JP3823096B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、白色光を用いる内視鏡検査では認識不可能な体内の異常組織を撮像し、その領域を定位し識別する撮像装置に関し、特に、異常な気管支組織を撮像し、炎症、裸出、異形成、非浸潤性の初期癌(本来の癌)などの状態を検出するのに適した撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在では、患者の体腔の検査の最も効果的な方法は内視鏡による。肺の空気が通過する通路の検査の為に、通常は気管支鏡のようなフレキシブルな内視鏡がよく使われている。内視鏡と類似の気管支鏡は、可視可能な白色光を用いて検査される表面を照射する。この照射光は、ファイバーオプティック照明光ガイドにより肺の空気通路(気管)内に導かれる。気管支組織から反射され拡散された光は、気管支鏡の撮像ファイバ束内に結像する為の投影レンズにより受光される。撮像ファイバ束は、それぞれ被覆された数千個のファイバから構成され、これらのファイバはコヒーレント像を体外へ伝達する。そして、この像は、人間の検査の為、気管支鏡の接眼鏡を通って投影される。カラ−ビデオカメラを気管支鏡の接眼レンズに取り付けることができるので、反射され散乱された白色光(広帯域の光)のカラ−像をカラ−ビデオモニタ上に映出させることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な気管支鏡を用いた場合、大きい浸潤性の癌は、即座に見つけることができる。しかし、小さな炎症、裸出、形成異常、初期の肺癌などは、このような装置では即座に見付けることができない。
【0004】
通常の白色光気管支鏡により検出することが困難である小さな初期肺癌を可視化できる幾つかの方法が開発されている。これらのすべては、腫瘍定位剤、例えば、腫瘍組織に特に取り付いて視認できるようなヘムポルフィリン(Haematoporphyrin)誘導体、又はポルフィマ(Porfimer) ナトリウムを併用する。これらの薬剤の幾つかは、蛍光を発し、これらの蛍光は非撮像装置および撮像装置により検出できる(プロフィオ(Profio)AE氏ら.,Med Phys 6:532-535,1979;プロフィオ(Prpfio) AE氏ら.,Med Phys 11:516-520,1984; プロフィオ(Prpfio)AE氏ら,MedPhys 13:717-721,1986; ハヤタ(Hayata) Y氏ら.,Chest 82:10-14,1982;カトウ(Kato) A氏,Cortese DA,Clin Chest Med 6:237-253,1985;モンタン(Montan) S氏ら.,Opt Letters10:56-58,1985 )。これらの技術の問題は、この薬剤が深刻な副作用を有し、よって、この薬剤の使用は診断目的の為には適当ではないことである。加えて、比率蛍光メ−タ(ratiofluorometer)探査(プロフィオ(Profio) AEなど.,Med. Phys 11:516-520,1984 )のような非イメ−ジ装置を用いては、異常領域の正確な定位及び識別を得ることができない。
【0005】
浸潤性の腫瘍を検出する他の方法がアルファノ氏ら(Alfano et al)の1990年6月5日に許可された米国特許第4,930,516号公報に記載されている。アルファノ氏らは、癌組織の蛍光スペクトルが正常組織の蛍光スペクトルとは異なり、腫瘍組織の最大蛍光ピ−クが青寄りの短い波長(531nmから521nmへ)にシフトしていることに基づいて癌の検知の方法を開示している。これらの観察は、容器内での切開された大きな(浸潤性)動物及び人間の腫瘍により基づき、人体内の腫瘍の観察ではない。加えて、炎症をおこした組織又は癌になる前の組織のような他の異常細胞についての記録はない。我々は、通常の気管支鏡に取り付けることができる特別な形状の光学マルチチャンネルアナライザにより、405nm、442nm、488nmを含む異なった励起波長を用いて、患者の組織の蛍光を計測した。アルファノ氏らの観察に対して、我々は、これらの励起波長を用いて通常の組織と腫瘍組織との間の蛍光スペクトルの形状の差異はみとめられなかった。特に、放射ピ−クの青側へのシフトはなかった。我々は、全ての蛍光強度、取り分け、可視スペクトルの緑領域で十分な差異を観測した。全ての蛍光強度で僅かではなく十分な減少が癌になる前及び癌でない病巣にも観測された(異形成及び化生)。
【0006】
緑蛍光の減少は、リボフラビンの酸化された形態の減少したレベルによる。リボフラビンは緑領域で強く蛍光し、通常の人間の肺組織で強い緑蛍光にすぐれた反応すると考えられている。ガン組織では、リボフラビンがより少なくなることが発見(ポラック(Pollack )マ氏ら.,Cancer Res 2:739-743,1942 )され、現在では減少状態が見いだされている。これは、悪性となる前の肺組織及び悪性の肺組織の自己蛍光が減少する原因となる。
【0007】
試験は、異形成の肺組織及び癌の、このような組織の減少された自己蛍光の例を知らせることとなった。異常な組織と正常な組織の間の主な差異は、480nm〜600nmのスペクトルの部分での蛍光強度の大きい減少により明らかにされた。約635nmよりも大きい波長では、組織の自己蛍光は異常な組織と正常な組織とでは殆ど同一である。試験は、442nm、405nm、488nmの励起光を用い、異常な組織と正常な組織とを比較して結果を得た。これらの全てのデ−タは、光学マルチチャンネルアナライザを用いた通常のファイバ気管支鏡により体内から得られた。
【0008】
異常組織のスペクトルの変化なしに発せられた自己蛍光が大きく減少して観察されたことにより、2つ又はそれ以上の波長の割合を用いた方法は、プロフィオ氏及び協力者により最初に記述され、自己蛍光のみを用いて正常細胞と異常細胞とを通常は区別できないフォトフリン(Photofrin)(プロフィオ氏ら.,Med. Phys.11:516-520,1984 )のような蛍光薬剤を服用した患者により実験された。
【0009】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、組織の自己蛍光の強度を利用して、体内の異常組織(特に肺)の領域を検出し識別することが可能な撮像装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る撮像装置は、異常組織および正常組織に関する固有の自己蛍光を発生可能な複数の波長を含む励起光を出射する光源と、上記励起光を含み光を組織に照射し、上記固有の自己蛍光を発するように上記組織を励起する照射手段と、上記組織から発せられた自己蛍光を収集する収集手段と、上記自己蛍光を、異常組織の自己蛍光強度が正常組織の自己蛍光強度と実質的に相違するスペクトル帯域、および異常組織の自己蛍光強度が正常組織の自己蛍光強度と実質的に等しくなるスペクトル帯域内にろ光するろ光手段と、上記ろ光された自己蛍光を遮断し、上記組織の少なくとも2つのろ光された自己蛍光像を形成する光学手段と、正常組織と異常組織とを識別するように、上記得られた像を表示する表示手段と、を備えている。
【0011】
上記構成を有する撮像装置は、組織の自己蛍光特性を利用して患者の異常組織を検出し識別するものである。自己蛍光像の形成および解析は、光増幅CCDカメラ等の高感度検出器を用いて行なわれる。虚像は、1つの像をRGBカラーモニタの赤チャンネルに、1つの像を緑チャンネルに送ることによって形成される。2つの像を同時に、あるいは数ミリ秒の間隔をもって形成することにより、虚像を即時に形成することが可能となる。そして、この虚像は、病気に犯された組織を周囲の正常な組織から明確に識別することができる。
本願発明は、さらに以下の項1〜22を提供する。
項1. 異常組織および正常組織に関する固有の自己蛍光を発生可能な複数の波長を含む励起光を出射する光源と、上記励起光を含み光を組織に照射し、上記固有の自己蛍光を発するように上記組織を励起する照射手段と、上記組織から発せられた自己蛍光を収集する収集手段と、上記自己蛍光を、異常組織の自己蛍光強度が正常組織の自己蛍光強度と実質的に相違するスペクトル帯域、および異常組織の自己蛍光強度が正常組織の自己蛍光強度と実質的に等しくなるスペクトル帯域内にろ光するろ光手段と、上記ろ光された自己蛍光を遮断し、上記組織の少なくとも2つのろ光された自己蛍光像を形成する光学手段と、正常組織と異常組織とを識別するように、上記得られた像を表示する表示手段と、を備えた組織内の患部を撮像する撮像装置。
