JP3962122B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外の波長帯域での蛍光観察を行う内視鏡装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、体腔内に挿入部を挿入することにより、食道、胃、小腸、大腸等の消化管や肺等の気管を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種の治療処理のできる内視鏡が利用されている。特に、電荷結合素子(CCD)等の電子撮像デバイスを用いた電子式内視鏡は、モニタ上に画像を表示でき内視鏡を操作する術者の疲労が少ないために、広く使用されている。
【0003】
ところで、最近、癌などの病巣に親和性を持つ蛍光物質を予め検査対象者の体内に投与し、蛍光物質を励起する励起光を照射することにより、病巣部に集積した蛍光物質からの蛍光を検出する診断・治療法が注目されている。
【0004】
この診断法によれば、病巣部からは強い蛍光が放射されるため、蛍光画像の明るさから病変の有無を判断できる。この診断法を応用した装置として、例えば、特開昭59−40830号公報には蛍光物質であるヘマトポルフィリンからの蛍光を検出し診断するための装置が開示されている。
【0005】
この特開昭59−40830号公報による装置では、励起用のレーザパルス光源と通常観察用白色光源を選択的に照射するように制御している。また、特開平7−59783号公報にはクロリン系、またはフェオホルバイト系の蛍光物質を観察できる装置が開示されている。この特開平7−59783号公報による装置では、蛍光物質励起用の波長帯域と通常観察用(白色)の波長帯域の光が、回転フィルタによって切り替えられながら照射される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来から用いられている蛍光物質は、通常405nm付近の比較的短い波長の光を照射し励起していた。この波長の光を生体組織に照射すると、生体組織自身からの自家蛍光が発せられる。そのため、分光装置等の分光精度の高い装置を用いない限り、自家蛍光と蛍光物質からの蛍光を見分けることが困難であった。
【0007】
また、波長の短い光は生体組織に対する透過性が悪いために、ヘマトポルフィリンの場合のように短波長で励起させる装置では、皮下深部から蛍光を発生する物質の存在を見逃す可能性があった。
【0008】
また、従来は励起光と白色光を時間的に切り替えて照射していたために、励起光照射時には蛍光像しか得られず、白色光照射時には通常画像しか得られず、蛍光画像と通常画像の時間的ずれが大きいものになっていた。
【0009】
(発明の目的)
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、その目的は、生体組織の透過性が良い赤外領域で励起、蛍光発光するインドシアニングリーン誘導体標識抗体の観察を行え、自家蛍光の影響を排除でき、かつ皮下深部の病変部の見落としを防ぐことができる内視鏡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】
本発明の内視鏡装置は、インドシアニングリーン誘導体標識抗体からなる蛍光物質を被検査対象物に投与して内視鏡による診断を行う内視鏡装置において、前記蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を前記被検査対象物に照射する光源手段と、前記蛍光物質から発せられる蛍光の蛍光像であって、前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域で前記被検査対象物の像を撮像する第1の撮像手段と、を有し、前記第1の波長帯域および前記第2の波長帯域の少なくとも一部は赤外の波長帯域であって、前記第1の波長帯域の光は前記蛍光物質を励起する励起光及び可視光であり、前記蛍光像と前記被検査対象物で反射される可視光の可視光像とを分離する分離手段と、前記可視光像を撮像する第2の撮像手段と、を有することを特徴とする。
【0011】
インドシアニングリーン誘導体標識抗体を励起する赤外光を発する光源と、励起光を含まず蛍光を含む光を撮像する撮像手段を設けた構成にして、自家蛍光を無視できる長波長帯域でのインドシアニングリーン誘導体標識抗体の蛍光観察が可能になり、皮下深部からの蛍光も見落とすことなく観察できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を具体的に説明する。
(第1の実施の形態)
図1ないし図5は、本発明の第1の実施の形態に係り、図1は本発明の第1の実施の形態の内視鏡装置の全体の構成を示すブロック図、図2はバンドパスフィルタの分光透過特性を示す説明図、図3はダイクロイックミラーの分光透過特性を示す説明図、図4は励起光カットフィルタの分光透過特性を示す説明図、図5はインドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起・蛍光特性を示す説明図である。
本実施の形態の目的は、高画質で時間的なずれのない可視光像及びインドシアニングリーン誘導体標識抗体赤外蛍光像を得ることにある。
【0013】
図1に示すように本発明の第1の実施の形態の内視鏡装置1Aは、体腔内に挿入され、体腔内を観察、診断等するための内視鏡2Aと、観察用の光及び励起用の光を発する光源装置3Aと、内視鏡2Aに装着され、撮像手段を内蔵したカメラヘッド4Aと、撮像手段に対する信号処理を行うプロセッサ5Aと、画像を表示するモニタ6と、治療用のレーザ光を照射するためのレーザ光源7とにより構成される。本実施の形態では、光学式の内視鏡2Aの接眼部に着脱自在のカメラヘッド4Aを装着したカメラ外付け方式の内視鏡により撮像手段を備えた電子式内視鏡を形成している。
【0014】
内視鏡2Aは体腔内に挿入される細長で可撓性の挿入部8を有し、この挿入部8内には照明光を伝送するライトガイドファイバ9が挿通され、このライトガイドファイバ9の手元側の入射端のライトガイドコネクタ10は光源装置3Aに着脱自在に接続することができる。
【0015】
光源装置3Aは、励起光の波長帯域を含む赤外波長帯域から可視光帯域を含む光を放射するランプ11と、このランプ11による照明光路上に設けられ透過波長を制限するバンドパスフィルタ12と、光量を制限する照明光絞り13と、集光するコンデンサレンズ14とを備えている。
このバンドパスフィルタ12は図2に示すように可視光帯域から励起光の赤外帯域に至る波長帯域でほぼフラットな透過特性を有する。
【0016】
そして、ランプ11の光はこのバンドパスフィルタ12により可視光帯域から励起光の赤外帯域に至る波長帯域の光成分のみが抽出され、照明光絞り13、コンデンサレンズ14を経て内視鏡2Aのライトガイドコネクタ10に供給され、ライトガイドファイバ9によって伝送され、挿入部8の先端部15に固定された先端面からさらに照明窓に取り付けた照明レンズ16を経て体腔内の被検査体17側に出射し、被検査体17を可視光帯域で照明すると共に、赤外帯域の励起光で照射する。
【0017】
先端部15にはこの照明窓に隣接して観察窓が設けてあり、この観察窓には対物レンズ18が取り付けてあり、照明された被検査体17側からの反射光及び蛍光が入射され、その結像位置に像を結ぶ。この結像位置には光学像の伝送手段としてのイメージガイドファイバ19の先端面が配置され、この先端面に結像された光学像は後端側の端面に伝送される。
【0018】
この後端面に対向してカメラヘッド4Aには結像レンズ21が設けてあり、この結像レンズ21の結像位置に至る光軸上の途中位置にはダイクロイックミラー22が配置されている。
【0019】
このダイクロイックミラー22の透過特性は図3に示すように可視光成分を透過する特性を有し、その他の光成分を反射する特性を有する。
従って、このダイクロイックミラー22を透過した側の結像位置には可視光成分の光学像を結び、ダイクロイックミラー22で反射された側の結像位置には残りの光成分となる赤外光成分の光学像を結ぶ。
【0020】
ダイクロイックミラー22で反射された側の結像位置には分離された赤外光から励起光成分を除去する励起光カットフィルタ23と、赤外光を増幅するイメージインテンシファイア24とを介して第1のCCD25が配置され、イメージインテンシファイア24によって増幅された光を受光し、光電変換して赤外光成分の画像信号を生成する。
上記励起光カットフィルタ23は図4に示すように赤外光帯域における励起光の波長帯域より長い波長帯域を通す透過特性を有し、この帯域は図5に示す蛍光物質としてのインドシアニングリーン誘導体標識抗体の蛍光の波長帯域を含むようにしている。
【0021】
従って、この励起光カットフィルタ23により励起光がカットされ、蛍光物質の蛍光成分がCCD25側に導光されることになる。
【0022】
また、ダイクロイックミラー22を透過した側の結像位置には可視光成分を、赤、緑、青の光にそれぞれ分離するダイクロイックプリズム29を介して赤色光を受光する第2のCCD26と、緑色光を受光する第3のCCD27と、青色光を受光する第4のCCD28とが配置され、それぞれの色光成分の画像信号を生成する。
【0023】
