）することで輪郭強調する。

図５（ａ）には、スムージング（平滑化）フィルタ４−１を用いる例を示す。図において、手術顕微鏡（カメラ）２で撮影された画像（データ）は、スムージング（平滑化）フィルタ４−１に供給される。スムージング（平滑化）フィルタ４−１は、供給される画像（データ）に対して、デジタルフィルタと画像とを重積分することでノイズ成分を含む画像上の変動部分をカットする。画像解析部４−３は、ムージング（平滑化）フィルタ４−１によりフィルタリング（ノイズ除去）された画像データから所定の手法に従って血流状態などを解析する。

図５（ｂ）には、エンハンス（鮮鋭化）フィルタ４−２を用いる例を示す。図において、手術顕微鏡（カメラ）２で撮影された画像（データ）は、エンハンス（鮮鋭化）フィルタ４−２に供給される。エンハンス（鮮鋭化）フィルタ４−２は、供給される画像（データ）に対して、フーリエ変換を施し、このとき、統計ノイズである高周波成分がノイズであると見なして高周波成分をカットする。画像解析部４−３は、エンハンス（鮮鋭化）フィルタ４−２によりフィルタリング（ノイズ除去）された画像データから所定の手法に従って血流状態などを解析する。

なお、上述した第２実施形態においては、ソフトウェアによる画像フィルタを用いるとしたが、これに限らず、専用の電子回路、集積回路（ＡＳＩＣ）などのハードウェアを用いるようにしてもよい。

１ 撮影画像処理システム
２ 手術顕微鏡（カメラ）
３ コリメータ
３ａ スリット部
３ｂ 中間物質
４ 画像解析装置
４−１ スムージング（平滑化）フィルタ
４−２ エンハンス（鮮鋭化）フィルタ
４−３ 画像解析部
５ 表示装置
１０ 光感受性物質
１１ 光
１１ａ 散乱光
１１ｂ 平行光

Claims (9)

1. 光感受性物質から出射される光のうち、散乱光を遮断し、他の平行光を通過させるフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段を通過した平行光により結像された像を撮影する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮影された画像を解析する画像解析手段と、
   を備えることを特徴とする光感受性物質の撮影画像処理システム。
2. 前記フィルタ手段は、コリメータであることを特徴とする請求項１に記載の光感受性物質の撮影画像処理システム。
3. 前記コリメータは、パラレルホール、ピンホール、ファンビーム、バイラテラル、スランドホール、ダイバージング、コンバージング、又はコーンビームのうち、少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の光感受性物質の撮影画像処理システム。
4. 前記フィルタ手段は、ソフトウェアにより実現される画像フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光感受性物質の撮影画像処理システム。
5. 前記画像フィルタは、平滑化フィルタであることを特徴とする請求項４に記載の光感受性物質の撮影画像処理システム。
6. 前記画像フィルタは、鮮鋭化フィルタであることを特徴とする請求項４に記載の光感受性物質の撮影画像処理システム。
7. 光感受性物質から出射される光のうち、散乱光をフィルタ手段によって遮断し、他の平行光を通過させ、前記通過した平行光により結像された像を撮像手段によって撮影することを特徴とする光感受性物質の撮影方法。
8. 前記フィルタ手段は、コリメータであることを特徴とする請求項７に記載の光感受性物質の撮影方法。
9. 前記フィルタ手段は、ソフトウェアにより実現される画像フィルタであることを特徴とする請求項７に記載の光感受性物質の撮影方法。