項2. 上記表示手段はカラーモニタを備え、上記光学手段は、色の変化により異常組織と正常組織とを解析および識別可能な表示像を形成する2つの異なるカラー信号として上記カラーモニタに供給される少なくとも2つの像を形成する、
項1に記載の撮像装置。
項3. 上記光源は所望の励起光を出射するレーザ光源を備えている項1に記載の撮像装置。
項4. 上記光源は、上記自己蛍光像と共に収集、形成および表示される白色光像を形成するための白色光源を備えている項3に記載の撮像装置。
項5. 上記レーザ光源により組織の照射と上記白色光源による組織の照射とを切換える同調手段を備えている項4に記載の撮像装置。
項6. 上記同調手段は、上記レーザ光源および白色光源とそれぞれ組み合わされ上記レーザ光源および白色光源の一方の光源により上記組織が照射されている際他方の光源からの光を遮蔽する遮蔽手段を備えている項5に記載の撮像装置。
項7. 上記遮蔽手段はシャッタを備えている項6に記載の撮像装置。
項8. 上記照射手段は、気管支鏡の光学的光ガイドを備えている項1に記載の撮像装置。
項9. 上記収集手段は、気管支鏡の撮像ファイバ束およびこの撮像ファイバ束と協同する集束レンズを備えている項1に記載の撮像装置。
項10. 上記光学手段は、上記ろ光された自己蛍光像を形成する撮像光検出器を備え、上記ろ光手段は、上記出射された自己蛍光の光路内に侵入可能に設けられろ光された複数の自己蛍光像を形成する複数のフィルタを備えている項1に記載の撮像装置。
項11. 上記光検出器は光増幅CCDを備えている項10に記載の撮像装置。
項12. 上記白色光像が発生された際に白色光像を撮像する他の光学手段を備え、上記他の光学手段は、上記収集された光内へ挿入可能に設けられ白色光像をカラービデオカメラに向かって偏向する可能ミラーを備えている項10に記載の撮像装置。
項13. 上記光学手段は、ろ光された複数の自己蛍光像を同時に形成する少なくとも2つの撮像光検出器を備え、上記各撮像光検出器はろ光手段を有している項1に記載の撮像装置。
項14. 上記出射された自己蛍光像を上記少なくとも2つの撮像光検出器の各々へ向ける分光手段を備えている項13に記載の撮像装置。
項15. 上記分光手段はダイクロイックミターを備えている項14に記載の撮像装置。
項16. 上記撮像光検出器は光増幅CCDを備えている項13に記載の撮像装置。
項17. 上記白色光像が発生された際に白色光像を撮像する他の光学手段を備え、上記他の光学手段は、上記収集された光内へ挿入可能に設けられ白色光像をカラービデオカメラに向かって偏向する可能ミラーを備えている項13に記載の撮像装置。
項18. 上記光学手段は、上記収集光を複数の方向へ同時に分光するプリズムと、分光された各光を受けるろ光手段および光検出手段と、を備えている項1に記載の撮像装置。
項19. 画像処理手段を備え、上記画像処理手段は、ろ光された自己蛍光像をデジタル化するデジタル化手段と、上記デジタル化された像を変換演算法により強調し、演算された虚像を即時に作り出す画像強調手段と、を備えている項1に記載の撮像装置。
項20. 上記デジタル化された像を保存する記憶手段を備えている項19に記載の撮像装置。
項21. 上記画像処理手段はコンピュータ内の画像処理ボードを備えている項19に記載の撮像装置。
項22. 上記記憶手段はコンピュータメモリを備えている項19に記載の撮像装置。
【0012】
【実施例】
以下図面を参照しながらこの発明の実施例について詳細に説明する。
【0013】
図1ないし図4は、異形成の気管支組織および上皮内癌に関する組織自己蛍光が減少する例をそれぞれ示している。正常組織と異常組織との主な相違は、480ないし600nmのスペクトル領域に現れる蛍光強度の大幅な減少によって明白となる。約635nm以上の波長においては、正常組織と異常組織との組織自己蛍光はほぼ等しくなる。図1および図2は、442nmヘリウムーカドニウムレーザ光を用いて組織を励起した場合の測定結果をそれぞれ示している。図1は、正常組織および異成形組織の組織自己蛍光スペクトルを示し、図2は、異なる患者に関して、正常組織に対する上皮内癌組織の組織自己蛍光スペクトルを示している。他の励起光、例えば、図3に示す405nmの励起光、あるいは、図4に示す488nmの励起光を用いた場合にも同様の結果が得られた。図3および図4の両ケースにおいて、複数の患者の上皮内癌組織をこれらの患者の正常な肺臓組織と比較した。これら全てのデータは、光学的多チャンネル解析装置を用いた通常の気管支鏡検査の間に体内で得られたものである。
【0014】
この発明の装置は、スペクトルの異なる領域における蛍光強度の差を利用して異常組織の鑑定および描写を行なうように構成されている。
【0015】
図5は、この発明に係る撮像装置を、患者の肺臓の気管支組織の検査に用いる場合の実施例を概略的に示している。この図から分かるように、撮像装置は、肺臓の気管支組織の検査に使用される従来の気管支鏡と一体化されている。
【0016】
撮像装置は励起光を出射する光源1を備え、この光源は正常組織および異常組織に関する固有の自己蛍光スペクトルを発生可能な複数の波長を含み励起光を出射する。光源1は図6に拡大して示されており、選択された所望の波長の励起光を出射可能なレーザ光源7を備えていることが望ましい。また、装置は、白熱キセノン光源8のような白色光源を備え、必要であれば、白色光を照射することができる。レーザ光源7は組織自己蛍光から得られる虚像を形成するために使用され、白色光源8は反射/拡散白色光のカラー像を形成するために使用される。
【0017】
各光源からの光は同調手段に入射し、この同調手段は、レーザ光源7および白色光源8の光を組織に選択的に照射することができる。図6に示された実施例において、上記同調手段は電子的に制御されるシャッタ9および13を有する遮蔽手段を備え、これらのシャッタ9、13はレーザ光源7および白色光源8とそれぞれ協同する。シャッタ9が開放されレーザ光が通過可能となっている場合、シャッタ13は閉じられて白色光の通過を規制する。また、シャッタ9が閉じられている場合には、シャッタ13が開放されて白色光の通過を許容する。レーザ光源7からのレーザ光は、開放したシャッタ9、ピンホールを有するミラー10、およびレンズ11を通り、このレンズはレーザ光を照射手段上に集束する。照射手段は、従来の気管支鏡の光ガイド12を含み、光を組織上に照射する。光ガイド12は励起光を検査される組織領域に導く。レーザ光が照射されると、組織は正常組織および異常組織を示す固有の自己蛍光を発する。標準的な白色光の照射像を形成する場合、シャッタ9は閉じられ、予め閉じられていたシャッタ13が開放される。それにより、白色光源8からの光はシャッタ13を通過する。続いて、白色光はニュートラルフィルタ群14によってろ光された後、ミラー15で反射されレンズ16に入射し、更に、このレンズにより集束された後にミラー10で反射されレンズ11を通って気管支鏡の光ガイド12上に集束される。ニュートラルフィルタ群14は、白色光源8からの白色光を、この撮像装置内で使用されている光センサに適した強度とするために使用されている。それにより、組織に導かれた白色光は検査される組織を照射する。また、光ガイド12により、光は検査される領域全体に渡って均一に分散される。
【0018】
本実施例において、気管支鏡は複数の像を気管支鏡レンズ(図示しない)形状に収集する収集手段として機能し、この気管支鏡レンズは、拡散光および反射光あるいは肺臓から出射された自己蛍光を収集し、気管支鏡の撮像ファイバ束2によって体外へ伝送する。このような収集光は、撮像ファイバ束2に接続された気管支鏡の接眼レンズ21(図7参照)に導かれる。
【0019】
収集された光は、気管支鏡の接眼レンズ21から像形成モジュール3に入射し、この像形成モジュール3は、自己蛍光をろ光するろ光手段と、ろ光された光を遮断する光学手段とを備えている。像形成モジュール3としては種々のものが実施可能である。
【0020】