第1のCCD25〜第4のCCD28は信号線を介してプロセッサ5Aに入力される。このプロセッサ5Aは、第1のCCD25〜第4のCCD28の画像信号に対する増幅、ホワイトバランス等の前処理を行うプリプロセス回路31、A/D変換回路32、画像強調などの処理をする映像信号処理回路33、D/A変換回路34等を備えている。
【0024】
そして、このD/A変換回路34から出力される映像信号はモニタ6に入力され、第1のCCD25及び第2〜第4のCCD26〜28の撮像面に結像された蛍光像及び可視光像をモニタ6の表示面に表示することができるようにしている。
【0025】
また、本実施の形態ではレーザ治療用のレーザ光を発生するレーザ光源7と、このレーザ光を導くレーザガイド35が設けられている。このレーザガイド35は、内視鏡2Aの鉗子チャネル36内に挿入できる構造になっている。
【0026】
本実施の形態では被検査体17に投与する蛍光物質として、病巣部に対して親和性を持ち、しかも励起光及び蛍光の波長が生体組織に対する透過性が高い赤外帯域にあるインドシアニングリーン誘導体標識抗体を採用する。
【0027】
そして、照明手段として、可視光帯域を含み、さらにこの蛍光物質を励起させる励起光の波長帯域を含む光を被検査体17に照射し、被検査体17で反射された光と、被検査体17からの自家蛍光及び励起光による蛍光とが混ざったものから、ダイクロイックミラー22により可視光帯域と赤外光帯域の成分に分離し、可視光帯域の光成分で第2のCCD26〜第4のCCD28で可視光帯域の画像を得るようにすると共に、赤外光帯域の成分から励起光カットフィルタ23により励起光をカットして第1のCCD25により蛍光物質による蛍光画像を得るようにしていることが特徴となっている。
【0028】
次に、このように構成されている内視鏡装置1Aの動作について説明する。
被検査体17の体内には、この内視鏡装置1Aによる検査前に、予めインドシアニングリーン誘導体標識抗体を投与する。
【0029】
従来の蛍光物質は静脈注射により体内に取り込む方法が一般的であるが、インドシアニングリーン誘導体標識抗体はインドシアニングリーン誘導体標識抗体を溶かした溶液を被験者に飲ませたり、体内に内視鏡2A等を挿入して散布し、生体組織を直接染色する方法が可能である。
【0030】
インドシアニングリーン誘導体標識抗体はPCT/WO96/23525に記載されているように、癌などの病巣部に対して親和性をもつので、体内に投与して時間をおくと、病巣部に集積する。また、従来から肝機能の検査に使用されているインドシアニングリーン(ICG)と類似の構造をしているために、生体に対する安全性が高いものとなっている。
【0031】
インドシアニングリーン誘導体標識抗体をヒトIgGと結合させたときの励起・蛍光特性は図5のようになっており励起光(破線で示す)のピーク波長は770nm付近、蛍光(実線で示す)のピーク波長は810nm付近である。但し、実際の使用状態では体内の他の物質との結合の影響等により若干長波長側にシフトする可能性もある。
【0032】
従って、体内に770〜780nm付近の光を照射し、810〜820nm付近の光を検出することにより病変の有無を知ることができる。このため、バンドパスフィルタ12は図2に示すように可視光帯域から770〜780nm付近の光成分を含み、蛍光のピーク付近付近を含まないようにしている(可視光帯域から800nmまでの光成分を透過する)。また、蛍光成分を抽出する励起光カットフィルタ23は図4に示すように800nmからこの800nmより長波長帯域側を透過する特性のものが採用されている。
【0033】
この辺りの励起波長では、生体組織自身による自家蛍光の影響を考慮する必要が無く、また、ヘモグロビンや水の吸収が少ないために生体組織への透過性が良く、生体組織の粘膜より深部側にも励起光を照射できるし、深部側での蛍光が表面側に透過することもできる。
【0034】
光源装置3Aのランプ11は、キセノンランプであり、可視光領域、及びインドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起波長を含む波長領域の光を放射する。ランプ11から放射された光はバンドパスフィルタ12を通過して、可視光帯域及び励起光の波長域を含む光成分にされる。
【0035】
バンドパスフィルタ12は、赤、緑、青、及びインドシアニングリーン誘導体標識抗体を励起する770〜780nm付近の光を透過し、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の蛍光成分である810〜820nm付近の光を遮断する特性を有する。
【0036】
このバンドパスフィルタ12を通過した光は、照明光絞り13により光量を調整され、さらにコンデンサレンズ14で集光されて内視鏡2Aのライトガイドファイバ9に供給される。
【0037】
このライトガイドファイバ9により伝送された光はその先端面からさらに照明レンズ16を経て被検査体17に照射される。内視鏡2Aや光源装置3Aの光学系は、全て赤外域にも対応した設計になっており、被検査体17では、照射光が生体組織により吸収、反射されると共に、病巣部からは前もって投与したインドシアニングリーン誘導体標識抗体に励起光が照射されたことに起因する蛍光が発せられる。
【0038】
被検査体17からの反射光と蛍光によりイメージガイドファイバ19の先端面に像を結び、その像はイメージガイドファイバ19を経て後端面に伝送され、結像レンズ21により内視鏡2Aに装着されたカメラヘッド4Aに入力される。
【0039】
カメラヘッド4Aに入力された光は、ダイクロイックミラー22により赤外光成分と可視光成分に分離される。ダイクロイックミラー22により反射された赤外光成分は励起光カットフィルタ23を経て、イメージインテンシファイア24で増幅された後に第1のCCD25で検出される。
【0040】
励起光カットフィルタ23はインドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起光成分を除去し、蛍光成分を透過する特性に設定されており、その分光透過特性は図4に示すようになっている。
【0041】
イメージインテンシファイア24は、350nm〜910nm付近の波長で感度を持っており、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の蛍光を検出することができる。この様にして、第1のCCD25からは、インドシアニングリーン誘導体標識抗体から発せられる蛍光成分の画像が検出される。
【0042】
他方、ダイクロイックミラー22を透過した可視光成分はダイクロイックプリズム29と3つのCCD26、27、28から成る3板式カメラに入力される。ダイクロイックプリズム29は、入射光を赤、緑、青の3成分に分離し、それぞれ、第2のCCD26、第3のCCD27、第4のCCD28に導く。
【0043】
この様にして、第2、第3、第4のCCD26〜28からは、通常の可視画像(通常光像)成分が得られる。第1〜第4のCCD25〜28は、図示しないCCDドライブ回路により同期して駆動され、それぞれのCCDから毎秒30フレームの画像が得られる。
【0044】
各CCD25〜28からの電気信号は、プロセッサ5Aのプリプロセス回路31に入力され、図示しない増幅器によるゲインの調整や、図示しないホワイトバランス補正回路による可視光画像のホワイトバランス調整等が行われる。
【0045】
その後、各信号はA/D変換回路32に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。そして、映像信号処理回路33に入力され、画像メモリに一旦格納された後、画像強調、ノイズ除去等の画像処理や、蛍光画像、通常画像、文字情報の同時表示のための表示制御等が行われる。
【0046】
また、映像信号処理回路33では、蛍光像と通常光像との重ね合わせ表示や、通常光像と蛍光像の画像間演算による蛍光像の規格化の処理も行うことができ、通常画像と共に、認識しやすい蛍光画像が得られる。
【0047】
映像信号処理回路33から出力されたデジタル信号は、D/A変換回路34に入力され、アナログ信号に変換され、モニタ6に表示される。モニタ上では同時刻での通常光像と蛍光像を2つ並べて同じ大きさで表示したり、異なる大きさで2つ並べて表示したり、2つを重ねて表示したり、蛍光画像と通常画像とで画像処理した画像を表示したりする等の選択でき、従って、術者は蛍光像と通常観察像等を同時に観察することもできる。
【0048】
このため、時間的なずれのない蛍光像と通常観察像が得られるので、病変部の位置決めなどが簡単かつ高精度で行うことができ、診断する場合に非常に有効となる。
【0049】
レーザ治療を行うときには、レーザ光源7からレーザ光が発せられる。発せられたレーザ光は、レーザガイド35を通じて被検査体17の患部に照射される。レーザ光源は半導体レーザを用いたもので、波長はインドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起波長に合わせてある。従って、レーザの照射により蛍光像や通常光像が大きく乱れることはない。また、レーザ光がインドシアニングリーン誘導体標識抗体に吸収されるため効率よく患部を治療できる。
【0050】
本実施の形態では、3板式のカメラを用いたが、3板式のカメラの代わりに、CCD26等の前面にモザイクフィルタを配した単板カメラを用いて通常光を検出するようにしてコストの削減を計ることもできる。
【0051】
また、観察用光源手段として単一のランプを用いるのではなく、例えば通常光観察用のハロゲンランプと蛍光物質励起用の半導体レーザあるいは発光ダイオードのように2つ以上の光源を組み合わせてもよい。
また、蛍光物質励起用の照明光は、生体組織への透過性が良いため、体外から照射することもできる。
【0052】
また、カメラヘッド4Aを用いずに、CCD等の受光素子をプロセッサ5Aに内蔵、内視鏡2Aとプロッセサ5Aを光学的コネクタで接続させるようにして、内視鏡2Aの軽量化及び小型化を計ってもよい。
【0053】
また、励起光の除去方法は、励起光カットフィルタ23をイメージインテンシファイア24の前面に配置するものに限らず、ダイクロイックミラー22として励起光成分を反射しない特性のものを用いて代用してもよい。
【0054】
本実施の形態の効果は以下のようになる。
このように、本実施の形態によれば、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の赤外域の蛍光像を観察することができる。このように長波長域での蛍光を観察できるようにすることにより、このような長波長域では自家蛍光は殆ど無視できるので自家蛍光による誤診を防止でき、また透過性の高い長波長域での蛍光により粘膜下深部の病変部からの蛍光も検出できるので、粘膜下深部の病変部の見逃しも有効に防ぐことができる。
【0055】
また、赤外蛍光と可視光を分離する分離手段を設けたので、通常の可視光と完全に同時刻の赤外蛍光像を得ることができる。このことは、動きが激しい内視鏡検査において、特に、蛍光像と通常画像の重ね合わせ表示や、蛍光像と通常画像の間で画像間演算を行う場合に、画像の位置ズレに起因するアーティファクトが出ないという効果も有る。
【0056】
さらに、赤外蛍光、赤、緑、青の像を得るのに4つのCCD25〜28を用いているので、高画質の画像を得ることができ、特にハイビジョン用のCCDを用いるのに適した構成である。
【0057】
(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態の目的は時間的なずれのない可視光像及びインドシアニングリーン誘導体標識抗体赤外蛍光像を得ることができ、比較的コンパクトな撮像系で実現できる内視鏡装置を提供することにある。
【0058】
本実施の形態は、第1の実施の形態と類似の構成であるので、異なる点を中心に説明し、類似機能を持つ構成には同じ符号を付け説明は省略する。
【0059】
図6は第2の実施の形態の内視鏡装置の全体の構成を示すブロック図、図7はモザイクフィルタの構成を示す説明図、図8はモザイクフィルタの分光透過特性を示す説明図である。
【0060】
図6に示す第2の実施の形態の内視鏡装置1Bは、第1の実施の形態の内視鏡装置1Aにおいて、内視鏡2A及びカメラヘッド4Aの代わりに体腔内に挿入して観察等を行うための電子内視鏡2Bが用いられている。
【0061】
この電子内視鏡2Bは光学式の内視鏡2Aと同様に細長の挿入部8を有し、この挿入部8内にはライトガイドファイバ9が挿通され、その手元側のライトガイドコネクタ10は光源装置3Aに着脱自在で接続される。そして、光源装置3Aから供給される光を伝送し、先端部15に取り付けた先端面から照明レンズ16を経て被検査体17に出射する。
【0062】
そして、観察窓に取り付けた対物レンズ18により被検査体17側の像を結像位置に結ぶ。この結像位置にはモザイクフィルタ37をその受光面の直前に配置したCCD39が配置されている。
このCCD39は挿入部8内を挿通された信号ケーブル38を介してプロセッサ5Aと接続され、CCD39の画像信号はプリプロセス回路31に入力されるようになっている。
【0063】
上記モザイクフィルタ37は図7に示すように赤外光成分(IR)と、赤(R)、緑(G)、青(B)の可視光成分に分離するIR,R,G,Bの透過フィルタエレメントがCCD39の画素の直前に配置されている。
【0064】
また、これらの透過フィルタエレメントの透過特性を図8に示す。なお、IRの透過フィルタエレメントは励起光をカットし、蛍光物質の蛍光を通す特性に設定している。
また、プロセッサ5Aのプリプロセス回路31はCCD39から出力される画像信号に対しR,G,Bの透過フィルタエレメントを通した画素からR,G,Bの信号を抽出し、R,G,Bの色信号にを生成すると共に、IRの透過フィルタエレメントを通した画素から蛍光画像の信号を生成する。
その他の構成は第1の実施の形態で説明したものと同様の構成であり、その説明を省略する。
【0065】
次に本実施の形態の作用を説明する。
光源装置3Aのランプ11から放射された光は、バンドパスフィルタ12、照明光絞り13等を経て電子内視鏡2Bのライトガイドファイバ9の手元側の端面に供給され、このライトガイドファイバ9の先端面からさらに照明レンズ16を経て被検査体17に照射される。バンドパスフィルタ12は、すでに説明した図2に示す特性をしている。
【0066】
被検査体17からの反射光と蛍光は、電子内視鏡2Bの先端部15の対物レンズ18を経てCCD39前面に配置されたモザイクフィルタ37を経てCCD39の受光面(撮像面)に像を結ぶ。
【0067】
モザイクフィルタ37上のフィルタエレメントの配置は、図7のようになっており、CCD39に入射される光を赤外光成分(IR)と、赤(R)、緑(G)、青(B)の可視光成分に分離する。モザイクフィルタ37上の各フィルタの分光透過特性は図8に示されている。
【0068】
このモザイクフィルタ37により分離された赤、緑、青の可視光成分からは通常の可視光による像が形成される。また、このモザイクフィルタ37により分離された赤外光成分は、蛍光の波長帯域を含んでいて励起光の波長帯域は含んでいないので蛍光物質の蛍光像のみを得ることができる。
【0069】
CCD39で得られた信号は、プロセッサ5Aのプリプロセス回路31、A/D変換回路32、映像信号処理回路33、D/A変換回路34を経て、モニタ6に表示される。
本実施の形態では、可視光成分を赤、緑、青に分離したが、シアン、マゼンダ、イエローに分離してもよい。
【0070】
また、観察用光源手段として単一のランプを用いるのではなく、例えば通常光観察用のハロゲンランプと蛍光物質励起用のレーザあるいは発光ダイオードのように2つ以上の光源を組み合わせてもよい。
また、蛍光物質励起用の照明光は、体外から照射することもできる。
【0071】
本実施の形態は以下の効果を有する。
このように、本実施の形態によれば、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の赤外蛍光を観察することができる。また、赤外蛍光と可視光をモザイクフィルタ37により分離したので、通常の可視光と同時刻の赤外蛍光像を得ることができる。また、1つの撮像素子で通常観察光と蛍光の双方を観察するようにしたので、撮像系がコンパクトになる。
【0072】
(第3の実施の形態)
次に本発明の第3の実施の形態を説明する。本実施の形態の目的は時間的なずれの少ない可視光像及びインドシアニングリーン誘導体標識抗体赤外蛍光像を得ることにある。
【0073】
第3の実施の形態は、第1の実施の形態と類似の構成であるので、異なる点を中心に説明し、類似機能を持つ構成には同じ符号を付け説明は省略する。
図9は第3の実施の形態の内視鏡装置1Cの全体の構成を示すブロック図、図10はRGB回転フィルタの構成を示す説明図、図11はRGB回転フィルタ上のR、G、Bフィルタの分光透過特性を示す説明図である。
【0074】
図9に示すように第3の実施の形態の内視鏡装置1Cは、図1に示す第1の実施の形態の内視鏡装置1Aにおいて、光源装置3Aの代わりに光源装置3Bを用い、かつカメラヘッド4Aの代わりにカメラヘッド4Bを用いている。
【0075】
光源装置3Bは図1の光源装置3Aにおいて、照明光絞り13とコンデンサレンズ14との間の光路中に、透過波長を制限するRGB回転フィルタ41を配置し、このRGB回転フィルタ41をモータ42で回転駆動する構成となっている。
【0076】
このRGB回転フィルタ41は図10に示すように遮光性の円板の周方向に3つの開口を設け、それぞれ赤、緑、青のフィルタ43R,43G,43Bが配置されており、モーター42の駆動で毎秒30回転することにより赤、緑、青の光を選択的に透過する。
【0077】
このRGB回転フィルタ41上の赤、緑、青のフィルタ43R,43G,43Bの分光透過特性は図11のようになっており、赤、緑、青のいずれかの光を透過すると同時に、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起光成分を含む赤外光を透過する。
【0078】
また、バンドパスフィルタ12は図2に示す特性をしているため、バンドパスフィルタ12とRGB回転フィルタ41の組み合わせにより、赤、緑、青のうちの一つの可視光成分と同時に、励起光成分を含み蛍光成分を含まない波長帯域の赤外光も透過する。
【0079】
また、カメラヘッド4Bは図1のカメラヘッド4Aにおいて、ダイクロイックミラー22の透過光側には第2のCCD26のみが配置され、反射光側は図1と同様の構成である。
【0080】