図7はろ光手段および光学手段を有する像形成モジュールを示しており、この像形成モジュールは出射された自己蛍光の像を形成する。実施例において、自己蛍光をろ光するろ光手段は、出射された自己蛍光の光路内へ連続して侵入可能な連続した複数のフィルタを有し、連続したろ光自己蛍光像を形成する。詳細には、像形成モジュールはフィルタホイール18を備え、このフィルタホイールは像形成モジュールの光学手段の下方に可動自在に設けられている。レーザ光源7を使用する場合、少なくとも2つのスペクトル帯域に生じた自己蛍光をろ光する必要がある。1つのスペクトル帯域において、異常組織に関する自己蛍光強度は正常組織に関する自己蛍光強度と実質的に相違し、また、他のスペクトル帯域において、異常組織に関する自己蛍光強度は正常組織に関する自己蛍光強度とほの一致する。例えば、図1ないし図4に示されているような肺臓検査用の固有スペクトル帯域に従い、フィルタホイール18には2つのフィルタが設けられる。この場合、442nmあるいは405nmのレーザ光に対しては、500±20nmの緑フィルタおよび630nmの赤ロングパスフィルタが使用される。緑フィルタは、異常組織の自己蛍光強度が正常組織の自己蛍光強度と実質的に相違するあるスペクトル帯域に、自己蛍光をろ光する。また、赤ロングパスフィルタは、異常組織および正常組織の自己蛍光強度が実質的に一致するあるスペクトル帯域に自己蛍光をろ光する。これら2つのフィルタは、それぞれその半分が互いに重なるようにフィルタホリール18に装着されている。フィルタホイール18を所望の速度で回転させることにより、緑フィルタおよび赤ロングパスフィルタでろ光された自己蛍光像は、像増倍されたCCDカメラのような単一の高感度検出器17を有する光学手段によって逐次的に撮像される。
【0021】
前述した像形成モジュールは、白色光源8を用いて組織を照射した場合において反射および拡散した白色光像を撮像するための他の光学手段を備えている。つまり、図7に示すように、像形成モジュールは移動自在なミラー20を備え、このミラー20は接眼レンズ21により伝送されてきた収集光の光路内へ挿入可能に設けられている。また、ミラー20は、白熱像を撮像するためのカラービデオカメラ22へ白色光を偏向する位置へ位置合わせ可能となっている。そのため、ミラー20の移動は、白色光源8が組織の照射に使用された場合のみ、収集光をビデオカメラ22へ偏向するように制御される。また、白色光源8を使用する場合、従来の気管支鏡と同様の方法で、カラー画像をカラーモニタに形成することができる。レーザ光源7を用いて組織を照射する場合、ミラー20は光路から退避され、自己蛍光のろ光およびこれに続く検出器17による撮像を許容する。
【0022】
図8は像形成モジュールの他の実施例を示している。この実施例によれば、光学手段は、ろ光された複数の自己蛍光像を同時に撮像する少なくとも2つの光検出器を備えている。各光検出器は協同するろ光手段を有している。複数の自己蛍光像を同時に収集するために、図7に示された実施例におけるフィルタホイール18はダイクロイックミラー24のような分光手段に置き換えられている。ダイクロイックミラー24は、600nmよりも波長の長い赤色光の通過を許容し、より短い波長の光を反射する。この場合、所望の自己蛍光を一層正確に選択するためにフィルタ25、26を更に備えていてもよく、各像は像増倍されたCCDカメラ17、23のような2つの独立した高感度光検出器上に結像される。図8において、フィルタ25は630nmの赤ロングパスフィルタであり、ダイクロイックミラー24からの赤色光を、正常組織および異常組織の自己蛍光強度が実質的に一致するあるスペクトル帯域に更にろ光する。また、フィルタ26は500±20nmの緑フィルタであり、自己蛍光を、異常組織の自己蛍光強度が正常組織の自己蛍光強度と実質的に相違するスペクトル帯域にろ光する。CCDカメラ17および/あるいは23によって撮像された像は、RGBカラーモニタ5(図5参照)の赤および緑入力チャンネルに送られる。
【0023】
図7に示された構成において、白色光源8により得られた反射/拡散白色光像はカラーカメラ22によって撮像されるとともに、白色光源8による組織の照射を続けながら、光路へ挿入可能な共通の可動ミラー20を用いて、検査された部位を視認するためにカラーモニタに直接表示される。
【0024】
図9はこの発明に係る撮像装置とともに使用される像形成モジュールの他の実施例を示している。この実施例によれば、プリズム27が設けられており、このプリズムは収集された光を複数の方向へ同時に分光する。レーザ光源7と白色光源8とを切換えることにより、自己蛍光像と白色光像とを33ミリ秒のサイクルで逐次的に撮像することができる。それにより、白色光(広帯域)カラー像と自己蛍光虚像とを表示手段上で同時に観察することが可能となる。
【0025】
この実施例によれば、3つの光検出器28、29、30を有する特別のカメラが使用されている。そして、プリズム27は収集された光を3つの像に分割し、これらの像は3つの独立した光検出器によって撮像される。光検出器28、29は光増幅器37、38を有するCCD撮像装置を備え、また、光検出器30は通常のCCD撮像装置を備えている。各光検出器はフィルタ32、33、34をそれぞれ有しているとともに、x,y,zマイクロ位置決め装置をそれぞれ備えている。フィルタ32、33は前述した実施例と同様であり、500±20nmの緑フィルタ32および630nmのロングパスフィルタ33を構成している。また、CCD撮像装置30は、広帯域の青フィルタ34を備えている。
【0026】
図5からよく分かるように、カメラ制御部4は、3つの画像信号、つまり、赤フィルタ32および増幅されたCCD撮像装置28によって形成された赤信号、緑フィルタ33および増幅されたCCD撮像装置29によって形成された緑信号、および青フィルタ34および非増幅のCCD撮像装置30によって形成された青信号を発生するように構成されている。
【0027】
上記複数の実施例において、光増幅検出器に代わって、特別に設計されたCCD撮像装置を用いてもよい。例えば、特に、高い空間解像度を必要としない場合、科学的CCD検出器の複数の画素を、非常に低い信号を検出可能な非常に大きな単一の画素に電子的に組み込むようにしてもよい。
【0028】
前述したこの発明に係る種々の像形成モジュールによって得られた画像信号の全てあるいは幾つかは、カラーモニタ5に直接表示されてもよく、あるいは、表示の前に画像処理手段により画像処理されてもよい。また、この発明によれば、白色光(広帯域)照射とレーザ照射とを約1/30秒で切換えることも可能である。
【0029】
レーザ光源を用いる場合、図9に示された像形成モジュールは、選択された2つのスペクトル帯域に渡る2つの自己蛍光像と青色拡散/反射励起光像とを同時に収集することができる。これらの像は画像処理手段により視覚的あるいは数学的に合成され、画像内に存在する種々の組織を判別可能とする。白色光源を用いた場合、装置は赤、緑、青の反射/拡散光像を収集し、組織の標準的なカラー像を形成する。
【0030】
更に、カラー像を青色レーザで照射された自己蛍光像と組合わせることにより、種々の組織の方向性、位置、描写を強調するようにしてもよい。
【0031】
検査中の患部の組織から発せられた固有の自己蛍光に基づいて正常組織と患部組織との相違を強調するように、フィルタは組織の種類および/あるいは病状に応じて種々の組合せで用いられる。
【0032】
図5に示すように、この発明に係る撮像装置は撮像ボード35のような画像処理手段を備えていることが望ましい。この撮像ボード35は、撮像装置を制御および調整するコンピュータ6と組み合わせて使用される。また、必要であれば、撮像ボード35は画像をデジタル処理することができる。つまり、撮像ボード35は、像形成モジュールにより得られたろ光された像をデジタル化するとともに、デジタル化された画像を変換演算法により強調し、ビデオモニタ5に表示される演算された虚像を即時に作り出す。一方、デジタル化された画像はコンピュータ6のメモリに保存されてもよい。
【0033】
デジタル化された画像の画素値は、数学的変換を用いて、各画素の値の計算に使用される。それにより、患部組織を示す全ての画素は正常な組織の画素から明白に識別される。上記工程は画像を強調するためにも使用され、それにより、病状の程度を測定することができるとともに他の処置および/あるいは他の検査を可能とする。
【0034】
従来より種々の数学的演算法が提供されており、これらの演算法により、デジタル化された自己蛍光像および拡散/反射光像から種々の演算された虚像を作り出すことができるとともに、特定の病状組織に適した固有の空間領域に渡って自己蛍光像を得ることができる。プログラム化され、デジタル化された画像に適応可能な好ましい数学的演算法としては、色合い、コントラスト、強度機能、主成分分解演算法、差の対数、減法演算法等があり、これらの全ては、病気に犯された組織から正常な組織を描写することができる。