そして、2つのCCD25、26の出力信号がプロセッサ5Aに入力される。その他の構成は図1と同様の構成である。
【0081】
次に本実施の形態の作用を説明する。
光源装置3Bのランプ11から放射された光は、バンドパスフィルタ12、照明光絞り13、RGB回転フィルタ41、コンデサレンズ14を経て内視鏡2Aのライトガイドコネクタ10に供給され、ライトガイドファイバ9,照明レンズ16を経て、被検査体17に照射される。
【0082】
RGB回転フィルタ41は、図10に示すように赤、緑、青のフィルタ43R,43G,43Bが配置されており、モータ42の駆動で毎秒30回転することにより赤、緑、青の光を選択的に透過する。RGB回転フィルタ41上の赤、緑、青のフィルタ43R,43G,43Bの分光透過特性は図11のようになっており、赤、緑、青のいずれかの光を透過すると同時に、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起光成分を含む赤外光を透過する。
【0083】
また、バンドパスフィルタ12は図2で示した特性をしているため、バンドパスフィルタ12とRGB回転フィルタ41の組み合わせにより、赤、緑、青のうちの一つの可視光成分と同時に、励起光成分を含み蛍光成分を含まない波長帯域の赤外光も透過する。
【0084】
被検査体17からの反射光と蛍光は、イメージガイドファイバ19を経て内視鏡2Aの接眼部に装着されたカメラヘッド4Bに入力される。カメラヘッド4Bに入力された光は、図3に示す特性のダイクロイックミラー22により赤外光成分と可視光成分に分離される。
【0085】
ダイクロイックミラー22により反射された赤外光成分は、図4で示した特性の励起光カットフィルタ23を経て、イメージインテンシファイア24で増幅された後に第1のCCD25で検出される。
【0086】
第1のCCD25は、図示しないCCD駆動回路により、RGB回転フィルタ41の回転に同期して駆動され、インドシアニングリーン誘導体標識抗体から発せられる蛍光画像が毎秒30フレーム得られる。
【0087】
他方、ダイクロイックミラー22を透過した可視光成分は第2のCCD26に入力される。第2のCCD26は、図示しないCCD駆動回路により、RGB回転フィルタ41の回転に同期して駆動され、毎秒90フレームの画像が赤、緑、青と順次形成される。第2のCCD26からの信号は、プロセッサ5で信号処理されることにより同時化され、通常の可視画像が得られる。
【0088】
2つのCCD25、26で得られた信号は、プロセッサ5Aのプリプロセス回路31、A/D変換回路32、映像信号処理回路33、D/A変換回路34を経て、モニタ6に表示される。
【0089】
本実施の形態では、観察用光源手段として単一のランプを用いたが、例えば通常光観察用のハロゲンランプと蛍光物質励起用のレーザあるいは発光ダイオードのように2つ以上の光源を組み合わせてもよい。
また、蛍光物質励起用の照明光は、体外から照射することもできる。
【0090】
また、カメラヘッド4Bを用いずに、CCD25、26の受光素子をプロセッサ5Aに内蔵し、内視鏡2Aとプロッセサ5Aを光学的コネクタで接続させるようにして、内視鏡2Aの軽量化及び小型化を計ってもよい。
【0091】
また、励起光の除去方法は、励起光カットフィルタ23をイメージインテンシファイア24の前面に配置するものに限らず、ダイクロイックミラー22として励起光成分を反射しない特性のものを用いて代用してもよい。
【0092】
また、フレームごとの処理の代わりにフィールドごとの処理を行ってもよい。
本実施の形態は以下の効果を有する。
このように本実施の形態によれば、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の赤外蛍光を観察することができる。また、赤外蛍光と可視光を分離する分離手段を設けたので、通常の可視光とほぼ同時刻の赤外蛍光像を得ることができる。
【0093】
(第4の実施の形態)
次に本発明の第4の実施の形態を説明する。本実施の形態の目的は可視光像及びインドシアニングリーン誘導体標識抗体赤外蛍光像を得ることができ、コンパクトな撮像系を持つ内視鏡装置を提供することにある。
【0094】
第4の実施の形態は、第1の実施の形態と類似の構成であるので、異なる点を中心に説明し、類似機能を持つ構成には同じ符号を付け説明は省略する。
図12は第4の実施の形態の内視鏡装置の全体の構成を示すブロック図、図13は帯域制限回転フィルタの構成を示す説明図、図14は帯域制限回転フィルタ上の可視光透過フィルタ、赤外光透過フィルタの分光透過特性を示す説明図、図15は励起光カットフィルタの分光透過特性を示す説明図、図16は通常光観察時の動作を示す説明図、図17は蛍光観察時の動作を示す説明図、図18は通常光・蛍光同時観察時の動作を示す説明図である。
【0095】
第4の実施の内視鏡装置1Dは、図6の内視鏡装置1Bにおいて、電子内視鏡2Bにおけるモザイクフィルタ37の代わりに励起光カットフィルタ50を採用した電子内視鏡2Cと、プロセッサ5Aにフィルタ制御回路51を設けたプロセッサ5Bとを用い、さらに、光源装置3Aにおける照明光絞り13とコンデンサレンズ14との間の光路中にモータ42で回転駆動されるRGB回転フィルタ41を配置し、さらにバンドパスフィルタ12の代わりにモータ53で回転駆動される帯域制限回転フィルタ52を配置した光源装置3Cを用いている。
【0096】
この帯域制限回転フィルタ52は、図13のように半円形の可視光透過フィルタ54及び赤外光透過フィルタ55とが円形を2等分するように配置されている。
【0097】
また、可視光透過フィルタ54と赤外光透過フィルタ55との分光透過率は、それぞれ図14のようになっており、それぞれ通常観察用可視光、励起用赤外光を透過する。
【0098】
また、励起光カットフィルタ50は、図15に示す分光透過特性を持っており、可視光成分と赤外の蛍光の波長帯域を透過し、赤外の励起光の波長帯域を遮断する。
【0099】
光源装置3Cは、図10で説明したのと同様にRGB回転フィルタ41を配置して、モータ42で回転駆動する構成とすると共に、さらにランプ11と照明光絞り13との間の光路中に透過波長を制限する帯域制限フィルタ52を配置してモータ53で駆動するようにしている。
【0100】
そして、モータ42と53の回転はフィルタ制御回路51により制御する構成にしている。例えば、術者が図示しない観察モード選択スイッチにより、通常観察モードを選択すると、フィルタ制御回路51は光路中に可視光透過フィルタ54が配置される状態が維持されるようにモータ53を所定量(所定角度)回転させ(て停止させ)る制御を行う。また、RGB回転フィルタ41が毎秒30回転するようにモータ42の回転速度を制御する。
【0101】
また、術者が観察モード選択スイッチにより、蛍光観察モードを選択すると、フィルタ制御回路51は光路中に赤外光透過フィルタ55が配置される状態が維持されるようにモータ53を所定量(所定角度)回転させ(て停止させ)る制御を行う。また、RGB回転フィルタ41が毎秒30回転するようにモータ42の回転速度を制御する。
【0102】
さらに、術者が観察モード選択スイッチにより、蛍光及び通常観察モードを選択すると、フィルタ制御回路51は帯域制限回転フィルタ52が毎秒90回転するようにモータ53の回転速度を制御し、この回転に同期してRGB回転フィルタ41が毎秒30回転するようにモータ42の回転速度を制御する。
【0103】
その他の構成は図6の内視鏡装置1Bと同様の構成である。
【0104】
次に本実施の形態の作用を説明する。
光源装置3Cのランプ11から放射された光は、帯域制限回転フィルタ52、照明光絞り13、RGB回転フィルタ41、コンデンサレンズ14を経て電子内視鏡2Cのライトガイドコネクタ10に供給され、ライトガイドファイバ9を経て伝送され、被検査体17に照射される。
【0105】
帯域制限回転フィルタ52上の可視光透過フィルタ54と赤外光透過フィルタ55の分光透過率は、それぞれ図14のようになっており、それぞれ通常観察用可視光、励起用赤外光を透過する。
【0106】
RGB回転フィルタ41は、図10に示すようにR、G、Bの各フィルタ43R,43G,43Bが配置されている。各フィルタ43R,43G,43Bの分光透過特性は図11のようになっており、赤、緑、青のいずれかの光を透過すると同時に、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起光成分を含む波長帯域の赤外光も透過する。
【0107】
通常光観察時には、帯域制限回転フィルタ52の可視光透過フィルタ54が光路上に固定され、従って図16の通常観察時の動作説明図に示すように帯域制限回転フィルタ52は可視光を透過する状態となり、この状態でRGB回転フィルタ41は毎秒30回転することにより、赤、緑、青の光を透過し、被検査体17にはこれらの光が順次照射される。
【0108】
そして、CCD39の受光面で赤、緑、青の波長成分の光像を受光し、光電変換することによりR,G,Bの色成分画像の信号を出力する。この信号はプロセッサ5Bで信号処理されてモニタ6には可視光による通常の内視鏡画像が表示される。
【0109】
蛍光観察時には帯域制限回転フィルタ52の赤外光透過フィルタ55が光路上に固定され、従って図17の蛍光観察時の動作説明図に示すように帯域制限回転フィルタ52は赤外光を透過する状態となる。
【0110】
この状態でRGB回転フィルタ41は毎秒30回転することにより、励起光の波長帯域の赤外光を透過し、被検査体17にはこの励起光の波長帯域の赤外光が照射される。
また、CCD39の受光面の前には、図15に示す分光透過特性、つまり可視光成分と赤外の蛍光の波長帯域を透過し、赤外の励起光の波長帯域を遮断する励起光カットフィルタ50が配置されている。
【0111】
この励起光カットフィルタ50により、励起光はカットされ、蛍光物質(インドシアニングリーン誘導体標識抗体)の蛍光による光像を受光し、光電変換して蛍光画像の信号を出力する。
従って、モニタ6には蛍光画像が表示される。
【0112】
また、蛍光像と通常光像を同時観察する場合には、帯域制限回転フィルタ52は毎秒90回転することにより、図18の蛍光及び通常観察の動作説明図に示すように帯域制限回転フィルタ52は可視光及び赤外光を透過し、回転フィルタ41は毎秒30回転することにより、この回転フィルタ41は赤、励起光、緑、励起光、青、励起光を順次透過し、この光が被検査体17に照射される。
このようにフィルタ制御回路51は、RGB回転フィルタ41と帯域制限回転フィルタ52が同期して回転するようにフィルタ制御回路51は制御する。
【0113】
被検査体17からの反射光及び蛍光は、励起光カットフィルタ50を経て、CCD39で検出され、このCCD39では、RGB回転フィルタ42と帯域制限回転フィルタ52の位置に応じて、赤、緑、青の可視光、あるいは赤外の蛍光を受光する。
【0114】
CCD39は、図示しないCCD駆動回路によって両フィルタ41、52の回転に同期して駆動され、帯域制限回転フィルタ52の回転に応じて毎秒180フレームの画像信号を出力する。
【0115】
このCCD39の出力信号はプロセッサ5Bにより信号処理され、モニタ6に蛍光画像と通常観察画像とが表示される。
【0116】
このように本実施の形態ではCCD39で得られた信号は、プロセッサ5Bのプリプロセス回路31、A/D変換回路32、映像信号処理回路33、D/A変換回路34を経て、モニタ6に表示される。プリプロセス回路31や映像信号処理回路33では、フィルタ制御回路51からの信号に応じて、通常光観察時、蛍光観察時、通常光・蛍光同時観察時のそれぞれに応じた処理を行う。
【0117】
このように、本実施の形態によれば、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の赤外蛍光を観察することができる。また、1つの撮像素子で通常観察光と蛍光の双方を観察するようにしたので、撮像系がコンパクトになる。
【0118】
本実施の形態では、観察用光源手段として単一のランプを用いたが、例えば通常光観察用のハロゲンランプと蛍光物質励起用のレーザあるいは発光ダイオードのように2つ以上の光源を組み合わせてもよい。
【0119】
また、蛍光物質励起用の照明光は、体外から照射することもできる。
また、フレームごとの処理の代わりにフィールドごとの処理を行ってもよい。また、上述の複数の実施の形態を部分的等で組み合わせて構成される他の実施の形態等も本発明に属する。
【0120】
(第5の実施の形態)
次に本発明の第5の実施の形態を説明する。本実施の形態の目的は蛍光像と通常光像の双方を同時に観察可能にすると共に、蛍光の発光強度をより正確に知ることにある。
【0121】
体内に蛍光物質を投与して内視鏡的に診断を行う蛍光診断法においては、どの程度の明るさの蛍光が発せられているかを、正確に素早く知る必要がある。しかし、従来の構成では蛍光像と通常光像の位置関係や蛍光の強度情報を的確に知ることが困難であった。
【0122】
例えば、蛍光像のみを観察しているときには、画像に明るい部分があっても、ランプの光量が大きいから明るいのか、被写体が近くにあるから明るいのか、映像信号の増幅率が大きいから明るいのか、あるいは蛍光物質が集積しているために明るいのか、といったことの判別が難しかった。
【0123】
また、従来は表示画像において、通常光像と蛍光像を合成して同時に、しかも蛍光強度の情報を保ったまま表示させることができなかった。
【0124】
このような問題点を解決する構成例を以下に説明する。
図19は第5の実施の形態の内視鏡装置の全体の構成を示すブロック図、図20はプリプロセス回路の構成を示すブロック図、図21は映像信号処理回路の構成を示すブロック図、図22はヘモグロビンの吸光特性を示す特性図、図23は通常光・蛍光マーカー観察選択時のモニタ上の画面表示例を示す説明図である。
【0125】
図19に示すように第5の実施の形態の内視鏡装置1Eは、体腔内に挿入され、体腔内を観察、診断等するための内視鏡2Dと、観察用の光及び励起用の光を発する光源装置3Dと、内視鏡2Dに装着され、撮像手段を内蔵したカメラヘッド4Aと、撮像手段に対する信号処理を行うプロセッサ5Cと、画像を表示するモニタ6とにより構成される。本実施の形態では、光学式の内視鏡2Dの接眼部に着脱自在のカメラヘッド4Aを装着したカメラ外付け方式の内視鏡により撮像手段を備えた電子式内視鏡を形成している。
【0126】
内視鏡2Dは、体腔内に挿入される細長で可撓性の挿入部8を有し、この挿入部8内には照明光を伝送するライトガイドファイバ9と被検査体からの光を伝送するイメージガイドファイバ19とが挿通されている。ライトガイドファイバ9の手元側の入射端のライトガイドコネクタ10は光源装置3Dに着脱自在に接続され、また、イメージガイドファイバ19の後端部にはカメラヘッド4Aが着脱自在に接続されるようになっている。
【0127】
光源装置3Dは、可視光帯域を含む光を放射するランプ61と、このランプ61による照明光路上に設けられ透過波長を制限する赤外カットフィルタ62と、赤外帯域のレーザ光を放射する赤外レーザ63と、可視光帯域の光を透過し赤外帯域の光を反射するミラー64と、光量を制限する照明光絞り65と、集光するコンデンサレンズ66と、ランプ61及び赤外レーザ63の発光光量を制御する発光制御回路67とを備えている。
【0128】
カメラヘッド4Aは、結像レンズ21と、赤外光成分と可視光成分とを分離するダイクロイックミラー22と、分離された赤外光から励起光成分を除去する励起光カットフィルタ23と、赤外光を増幅するイメージインテンシファイア24と、イメージインテンシファイア24によって増幅された光を受光する第1のCCD25と、可視光成分を赤、緑、青の光に分離するダイクロイックプリズム29と、赤色光を受光する第2のCCD26と、緑色光を受光する第3のCCD27と、青色光を受光する第4のCCD27とを備えて構成される。
【0129】
プロセッサ5Cは、第1のCCD25〜第4のCCD28の画像信号に対する増幅、カラーバランス等の前処理を行うプリプロセス回路71と、A/D変換回路72と、マーカー生成、画像合成等の処理を行う映像信号処理回路73と、D/A変換回路74と、画像表示モードの設定を行う画面表示設定部75とを備えている。
【0130】
プリプロセス回路71は、図20に示すように、調光信号を生成する自動調光回路81と、カラーバランスの調整を行うカラーバランス補正回路82と、自動ゲイン調整を行うAGC回路83とを有して構成される。
【0131】
映像信号処理回路73は、図21に示すように、各色成分の信号を選択するマルチプレクサ86と、赤外光成分(IR)と赤色光成分(R)との除算を行う除算回路87と、除算回路87の出力を基にマーカーを生成するマーカー生成回路88と、マルチプレクサ86の出力とマーカー生成回路88の出力とを合成する画像合成回路89とを有して構成される。
【0132】
次に、このように構成されている内視鏡装置1Eの動作について説明する。
【0133】
第1の実施の形態と同様に、被検査体の体内には、予めインドシアニングリーン誘導体標識抗体を投与しておき、病巣部に集積させる。そして、光源装置3Dより励起光として体内に770〜780nm付近の光を照射し、蛍光像として810〜820nm付近の光を検出することにより、病変の有無を知ることができる。
【0134】
光源装置3Dのランプ61は、キセノンランプであり、可視光帯域を含む波長領域の光を放射する。ランプ61から放射された光は赤外カットフィルタ62を通過して、ミラー64に入射される。赤外カットフィルタ62は、赤、緑、青の可視光帯域の光を透過し、赤外帯域の光を除去するフィルタである。この赤外カットフィルタ62を通過した可視光帯域の光は、ミラー64を透過し、照明光絞り65により光量が調整される。
【0135】
一方、赤外レーザ63は、半導体レーザであり、インドシアニングリーン誘導体標識抗体を励起する780nm付近の波長のレーザ光を放射する。赤外レーザ63から放射されたレーザ光は、図示しない光学系により拡散された後にミラー64により反射され、照明光絞り65に入射されて光量が調整される。
【0136】
照明光絞り65は、ランプ61からの光量と赤外レーザ63からの光量の双方を調節する作用を有している。このとき、ランプ61及び赤外レーザ63は、発光制御回路67により発光光量などが制御される。照明光絞り65を通過した光は、コンデンサレンズ66で集光されて内視鏡2Dのライトガイドファイバ9に供給され、ライトガイドファイバ9を経て内視鏡先端部より被検査体に照射される。
【0137】