【0035】
腫瘍定位剤を用いた変換方法に関する報告(プロフィオ(Profio)医療物理学、11:516−520、1984)は、本願発明者等により、撮像方法には適さないことが判明している。上記変換方法は、大きな浸潤癌を除いて、しばしば異常領域の発見に失敗する。
【0036】
この発明の好ましい実施例によれば、画像のデジタル化および画像処理は必要とされない。つまり、カラーモニタ5および人間の視覚により、正常部位と病気に犯された部位との差を色の差として視認することができる。
【0037】
2つの高感度CCDカメラを有する図8に示された像形成モジュールを使用する場合、一方のCCDカメラはRGBカラーモニタ5の赤チャンネルを伝送し、他方のCCDカメラは緑チャンネルを伝送する。異常な気管支組織および正常な気管支組織に関する赤色の組織自己蛍光は互いにほぼ等しい。一方、異常部位に関する緑色の組織自己蛍光は正常な組織の自己蛍光に対して劇的に低下する。従って、異常部位は、周囲の正常組織に比較して、緑が弱く赤および/あるいは薄茶色が多く現れ、そして、周囲の正常組織は、正常組織の赤自己蛍光よりも緑自己蛍光が強いことから、明るい緑として現れる。上記この発明の好ましい実施例によれば、画像処理を必要とすることなく、患部を即時に視認することができ、その結果、非常に経済的である。
【0038】
また、図7に示されているような、単一のCCDカメラおよびフィルタホイール18を有する像形成モジュールを用いた場合にも上述と同様の効果を得ることができる。この実施例に場合、得られた2つの赤自己蛍光像および緑自己蛍光像は複数のビデオ比で電子的に組み合わされ、赤入力信号および緑入力信号としてRGBカラーモニタに送られる。
【0039】
一方、組織自己蛍光の異なる2つのスペクトル帯域が得られ、カラーモニタのカラー表示のための赤および緑信号として利用される。この方法は、炎症を起した組織、異成形組織および非浸潤癌の虚像を非常に明瞭に形成することができ、これらの組織を正常な組織から明確に識別することができる。そして、病気に犯された組織における自己蛍光の低下、特に、緑の領域における低下は、病気の存在および病気の状態を示している。
【0040】
腫瘍定位剤が使用された場合、この発明に係る撮像装置は小さいおよび大きな腫瘍の視認に使用される。例えば、フォトフリン(ポルフィマナトリウム)のような定位剤については、この定位剤が最大値630nmおよび690nmの自己蛍光を発する際、同一のフィルタを使用することができる。この場合においても、定位剤により定位された全ての患部を、正常な組織から明確に識別することができる。
【0041】
なお、この発明は上述した実施例に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。
【0042】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明によれば、組織の自己蛍光の強度を利用して、体内の異常組織の領域を検出し識別することが可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 励起波長442nmの場合における、異成形組織と正常組織との差を示す自己蛍光スペクトルの例を示す図。
【図2】 励起波長442nmの場合における、上皮内癌組織と正常組織との差を示す自己蛍光スペクトルの例を示す図。
【図3】 励起波長405nmの場合における、上皮内癌組織と正常組織との差を示す自己蛍光スペクトルの例を示す図。
【図4】 励起波長488nmの場合における、上皮内癌組織と正常組織との差を示す自己蛍光スペクトルの例を示す図。
【図5】 異常気管支組織の撮像に適したこの発明に係る撮像装置を概略的に示す図。
【図6】 像形成モジュールを詳細に示す図。
【図7】 自己蛍光像を形成するために使用される単一の高感度検出器を有するろ光およおよび光学機構を示す図。
【図8】 2つの高感度カメラを用いて複数の自己蛍光像を同時に得る他のろ光および光学機構を示す図。
【図9】 2つの自己蛍光像と1つの反射/拡散白色光像とを同時に撮像可能なプリズムを備えた更に他のろ光および光学機構を示す図。
【符号の説明】
1…光源、3…像形成モジュール、5…カラーモニタ、7…レーザ光源、8…白色光源、9、13…シャッタ、12…光ガイド、14、25、26、32、33、34…フィルタ、17…光検出器、21…接眼レンズ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging device that images abnormal tissue in the body that cannot be recognized by endoscopy using white light, and localizes and identifies the region, and in particular, images abnormal bronchial tissue to detect inflammation and nakedness. The present invention relates to an imaging apparatus suitable for detecting conditions such as dysplasia and non-invasive early cancer (original cancer).
[0002]
[Prior art]
Currently, the most effective method of examining a patient's body cavity is by an endoscope. Usually, a flexible endoscope such as a bronchoscope is often used to examine the passage of lung air. A bronchoscope, similar to an endoscope, illuminates the surface to be examined with visible white light. This irradiation light is guided into the air passage (trachea) of the lung by a fiber optic illumination light guide. The light reflected and diffused from the bronchial tissue is received by a projection lens that forms an image in the imaging fiber bundle of the bronchoscope. An imaging fiber bundle is composed of thousands of coated fibers each of which transmits a coherent image outside the body. This image is then projected through the bronchoscope eyepiece for human examination. Since the color video camera can be attached to the eyepiece of the bronchoscope, a color image of reflected and scattered white light (broadband light) can be projected on the color video monitor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When using a common bronchoscope, large invasive cancers can be found immediately. However, small inflammations, nakedness, dysplasia, early lung cancer, etc. cannot be found immediately with such devices.