被検査体では、光源装置3Dからの照射光が生体組織により吸収、反射されると共に、病巣部からは前もって投与したインドシアニングリーン誘導体標識抗体に励起光が照射されたことに起因する蛍光が発せられる。
【0138】
被検査体からの反射光と蛍光によりイメージガイドファイバ19の先端面に像を結び、その像はイメージガイドファイバ19を経て後端面に伝送され、結像レンズ21を通して内視鏡2Dに装着されたカメラヘッド4Aに入力される。
【0139】
カメラヘッド4Aに入力された光は、ダイクロイックミラー22により赤外光成分と可視光成分に分離される。ダイクロイックミラー22の分光透過特性は図3に示したようになっており、可視光成分が透過され、その他の光成分が反射される。
【0140】
ダイクロイックミラー22により反射された赤外光成分は励起光カットフィルタ23を経て、イメージインテンシファイア24で増幅された後に第1のCCD25で検出される。励起光カットフィルタ23の分光透過特性は図4に示したようになっており、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起光成分が除去され、蛍光成分が透過される。
【0141】
イメージインテンシファイア24は、350nm〜910nm付近の波長で感度を持っており、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の蛍光を検出することができる。この様にして、第1のCCD25からは、インドシアニングリーン誘導体標識抗体から発せられる蛍光成分が検出される。
【0142】
他方、ダイクロイックミラー22を透過した可視光成分はダイクロイックプリズム29と3つのCCD26,27,28から成る3板式カメラに入力される。ダイクロイックプリズム29は、入射光を赤、緑、青の3成分に分離し、それぞれ、第2のCCD26,第3のCCD27,第4のCCD28に導く。この様にして、第2、第3、第4のCCD26〜28からは、通常の可視画像(通常光像)成分が検出される。
【0143】
第1〜第4のCCD25〜28は、図示しないCCDドライブ回路により同期して駆動され、それぞれのCCDから毎秒30フレームの画像が得られる。
【0144】
各CCD25〜28からの赤外、赤、緑、青の信号(IR,R,G,B)は、プロセッサ5Cのプリプロセス回路71に入力される。プリプロセス回路71に入力された各CCDからの信号は、図示しないプリアンプにより増幅された後に図20に示す自動調光回路81に入力され、光源装置3Dの照明光絞り65を制御するための制御信号(調光信号)が生成される。
【0145】
この自動調光回路81では、通常光観察用の第2〜第4のCCD26〜28からの信号を用いて、通常の可視光帯域の光の被検査体からの反射光量に基づいて所定の照射光量に制御するための調光信号を生成する。自動調光回路81からの調光信号は光源装置3Dの照明光絞り65に入力され、この調光信号に基づき照明光絞り65における通過光量が制御される。このような構成にすることにより、蛍光物質を励起する赤外レーザ63からの被検査体への照射光量も、通常光像の明るさに基づいて適切に制御されるので、蛍光物質励起用の光量が強すぎたり弱すぎたりして、蛍光像の明るさ判断を誤ることがない。
【0146】
また、プリプロセス回路71に入力された各CCDからの信号はカラーバランス補正回路82にも入力される。カラーバランス補正回路82では、色の基準となる図示しないカラーバランス調整具を撮像しているときの信号レベルを基にして、画像信号のカラーバランスを調整する。
【0147】
このカラーバランス調整具は、可視光領域の反射率がほぼ一定であり、さらにインドシアニングリーン誘導体標識抗体と同様に、770nm〜780nm付近の励起光を照射することにより810〜820nm付近の蛍光を発する物質が塗布されている。このようなカラーバランス調整具を用いてカラーバランス調整を行うことにより、カラーバランス補正回路82では赤、緑、青に加えて赤外も含めてのカラーバランスが調整され、光源装置のランプ、赤外レーザのばらつきや、内視鏡のライトガイドファイバ、イメージガイドファイバの分光透過率のばらつき、CCDの感度のばらつきなどによる色調不良が補正される。
【0148】
カラーバランス補正回路82を通過した各CCDからの信号は、AGC回路83に入力され、ここでゲインの調整が行われる。AGC回路83の増幅率算出回路84には、通常光観察用の第2〜第4のCCD26〜28からの信号が入力され、通常の可視光帯域の光の被検査体からの反射光量に基づいて増幅回路85における増幅率が決定される。決定された増幅率は増幅回路85に送られ、AGC回路83に入力された各CCDからの信号がこの増幅率で増幅される。
【0149】
このような構成にすることにより、蛍光像も通常光像の明るさに基づいて適切に増幅されるので、蛍光像の増幅率が高すぎたり低すぎたりして、蛍光像の明るさ判断を誤ることがない。
【0150】
プリプロセス回路71のAGC回路83から出力される各信号は、A/D変換回路72に入力され、アナログ信号からデジタル信号(IR′,R′,G′,B′)に変換された後、映像信号処理回路73に送られて図21に示すマルチプレクサ86に入力される。
【0151】
マルチプレクサ86は、モニタ6に表示するRGBの入力それぞれに、入力される各CCD25〜28からの信号(IR′,R′,G′,B′)のどれを割り当てて出力するかを、画面表示設定部75からの設定信号に応じて選択する。
【0152】
また、映像信号処理回路73に入力された各信号のうち、R′とIR′は除算回路87に入力され、画像上の対応するそれぞれの画素ごとにIR″=IR′/R′の計算が行われ、蛍光像が赤色光像により規格化される。人体内部の粘膜色は、ヘモグロビン色素の量による影響が支配的であり、図22に示すように、ヘモグロビンは600nm以下の波長に対して大きな吸収特性を持つ。
【0153】
本実施の形態では、蛍光像を600nm以上の波長の赤色光像で規格化しているので、ヘモグロビン色素量の大小による影響をそれほど受けずに、観察部位と内視鏡先端との位置関係による見かけの蛍光発光強度の変化を打ち消すことができる。そのため、規格化された蛍光像成分を示す信号IR″は、実際の蛍光発光強度やインドシアニングリーン誘導体標識抗体の集積度を正確に示す信号として用いることができる。
【0154】
除算回路87より出力される信号IR″は、マーカー生成回路88に入力される。マーカー生成回路88では、IR″の信号レベルの高い部分に対応して目印となるマーカーを生成すると共に、このマーカー生成部分のIR″の値をグラフ表示する画像を生成する。
【0155】
前記マルチプレクサ86の出力とマーカー生成回路88の出力は、画像合成回路89に入力されて画像合成処理が行われる。画像合成回路89では、前記画面表示設定部75からの設定信号に応じて、マルチプレクサ86から出力される画像信号にマーカー生成回路88で生成されるマーカー及びグラフの画像信号を合成(スーパーインポーズ)して、合成画像として出力する。
【0156】
映像信号処理回路73の画像合成回路89から出力される合成画像信号は、D/A変換回路74に入力され、デジタル信号からアナログ信号に変換された後、モニタ6に入力されて画像が表示される。モニタ6上では、画面表示設定部75での設定に応じて、通常光像や蛍光像の画像を観察することができる。
【0157】
ユーザーは図示しない内視鏡操作部のスイッチを操作して、(1)通常光単独観察、(2)蛍光単独観察、(3)通常光・蛍光合成観察、(4)通常光・蛍光マーカー観察の4つの観察モードのうちの一つを選択する。画面表示設定部75では、前記内視鏡操作部からの画面表示設定信号に基づいて画面表示が設定され、設定信号が映像信号処理装置73のマルチプレクサ86及び画像合成回路89に送られる。またこのとき、画面表示設定部75より発光制御信号が光源装置3Dの発光制御回路67に送られ、画面表示設定に応じて制御される。
【0158】
通常光単独観察が選択されると、画面表示設定部75からの発光制御信号に基づき、発光制御回路67の制御によってランプ61のみが発光し赤外レーザ63は発光停止する。また、画面表示設定部75からの設定信号により、映像信号処理装置73のマルチプレクサ86及び画像合成回路89が制御される。マルチプレクサ86では、モニタのR入力に赤の反射光像の信号R′が、モニタのG入力に緑の反射光像の信号G′が、モニタのB入力に青の反射光像の信号B′がそれぞれ入力されるように出力が選択される。画像合成回路89では、通常光像の画像にマーカー画像の合成を行わずに出力する。この結果、モニタ6上には通常光像のみがカラー表示される。
【0159】
蛍光単独観察が選択されると、画面表示設定部75からの発光制御信号に基づき、発光制御回路67の制御によってランプ61と赤外レーザ63の双方が発光する。このとき、マルチプレクサ86では、画面表示設定部75からの設定信号により、モニタのR入力、G入力、B入力全てに蛍光像の信号IR′が入力されるように出力が選択される。画像合成回路89では、蛍光像の画像にマーカー画像の合成を行わずに出力する。この結果、モニタ6上には蛍光像のみがモノクロ表示される。
【0160】
通常光・蛍光合成観察が選択されると、画面表示設定部75からの発光制御信号に基づき、発光制御回路67の制御によってランプ61と赤外レーザ63の双方が発光する。この場合、ランプ61は自動調光回路81による調光と増幅率算出回路84による蛍光像の増幅率の決定のために発光させる。