[0004]
Several methods have been developed that can visualize small early stage lung cancer that is difficult to detect with a normal white light bronchoscope. All of these are combined with a tumor stereotactic agent, for example, a haematoporphyrin derivative or Porfimer sodium that is particularly visible and attached to the tumor tissue. Some of these agents fluoresce, and these fluorescence can be detected by non-imaging and imaging devices (Profio AE et al., Med Phys 6: 532-535, 1979; Propfio AE). Et al., Med Phys 11: 516-520,1984; Prpfio AE et al., MedPhys 13: 717-721,1986; Hayata Y et al., Chest 82: 10-14,1982; Kato (Kato) A, Cortese DA, Clin Chest Med 6: 237-253, 1985; Montan S et al., Opt Letters 10: 56-58, 1985). The problem with these techniques is that the drug has serious side effects and therefore the use of the drug is not suitable for diagnostic purposes. In addition, non-imaging devices such as ratiofluorometer exploration (Profio AE et al., Med. Phys 11: 516-520, 1984) can be used to accurately detect abnormal areas. Localization and identification cannot be obtained.
[0005]
Another method of detecting invasive tumors is described in US Pat. No. 4,930,516 granted to Alfano et al. On June 5, 1990. Alfano et al. Are based on the fact that the fluorescence spectrum of cancer tissue is different from that of normal tissue, and the maximum fluorescence peak of tumor tissue is shifted to a short blue wavelength (from 531 nm to 521 nm). A method for detecting cancer is disclosed. These observations are based on incised large (invasive) animal and human tumors in the container, and not on the human body. In addition, there are no records of other abnormal cells such as inflamed tissue or tissue prior to cancer. We measured the fluorescence of patient tissue with different excitation wavelengths including 405 nm, 442 nm, and 488 nm with a specially shaped optical multichannel analyzer that can be attached to a conventional bronchoscope. In response to the observations by Alfano et al., We did not find differences in the shape of the fluorescence spectrum between normal and tumor tissues using these excitation wavelengths. In particular, there was no shift of the emission peak to the blue side. We have observed sufficient differences in all fluorescence intensities, especially in the green region of the visible spectrum. A small but sufficient decrease in all fluorescence intensities was also observed before cancer and in non-cancerous lesions (dysplasia and metaplasia).
[0006]
The decrease in green fluorescence is due to a decreased level of the oxidized form of riboflavin. Riboflavin is strongly fluorescent in the green region and is considered to react well to strong green fluorescence in normal human lung tissue. In cancer tissue, riboflavin has been found to be less (Pollack Ma et al., Cancer Res 2: 739-743,1942), and is now decreasing. This causes a decrease in autofluorescence of the lung tissue before becoming malignant and malignant lung tissue.
[0007]
The study led to an example of such tissue reduced autofluorescence of dysplastic lung tissue and cancer. The main difference between abnormal and normal tissue was revealed by a large decrease in fluorescence intensity in the part of the spectrum from 480 nm to 600 nm. At wavelengths greater than about 635 nm, tissue autofluorescence is almost identical for abnormal and normal tissues. In the test, an excitation light of 442 nm, 405 nm, and 488 nm was used, and an abnormal tissue was compared with a normal tissue to obtain a result. All these data were obtained from the body with a conventional fiber bronchoscope using an optical multichannel analyzer.
[0008]
The method using a ratio of two or more wavelengths was first described by Profio and his collaborators, as the autofluorescence emitted without a change in the spectrum of the abnormal tissue was observed to be greatly reduced. By patients taking fluorescent drugs such as Photofrin (Profio et al., Med. Phys. 11: 516-520, 1984), which cannot normally distinguish between normal and abnormal cells using only autofluorescence Experimented.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of detecting and identifying a region of abnormal tissue (particularly lung) in the body using the intensity of autofluorescence of the tissue. It is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to the present invention includes a light source that emits excitation light including a plurality of wavelengths capable of generating intrinsic autofluorescence related to abnormal tissue and normal tissue, and light including the excitation light and tissue. The irradiation means for exciting the tissue so as to emit the intrinsic autofluorescence, the collecting means for collecting the autofluorescence emitted from the tissue, and the autofluorescence, the autofluorescence intensity of the abnormal tissue is normal. A filtering means for filtering within a spectral band substantially different from the autofluorescence intensity of the tissue and a spectral band in which the autofluorescence intensity of the abnormal tissue is substantially equal to the autofluorescence intensity of the normal tissue; An optical means for blocking the autofluorescence and forming at least two filtered autofluorescence images of the tissue, and a display for displaying the obtained image so as to distinguish between normal and abnormal tissues It includes a stage, a.
[0011]
The imaging apparatus having the above configuration detects and identifies an abnormal tissue of a patient using the autofluorescence characteristics of the tissue. The formation and analysis of the autofluorescence image is performed using a high sensitivity detector such as an optical amplification CCD camera. A virtual image is formed by sending one image to the red channel of the RGB color monitor and one image to the green channel. By forming two images simultaneously or at intervals of several milliseconds, a virtual image can be formed immediately. And this virtual image can clearly distinguish the tissue committed by the disease from the surrounding normal tissue.
The present invention further provides the following items 1 to 22.
Item 1. A light source that emits excitation light including a plurality of wavelengths that can generate inherent autofluorescence related to abnormal tissue and normal tissue, and the tissue that emits the inherent autofluorescence by irradiating the tissue with the excitation light and light. Irradiating means for exciting the tissue, collecting means for collecting the autofluorescence emitted from the tissue, the autofluorescence, a spectral band in which the autofluorescence intensity of the abnormal tissue is substantially different from the autofluorescence intensity of the normal tissue, and A filtering means for filtering in a spectral band in which the autofluorescence intensity of the abnormal tissue is substantially equal to the autofluorescence intensity of the normal tissue; and at least two filters of the tissue that block the filtered autofluorescence An imaging apparatus for imaging an affected area in a tissue, comprising: optical means for forming a self-fluorescent image; and display means for displaying the obtained image so as to distinguish between a normal tissue and an abnormal tissue.
Item 2. The display means includes a color monitor, and the optical means is supplied to the color monitor as two different color signals that form a display image capable of analyzing and discriminating abnormal tissue and normal tissue by color change. Form one image,
Item 2. The imaging device according to Item 1.
Item 3. Item 2. The imaging device according to Item 1, wherein the light source includes a laser light source that emits desired excitation light.
Item 4. Item 4. The imaging device according to Item 3, wherein the light source includes a white light source for forming a white light image collected, formed and displayed together with the autofluorescence image.
Item 5. Item 5. The imaging apparatus according to Item 4, further comprising tuning means for switching between tissue irradiation by the laser light source and tissue irradiation by the white light source.
Item 6. The tuning means includes shielding means for shielding light from the other light source in combination with the laser light source and the white light source, respectively, when the tissue is irradiated by one of the laser light source and the white light source. 5. The imaging device according to 5.
Item 7. Item 7. The imaging apparatus according to Item 6, wherein the shielding means includes a shutter.
Item 8. Item 2. The imaging apparatus according to Item 1, wherein the irradiation means includes an optical light guide for a bronchoscope.
Item 9. Item 2. The imaging apparatus according to Item 1, wherein the collecting means includes an imaging fiber bundle of a bronchoscope and a focusing lens that cooperates with the imaging fiber bundle.
Item 10. The optical means includes an imaging light detector that forms the filtered self-fluorescent image, and the filtering means is provided so as to be able to enter the optical path of the emitted self-fluorescence and is filtered. Item 2. The imaging device according to Item 1, comprising a plurality of filters for forming an autofluorescence image.
Item 11. Item 11. The imaging device according to Item 10, wherein the photodetector includes an optical amplification CCD.
Item 12. Other optical means for capturing a white light image when the white light image is generated, the other optical means being provided so as to be insertable into the collected light, and supplying the white light image to a color video camera. Item 11. The imaging device according to Item 10, further comprising a movable mirror that deflects toward the image.
Item 13. Item 2. The imaging apparatus according to Item 1, wherein the optical means includes at least two imaging light detectors that simultaneously form a plurality of filtered autofluorescent images, and each of the imaging light detectors includes filtering means.
Item 14. Item 14. The imaging apparatus according to Item 13, further comprising spectroscopic means for directing the emitted autofluorescence image to each of the at least two imaging photodetectors.
Item 15. Item 15. The imaging apparatus according to Item 14, wherein the spectroscopic means includes a dichroic miter.
Item 16. Item 14. The imaging device according to Item 13, wherein the imaging light detector includes an optical amplification CCD.
Item 17. Other optical means for capturing a white light image when the white light image is generated, the other optical means being provided so as to be insertable into the collected light, and supplying the white light image to a color video camera. Item 14. The imaging device according to Item 13, further comprising a mirror capable of deflecting toward the target.
Item 18. Item 2. The imaging apparatus according to Item 1, wherein the optical unit includes a prism that simultaneously separates the collected light in a plurality of directions, and a filtering unit and a light detecting unit that receive the separated light.
Item 19. Image processing means, wherein the image processing means digitizes the filtered autofluorescent image, and enhances the digitized image by a conversion operation method, and immediately creates a calculated virtual image. Item 2. The imaging apparatus according to Item 1, further comprising image enhancement means.
Item 20. Item 20. The imaging apparatus according to Item 19, further comprising storage means for storing the digitized image.
Item 21. Item 20. The imaging apparatus according to Item 19, wherein the image processing means includes an image processing board in the computer.
Item 22. Item 20. The imaging apparatus according to Item 19, wherein the storage means includes a computer memory.
[0012]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
Figures 1 to 4 show examples of decreased tissue autofluorescence for dysplastic bronchial tissue and carcinoma in situ, respectively. The main difference between normal and abnormal tissue is manifested by a significant decrease in fluorescence intensity appearing in the 480-600 nm spectral region. At a wavelength of about 635 nm or more, the tissue autofluorescence of normal tissue and abnormal tissue is almost equal. FIG. 1 and FIG. 2 respectively show the measurement results when the tissue is excited using 442 nm helium-cadmium laser light. FIG. 1 shows tissue autofluorescence spectra of normal tissue and dysplastic tissue, and FIG. 2 shows tissue autofluorescence spectra of carcinoma in situ against normal tissue for different patients. Similar results were obtained when other excitation light, for example, 405 nm excitation light shown in FIG. 3 or 488 nm excitation light shown in FIG. 4 was used. In both the cases of FIG. 3 and FIG. 4, the in situ carcinoma tissue of multiple patients was compared to the normal lung tissue of these patients. All these data were obtained in the body during routine bronchoscopy using an optical multichannel analyzer.
[0014]
The apparatus of the present invention is configured to identify and describe an abnormal tissue using a difference in fluorescence intensity in different regions of the spectrum.
[0015]
FIG. 5 schematically shows an embodiment in which the imaging apparatus according to the present invention is used for examination of bronchial tissue of a patient's lung. As can be seen from this figure, the imaging device is integrated with a conventional bronchoscope used for examination of bronchial tissue of the lung.
[0016]
The imaging apparatus includes a light source 1 that emits excitation light, and the light source emits excitation light including a plurality of wavelengths that can generate unique autofluorescence spectra related to normal tissue and abnormal tissue. The light source 1 is shown in an enlarged manner in FIG. 6 and preferably includes a laser light source 7 capable of emitting excitation light having a selected desired wavelength. In addition, the apparatus includes a white light source such as the incandescent xenon light source 8, and can emit white light if necessary. The laser light source 7 is used to form a virtual image obtained from tissue autofluorescence, and the white light source 8 is used to form a color image of reflected / diffused white light.
[0017]
Light from each light source enters the tuning means, which can selectively irradiate the tissue with the light from the laser light source 7 and the white light source 8. In the embodiment shown in FIG. 6, the tuning means comprises shielding means having electronically controlled shutters 9 and 13, which cooperate with the laser light source 7 and the white light source 8, respectively. When the shutter 9 is opened and the laser beam can pass, the shutter 13 is closed to restrict the passage of white light. When the shutter 9 is closed, the shutter 13 is opened to allow white light to pass. The laser light from the laser light source 7 passes through an open shutter 9, a mirror 10 having a pinhole, and a lens 11, and this lens focuses the laser light on the irradiation means. The irradiation means includes a light guide 12 of a conventional bronchoscope and irradiates light onto the tissue. The light guide 12 guides the excitation light to the tissue region to be examined. When irradiated with laser light, the tissue emits intrinsic autofluorescence indicative of normal and abnormal tissue. When a standard white light irradiation image is formed, the shutter 9 is closed, and the previously closed shutter 13 is opened. Thereby, the light from the white light source 8 passes through the shutter 13. Subsequently, the white light is filtered by the neutral filter group 14, then reflected by the mirror 15 and incident on the lens 16, and after being focused by this lens, is reflected by the mirror 10, passes through the lens 11 and passes through the bronchoscope. Focused on the light guide 12. The neutral filter group 14 is used to make white light from the white light source 8 have an intensity suitable for an optical sensor used in the imaging apparatus. Thereby, the white light guided to the tissue irradiates the tissue to be examined. The light guide 12 also distributes light uniformly over the entire area to be inspected.
[0018]
In this embodiment, the bronchoscope functions as a collecting means for collecting a plurality of images into a shape of a bronchoscope lens (not shown), and this bronchoscope lens collects diffused light and reflected light or autofluorescence emitted from the lungs. And transmitted outside the body by the imaging fiber bundle 2 of the bronchoscope. Such collected light is guided to an eyepiece lens 21 (see FIG. 7) of a bronchoscope connected to the imaging fiber bundle 2.
[0019]
The collected light is incident on the image forming module 3 from the eyepiece 21 of the bronchoscope. The image forming module 3 includes filtering means for filtering autofluorescence and optical means for blocking the filtered light. It has. Various image forming modules 3 can be implemented.