【0161】
このとき、マルチプレクサ86では、画面表示設定部75からの設定信号により、モニタのR入力、B入力に緑の反射光像の信号G′が、モニタのG入力に蛍光像の信号IR′がそれぞれ入力されるように出力が選択される。画像合成回路89では、画像信号にマーカー画像の合成を行わずに出力する。この結果、モニタ6上には反射光像(緑色成分)と蛍光像がそれぞれ異なる色成分として表示される。
【0162】
体内の正常粘膜部には、インドシアニングリーン誘導体標識抗体が集積しないため、可視光の緑に対応する反射光成分がモニタにおけるR成分、B成分として表示され、モニタにおけるG成分は蛍光成分がほとんどないため非常に暗くなる。従って、モニタ6上では正常粘膜部が紫色に表示される。また、癌などのインドシアニングリーン誘導体標識抗体が集積しやすい部位からは赤外蛍光が発せられるので、モニタ6上では病変部が緑っぽい色に表示される。
【0163】
このように、通常光・蛍光合成観察モードでは、色の違いで正常部と病変部を見分けられるので、診断が容易に行える。また、緑色の反射光像は、粘膜の構造をよく反映しているため、蛍光像と通常光像の位置関係も把握しやすい。
【0164】
通常光・蛍光マーカー観察が選択されると、画面表示設定部75からの発光制御信号に基づき、発光制御回路67の制御によってランプ61と赤外レーザ63の双方が発光する。このとき、マルチプレクサ86では、画面表示設定部75からの設定信号により、モニタのR入力に赤の反射光像の信号R′が、モニタのG入力に緑の反射光像の信号G′が、モニタのB入力に青の反射光像の信号B′がそれぞれ入力されるように出力が選択される。
【0165】
画像合成回路89では、通常光像の画像にマーカー画像の合成を行って出力する。この結果、モニタ6上には通常光像に重ねて蛍光発光強度が高い部分にマーカーが表示される。各マーカー部分の規格化蛍光信号レベル(蛍光発光強度)IR″は、モニタ画面上の左下にグラフ表示され、マーカー表示された部位が病変である可能性を一目で知ることができる。
【0166】
このときのモニタ上の画面表示の一例を図23に示す。通常光・蛍光マーカー観察時では、画面右部には八角形枠の領域に通常光像による観察画像91が表示され、この観察画像91中に、A,B,Cで表されるマーカーによって蛍光発光強度が高い部位が示される。また、画面左下部にはグラフが表示され、このグラフの長さにより各マーカーA,B,Cが表示された部位の蛍光発光強度IR″が示される。なお、蛍光発光強度IR″が所定値以上の部分が表示画像中にないときには、マーカーは表示されない。
【0167】
本実施の形態では、観察用照明光として光源から同時に可視光を照射しているが、光源から色順次方式で赤、緑、青、赤外(励起光)の光を照射し、内視鏡の挿入部先端にCCDを設ける構成にしても、本実施の形態の信号処理方法は応用できる。
【0168】
また、光源装置から出力されるランプ61及び赤外レーザ63の光量の調節は、照明光絞り65を用いるものに限らず、電流や電圧の制御により発光光量を制御するようにしてもよい。また、光源手段として内視鏡の挿入部先端に発光ダイオードを取り付けてもよい。また、蛍光物質励起用の照明光は、生体組織への透過性が良いため、体外から照射してもよい。
【0169】
また、撮像手段としてカメラヘッド4Aを用いずに、CCD等の受光素子をプロセッサ5Cに内蔵し、内視鏡2Dとプロセッサ5Cを光学的コネクタで接続させるようにして、内視鏡の軽量化及び小型化を計ることもできる。また、3板式のカメラの代わりに、CCDの前面にモザイクフィルタを配設した単板式カメラを用いて通常光を検出するようにして、コストの削減を計ることもできる。
【0170】
また、励起光の除去方法は、励起光カットフィルタ23をイメージインテンシファイア24の前面に配置するものに限らず、ダイクロイックミラー22として励起光成分を反射しない特性のものを用いて代用してもよい。
【0171】
また、蛍光像の規格化は、赤色成分の画像で規格化するものに限らず、赤外の励起光成分を撮像してその励起光像で規格化してもよい。
【0172】
また、蛍光観察時にはモニタにそのままの蛍光像(IR′)を表示する代わりに、規格化された蛍光像(IR″)を表示するようにしてもよい。また、モニタに表示する色成分としては、赤、緑、青を基準とするものに限らず、シアン、マゼンダ、イエローを基準にしてもよい。
【0173】
また、通常光・蛍光合成観察選択時にモニタに表示する反射光の色成分は緑色光に限らず、緑色光の代わりに赤色光を用いてもよいし、緑色光と赤色光をそれぞれモニタの異なる色成分信号として入力してもよい。また、通常光・蛍光合成観察選択時に蛍光像(IR″)を入力するのは、モニタのG入力に限らず、R入力やB入力やRGBのうちの2つ以上の入力に割り当ててもよい。
【0174】
本実施の形態は以下の効果を有する。
このように、本実施の形態によれば、蛍光像と通常光像の双方を同時に観察可能であり、蛍光の発光強度を正確に知ることができる。
【0175】
[付記]
1.インドシアニングリーン誘導体標識抗体から成る蛍光物質を被検査対象物に投与して診断を行う装置において、
前記蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を前記被検査対象物に照射する光源手段と、
前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域で前記被検査対象物の像を撮像する撮像手段と、
を有し、前記第1の波長帯域の少なくとも一部及び前記第2の波長帯域の少なくとも一部は赤外の波長帯域であることを特徴とした内視鏡装置。
【0176】
(付記1の目的)生体組織の透過性が良い赤外領域で励起、蛍光発光するインドシアニングリーン誘導体標識抗体の観察を行える内視鏡を提供し、自家蛍光による誤診や皮下深部の病変部の見落としを防ぐことにある。
(付記1の作用)付記1はインドシアニングリーン誘導体標識抗体を励起する赤外光を発する光源と、励起光を含まず蛍光を含む光を撮像する撮像手段を設けた構成にしたため、インドシアニングリーン誘導体標識抗体の蛍光像が観察可能になるという作用がある。
【0177】
2.病巣に親和性のある蛍光物質を被検査対象物に投与して診断を行う内視鏡装置において、
前記蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光と可視光の少なくとも一部を含む第3の波長帯域の光を前記被検査対象物に同時に照射する光源手段と、
前記被検査対象物からの光を前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含む第2の波長帯域の光と可視光の少なくとも一部を含む第4の波長帯域の光に分離する分離手段と、
前記第2の波長帯域の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない光を撮像する第1の撮像手段と、
前記第4の波長帯域の少なくとも一部を含む光で撮像する第2の撮像手段と、
を有することを特徴とした内視鏡装置。
【0178】
(付記2の目的)蛍光像と通常光像の双方を観察可能にし、さらに得られる蛍光像と通常光像の時間差を極力小さくすることにある。
(付記2の作用)付記2は、撮像系において蛍光と通常観察光を分離する構成にしたために、時間的にずれの少ない蛍光像と通常光像を得られるという作用がある。
【0179】
3.前記分離手段はダイクロイックミラーであり、前記第2の撮像手段は前記第1の撮像手段とは別の少なくとも3つの撮像素子を含むことを特徴とした付記2記載の内視鏡装置。
【0180】
(付記3の目的)付記2の目的に加え、得られる蛍光像と通常光像の時間差を無くし、さらに高画質な蛍光像、通常光像を得ることにある。
(付記3の作用)付記3は、通常観察光を3つ以上の撮像素子で撮像する構成にしたために、高画質な像が得られるという作用がある。
【0181】
4.前記分離手段はモザイクフィルタであり、前記第1の撮像手段は前記第2の撮像手段と同一の撮像素子であることを特徴とした付記2記載の内視鏡装置。
【0182】
(付記4の目的)付記2の目的に加え、比較的低コストでコンパクトな撮像系に構成にすることにある。
(付記4の作用)付記4は、被写体と撮像素子との光路上にモザイクフィルタを設ける構成にしたために、1つの撮像素子で通常光像と蛍光像の双方を観察でき、撮像系を比較的コンパクトにできるという作用を持つ。
【0183】
5.病巣に親和性のある蛍光物質を被検査対象物に投与して診断を行う内視鏡装置において、
前記蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光と可視光の少なくとも一部を含む第3の波長帯域の光を選択的に前記被検査対象物に照射する光源手段と、
前記被検査対象物からの光を撮像する撮像手段と、
前記被検査対象物と前記撮像手段との光路上に設けられ第1の波長帯域の光を遮断し前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含む第2の波長帯域の光を通過する波長制限手段とを有し、
前記第1の波長帯域の少なくとも一部及び前記第2の波長帯域の少なくとも一部は赤外の波長帯域であることを特徴とした内視鏡装置。