[0020]
FIG. 7 shows an image forming module having filtering means and optical means, which forms an emitted autofluorescent image. In the embodiment, the filtering means for filtering the autofluorescence has a plurality of continuous filters that can continuously enter the optical path of the emitted autofluorescence, and forms a continuous filtered autofluorescence image. Specifically, the image forming module includes a filter wheel 18, which is movably provided below the optical means of the image forming module. When the laser light source 7 is used, it is necessary to filter the autofluorescence generated in at least two spectral bands. In one spectral band, the autofluorescence intensity for the abnormal tissue is substantially different from the autofluorescence intensity for the normal tissue, and in the other spectral band, the autofluorescence intensity for the abnormal tissue is substantially the same as the autofluorescence intensity for the normal tissue. Match. For example, the filter wheel 18 is provided with two filters according to the eigenspectral band for lung examination as shown in FIGS. In this case, a green filter of 500 ± 20 nm and a red long-pass filter of 630 nm are used for 442 nm or 405 nm laser light. The green filter filters the autofluorescence into a certain spectral band where the autofluorescence intensity of the abnormal tissue is substantially different from the autofluorescence intensity of the normal tissue. The red long pass filter filters the autofluorescence in a certain spectral band where the autofluorescence intensities of the abnormal tissue and the normal tissue substantially match. These two filters are mounted on the filter bore 18 so that half of them overlap each other. By rotating the filter wheel 18 at a desired speed, the autofluorescent image filtered by the green filter and the red long pass filter is an optical means having a single high sensitivity detector 17, such as an image-multiplied CCD camera. Are sequentially imaged.
[0021]
The image forming module described above includes other optical means for capturing a white light image reflected and diffused when the tissue is irradiated using the white light source 8. That is, as shown in FIG. 7, the image forming module includes a movable mirror 20, and this mirror 20 is provided so as to be inserted into the optical path of the collected light transmitted by the eyepiece lens 21. The mirror 20 can be aligned to a position where the white light is deflected to the color video camera 22 for capturing an incandescent image. Therefore, the movement of the mirror 20 is controlled so as to deflect the collected light to the video camera 22 only when the white light source 8 is used for tissue irradiation. Further, when the white light source 8 is used, a color image can be formed on the color monitor by the same method as a conventional bronchoscope. When the laser light source 7 is used to irradiate the tissue, the mirror 20 is retracted from the optical path, allowing autofluorescence filtering and subsequent imaging by the detector 17.
[0022]
FIG. 8 shows another embodiment of the image forming module. According to this embodiment, the optical means comprises at least two photodetectors that simultaneously capture a plurality of filtered autofluorescence images. Each photodetector has cooperating filtering means. In order to collect a plurality of autofluorescence images simultaneously, the filter wheel 18 in the embodiment shown in FIG. 7 is replaced by a spectroscopic means such as a dichroic mirror 24. The dichroic mirror 24 allows passage of red light having a wavelength longer than 600 nm and reflects light having a shorter wavelength. In this case, filters 25 and 26 may further be provided to more accurately select the desired autofluorescence, each image being two independent high-sensitivity lights such as CCD cameras 17 and 23 that have been image-multiplied. An image is formed on the detector. In FIG. 8, a filter 25 is a 630 nm red long-pass filter that further filters the red light from the dichroic mirror 24 into a certain spectral band where the autofluorescence intensities of normal and abnormal tissues substantially coincide. The filter 26 is a 500 ± 20 nm green filter that filters autofluorescence into a spectral band where the autofluorescence intensity of abnormal tissue is substantially different from the autofluorescence intensity of normal tissue. The image picked up by the CCD camera 17 and / or 23 is sent to the red and green input channels of the RGB color monitor 5 (see FIG. 5).
[0023]
In the configuration shown in FIG. 7, the reflected / diffused white light image obtained by the white light source 8 is picked up by the color camera 22, and a common light source that can be inserted into the optical path while continuing to irradiate the tissue by the white light source 8. Using the movable mirror 20, it is directly displayed on the color monitor in order to visually recognize the inspected part.
[0024]
FIG. 9 shows another embodiment of the image forming module used together with the imaging apparatus according to the present invention. According to this embodiment, a prism 27 is provided, which simultaneously separates the collected light in a plurality of directions. By switching between the laser light source 7 and the white light source 8, an autofluorescence image and a white light image can be sequentially captured in a cycle of 33 milliseconds. This makes it possible to simultaneously observe a white light (broadband) color image and an autofluorescent virtual image on the display means.
[0025]
According to this embodiment, a special camera with three photodetectors 28, 29, 30 is used. The prism 27 then divides the collected light into three images, which are imaged by three independent photodetectors. The photodetectors 28 and 29 are provided with a CCD imaging device having optical amplifiers 37 and 38, and the photodetector 30 is provided with a normal CCD imaging device. Each photodetector has a filter 32, 33, 34, respectively, and an x, y, z micropositioning device. The filters 32 and 33 are the same as in the above-described embodiment, and constitute a 500 ± 20 nm green filter 32 and a 630 nm long-pass filter 33. The CCD image pickup device 30 includes a broadband blue filter 34.
[0026]
As can be seen from FIG. 5, the camera control unit 4 has three image signals, that is, a red signal formed by the red filter 32 and the amplified CCD image pickup device 28, a green filter 33, and an amplified CCD image pickup device 29. And the blue signal formed by the blue filter 34 and the non-amplified CCD image pickup device 30.
[0027]
In the above embodiments, a specially designed CCD imaging device may be used in place of the optical amplification detector. For example, particularly when high spatial resolution is not required, the pixels of a scientific CCD detector may be electronically incorporated into a very large single pixel capable of detecting very low signals.
[0028]
All or some of the image signals obtained by the various image forming modules according to the present invention described above may be displayed directly on the color monitor 5 or may be image processed by image processing means prior to display. Good. According to the present invention, it is also possible to switch between white light (broadband) irradiation and laser irradiation in about 1/30 seconds.
[0029]
When using a laser light source, the imaging module shown in FIG. 9 can simultaneously collect two autofluorescence images and blue diffuse / reflected excitation light images over two selected spectral bands. These images are synthesized visually or mathematically by the image processing means so that various tissues existing in the image can be discriminated. When using a white light source, the device collects red, green and blue reflected / diffused light images to form a standard color image of the tissue.
[0030]
Furthermore, the directionality, position, and depiction of various tissues may be emphasized by combining a color image with an autofluorescence image irradiated with a blue laser.
[0031]
Filters are used in various combinations depending on the tissue type and / or pathology so as to emphasize the difference between normal and affected tissue based on the intrinsic autofluorescence emitted from the affected tissue under examination.
[0032]
As shown in FIG. 5, the imaging apparatus according to the present invention preferably includes an image processing means such as an imaging board 35. The imaging board 35 is used in combination with a computer 6 that controls and adjusts the imaging apparatus. If necessary, the imaging board 35 can digitally process the image. That is, the imaging board 35 digitizes the filtered image obtained by the image forming module, enhances the digitized image by the conversion calculation method, and immediately calculates the calculated virtual image displayed on the video monitor 5. To produce. On the other hand, the digitized image may be stored in the memory of the computer 6.
[0033]
The pixel values of the digitized image are used to calculate the value of each pixel using a mathematical transformation. Thereby, all pixels representing the affected tissue are clearly distinguished from normal tissue pixels. The above process is also used to enhance the image, whereby the degree of pathology can be measured and other treatments and / or other examinations are possible.
[0034]
Various mathematical calculation methods have been provided so far, and these calculation methods can create various calculated virtual images from digitized autofluorescence images and diffused / reflected light images, as well as specific medical conditions. An autofluorescence image can be obtained over a unique spatial region suitable for the tissue. Preferred mathematical arithmetic methods that can be applied to programmed and digitized images include hue, contrast, intensity function, principal component decomposition arithmetic method, logarithm of difference, subtractive arithmetic method, etc. It is possible to depict normal tissue from the tissue that was ill.
[0035]
A report on a conversion method using a tumor stereotactic agent (Profio medical physics, 11: 516-520, 1984) has been found to be unsuitable for the imaging method by the present inventors. The above conversion methods often fail to find abnormal areas, except for large invasive cancers.
[0036]
According to the preferred embodiment of the present invention, image digitization and image processing are not required. That is, the difference between the normal part and the part committed by the disease can be visually recognized as a color difference by the color monitor 5 and human vision.
[0037]
When using the image forming module shown in FIG. 8 having two high sensitivity CCD cameras, one CCD camera transmits the red channel of the RGB color monitor 5 and the other CCD camera transmits the green channel. The red tissue autofluorescence for abnormal and normal bronchial tissue is approximately equal to each other. On the other hand, green tissue autofluorescence for abnormal sites is dramatically reduced relative to normal tissue autofluorescence. Therefore, the abnormal site is weaker in green and more red and / or light brown than in the surrounding normal tissue, and the surrounding normal tissue has a green autofluorescence stronger than the red autofluorescence of the normal tissue. Appears as bright green. According to the preferred embodiment of the present invention, the affected part can be immediately recognized without requiring image processing, and as a result, it is very economical.
[0038]
The same effect as described above can also be obtained when an image forming module having a single CCD camera and filter wheel 18 as shown in FIG. 7 is used. In this embodiment, the two obtained red and green autofluorescence images are electronically combined at a plurality of video ratios and sent to the RGB color monitor as red and green input signals.
[0039]
On the other hand, two spectral bands with different tissue autofluorescence are obtained and used as red and green signals for color display of a color monitor. This method can very clearly form a virtual image of inflamed tissue, dysplastic tissue and non-invasive cancer, and these tissues can be clearly distinguished from normal tissue. And a decrease in autofluorescence in the diseased tissue, especially in the green area, indicates the presence of the disease and the state of the disease.
[0040]
When a tumor stereotactic agent is used, the imaging device according to the present invention is used for visualizing small and large tumors. For example, for a stereotactic agent such as photofrin (porphyma sodium), the same filter can be used when the stereochemical emits autofluorescence with maximum values of 630 nm and 690 nm. Even in this case, all affected parts localized by the stereotactic agent can be clearly identified from normal tissues.
[0041]
In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, A various deformation | transformation is possible within the scope of this invention.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention configured as described above, it is possible to provide an imaging apparatus capable of detecting and identifying an abnormal tissue region in the body using the intensity of autofluorescence of the tissue.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an autofluorescence spectrum showing a difference between an irregularly shaped tissue and a normal tissue when an excitation wavelength is 442 nm.
FIG. 2 is a diagram showing an example of an autofluorescence spectrum showing a difference between an in-epithelial cancer tissue and a normal tissue when the excitation wavelength is 442 nm.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an autofluorescence spectrum showing a difference between an intraepithelial cancer tissue and a normal tissue when the excitation wavelength is 405 nm.
FIG. 4 is a diagram showing an example of an autofluorescence spectrum showing a difference between an intraepithelial cancer tissue and a normal tissue in the case of an excitation wavelength of 488 nm.
FIG. 5 is a diagram schematically showing an imaging apparatus according to the present invention suitable for imaging abnormal bronchial tissue.
FIG. 6 is a diagram showing in detail an image forming module.
FIG. 7 shows filtered and optical mechanisms with a single sensitive detector used to form an autofluorescence image.
FIG. 8 is a diagram showing another filtering and optical mechanism for simultaneously obtaining a plurality of autofluorescence images using two high-sensitivity cameras.
FIG. 9 is a diagram showing still another filtering and optical mechanism including a prism capable of simultaneously capturing two autofluorescence images and one reflected / diffused white light image.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 3 ... Image formation module, 5 ... Color monitor, 7 ... Laser light source, 8 ... White light source, 9, 13 ... Shutter, 12 ... Light guide, 14, 25, 26, 32, 33, 34 ... Filter, 17 ... photodetector, 21 ... eyepiece.

Claims (2)

患者の組織サンプル内の異常組織を検出するための装置であって、該装置は、
異常組織および正常組織からの自己蛍光を発生させる波長を含む励起光、または白色光のいずれかを出射するための光源であって、該光源が該2つの光出力の間で迅速にスイッチし得る、光源と;
該励起光または該白色光を該組織サンプルに送達する光ガイドと;
該組織サンプルから反射されたか、または該組織サンプルから生じる光を伝える撮像光ガイドと;
該撮像光ガイドから受けた光を、少なくとも第1のスペクトル帯域の光を有する第1のビーム、第2のスペクトル帯域を有する第2のビームおよび反射された励起光を含む第3のスペクトル帯域の光を有する第3のビームに分光する、プリズムであって、該第1のスペクトル帯域は、正常組織内の自己蛍光強度が異常組織内の自己蛍光強度と異なる波長範囲を有し、そして、該第2のスペクトル帯域は、正常組織の自己蛍光強度が異常組織の自己蛍光強度と実質的に同じである波長範囲を有する、プリズムと;
それぞれ、該第1のスペクトル帯域内の光および該第2のスペクトル帯域内の光で組織サンプルを表す信号を形成する、第1の低光量撮像検出器および第2の低光量撮像検出器、ならびに該第3のスペクトル帯域内の光で該組織の像を表す信号を形成する第3の撮像検出器と;
デジタルキャプチャならびに、該第1のスペクトル帯域の光、該第2のスペクトル帯域の光、および該第3のスペクトル帯域の光で形成された、該組織サンプルの像を表す信号を記憶するための記憶装置と;
少なくとも3つのカラー入力を有するビデオディスプレイであって、それによって、第1の出力、第2の出力、および第3の出力が、それぞれ、該第1のスペクトル帯域内の光、該第2のスペクトル帯域内の光および該第3のスペクトル帯域内の光からの像を受けるようにカップリングされる、ビデオディスプレイを備える、装置。
An apparatus for detecting abnormal tissue in a patient tissue sample, the apparatus comprising:
A light source for emitting either excitation light containing wavelengths that generate autofluorescence from abnormal tissue and normal tissue, or white light, which can quickly switch between the two light outputs A light source;
A light guide that delivers the excitation light or the white light to the tissue sample;
An imaging light guide that conveys light reflected from or originating from the tissue sample;
Light received from the imaging light guide is transmitted in a third spectral band including at least a first beam having a light in a first spectral band, a second beam having a second spectral band, and reflected excitation light. A prism that splits into a third beam having light, wherein the first spectral band has a wavelength range in which the autofluorescence intensity in normal tissue differs from the autofluorescence intensity in abnormal tissue; and The second spectral band has a wavelength range in which normal tissue autofluorescence intensity is substantially the same as abnormal tissue autofluorescence intensity; and
A first low light imaging detector and a second low light imaging detector, each forming a signal representative of a tissue sample with light in the first spectral band and light in the second spectral band; and A third imaging detector that forms a signal representing an image of the tissue with light in the third spectral band;
Digital capture and storage for storing a signal representative of the image of the tissue sample formed by the light in the first spectral band, the light in the second spectral band, and the light in the third spectral band With the device;
A video display having at least three color inputs, whereby a first output , a second output , and a third output are respectively light within the first spectral band, the second spectrum Ru is coupled to receive an image from the light in the spectrum band of light and the third in-band, comprises a video display apparatus.
請求項1に記載の装置であって、ここで、
前記光源出力が、ビデオフレームの時間周期内にて、励起光と白色光との間で交代し、得られた白色像および蛍光像は、別々に取りこまれ、そして各照射周期の間に記憶され、そして前記ビデオディスプレイ上に同時に表示される、装置。
The apparatus of claim 1, wherein:
The light source output alternates between excitation light and white light within the time period of the video frame, and the resulting white and fluorescent images are captured separately and stored during each illumination period. And are simultaneously displayed on the video display.
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