【0184】
(付記5の目的)赤外蛍光像と通常光像の双方を観察可能にし、さらに撮像系をコンパクトな構成にすることにある。
(付記5の作用)付記5は、励起光と通常観察用可視光を時分割で照射する構成にしたため、撮像装置に複雑な構成を用いる必要が無く、コンパクトな撮像系で蛍光像と通常光像を観察できるという作用を持つ。
【0185】
6.前記蛍光物質はインドシアニングリーン誘導体標識抗体であることを特徴とした付記2又は付記3又は付記4又は付記5記載の内視鏡装置。
【0186】
(付記6の目的)付記2〜5の目的に加えて、特にインドシアニングリーン誘導体標識抗体を観察するのに適した内視鏡装置を提供することにある。
(付記6の作用)付記1と同じ。
【0187】
7.蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を被検査対象に照射する光源手段と、
前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域で前記被検査対象を撮像する撮像手段と、
前記第1の波長帯域の少なくとも一部を含む第3の波長帯域での前記被検査対象からの反射および散乱光量を検出する反射光量検出手段と、
前記反射光量検出手段で検出された反射光量に基づき前記光源手段から出力される光量を制御する光量制御手段と、
を有することを特徴とした内視鏡装置。
【0188】
(付記7の目的)蛍光の発光強度をより正確に知ることにある。
(付記7の作用)付記7は、反射光量に応じて蛍光物質を励起する光源の光量を制御する構成にしたため、意図しない調光作用による見かけの蛍光の明るさ変化を防ぐ作用がある。
【0189】
8.蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を被検査対象に照射する光源手段と、
前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域で前記被検査対象を撮像する撮像手段と、
前記第1の波長帯域の少なくとも一部を含む第3の波長帯域での前記被検査対象からの反射及び散乱光量を検出する反射光量検出手段と、
前記反射光量検出手段で検出された反射光量に基づき前記撮像手段により得られる撮像信号を増幅する増幅手段と、
を有することを特徴とした内視鏡装置。
【0190】
(付記8の目的)蛍光の発光強度をより正確に知ることにある。
(付記8の作用)付記8は、反射光量に応じて蛍光像の増幅率を制御する構成にしたため、意図しない増幅作用による見かけの蛍光の明るさ変化を防ぐ作用がある。
【0191】
9.蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含み第1の波長帯域の光を被検査対象に照射する光源手段と、
前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域での前記被検査対象の蛍光像を撮像する第1の撮像手段と、
600nm以上の波長の少なくとも一部を含む第3の波長帯域での前記被検査対象の反射光像を撮像する第2の撮像手段と、
前記第1の撮像手段で撮像した蛍光像を前記第2の撮像手段で撮像した反射光像により規格化する画像規格化手段と、
を有することを特徴とした内視鏡装置。
【0192】
(付記9の目的)蛍光の発光強度をより正確に知ることにある。
(付記9の作用)付記9は、蛍光像を600nm以上の波長帯域の反射光像で規格化する構成にしたため、より正確な蛍光発光強度が得られるという作用がある。
【0193】
10.蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を被検査対象に照射する光源手段と、
前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域での前記被検査対象の蛍光像を撮像する第1の撮像手段と、
前記第1の波長帯域の少なくとも一部を含む第3の波長帯域での前記被検査対象の反射光像を撮像する第2の撮像手段と、
前記蛍光像の輝度に基づいて決定される着目部位と対応する位置に画面表示するためのマーカーを生成するマーカー生成手段と、
前記反射光像に前記マーカーを合成する画像合成手段と、
を有することを特徴とした内視鏡装置。
【0194】
(付記10の目的)蛍光像の明るさと通常光像の双方を同時に観察可能とすると共に、蛍光の発光強度をより正確に知ることにある。
(付記10の作用)付記10は、蛍光像の輝度に基づきマーカーを生成し反射光像に合成する構成にしたために、通常光像を観察しながら、蛍光像の情報を的確に把握できるという作用を持つ。
【0195】
11.蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を被検査対象に照射する光源手段と、
前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域での前記被検査対象の蛍光像を撮像する第1の撮像手段と、
前記第1の波長帯域の少なくとも一部を含む第3の波長帯域での前記被検査対象の反射光像を撮像する第2の撮像手段とを有し、
前記蛍光像を少なくとも1つ以上の色成分に割り当てると共に前記反射光像を少なくとも1つ以上の色成分として割り当てて画面表示することを特徴とした内視鏡装置。
【0196】
(付記11の目的)蛍光像の明るさと通常光像の双方を同時に観察可能とすると共に、蛍光の発光強度をより正確に知ることにある。
(付記11の作用)付記11は、蛍光像と通常光像を、それぞれ色成分に割り当てて表示する構成にしたため、通常光像と蛍光像の双方からの情報を色の変化として的確に観察できるという作用を持つ。
【0197】
12.前記蛍光物質はインドシアニングリーン誘導体標識抗体であることを特徴とした付記7ないし11のいずれかに記載の内視鏡装置。
【0198】
(付記12の目的)付記7ないし11の目的に加えて、特にインドシアニングリーン誘導体標識抗体を観察するのに適した装置を提供することにある。
【0199】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、インドシアニングリーン誘導体標識抗体から成る蛍光物質を被検査対象物に投与して診断を行う内視鏡装置において、
前記蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を前記被検査対象物に照射する光源手段と、
前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域で前記被検査対象物の像を撮像する撮像手段と、
を有し、前記第1の波長帯域の少なくとも一部及び前記第2の波長帯域の少なくとも一部は赤外の波長帯域であるようにして、インドシアニングリーン誘導体標識抗体を赤外域の励起光で励起し、この励起光を含まず赤外域の蛍光で撮像する構成にしているので、赤外域のインドシアニングリーン誘導体標識抗体の蛍光像が観察可能になり、自家蛍光を排除でき、皮下深部の病変部の見落としも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。
【図2】バンドパスフィルタの分光透過特性を示す特性図。
【図3】ダイクロイックミラーの分光透過特性を示す特性図。
【図4】励起光カットフィルタの分光透過特性を示す特性図。
【図5】インドシアニングリーン誘導体標識抗体の励起・蛍光特性を示す特性図。
【図6】本発明の第2の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。
【図7】モザイクフィルタの構成図。
【図8】モザイクフィルタの分光透過特性を示す特性図。
【図9】本発明の第3の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。
【図10】RGB回転フィルタの構成図。
【図11】RGB回転フィルタの分光透過特性を示す特性図。
【図12】本発明の第4の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。
【図13】帯域制限回転フィルタの構成図。
【図14】可視光透過・赤外光透過フィルタの分光透過特性を示す特性図。
【図15】励起光カットフィルタの分光透過特性を示す特性図。
【図16】通常光観察時の動作説明図。
【図17】蛍光観察時の動作説明図。
【図18】通常光・蛍光同時観察時の動作説明図。
【図19】本発明の第5の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。
【図20】プリプロセス回路の構成図。
【図21】映像信号処理回路の構成図。
【図22】ヘモグロビンの吸光特性を示す特性図。
【図23】通常光・蛍光マーカー観察選択時のモニタ上の画面表示例を示す説明図。
【符号の説明】
1A…内視鏡装置
2A…内視鏡
3A…光源装置
4A…カメラヘッド
5A…プロセッサ
6…モニタ
7…レーザ光源
8…挿入部
9…ライトガイドファイバ
11…ランプ
12…バンドパスフィルタ
13…照明光絞り
15…先端部
17…被検査体
18…対物レンズ
19…イメージガイドファイバ
22…ダイクロイックミラー
23…励起光カットフィルタ
24…イメージインテンシファイア
25…第1のCCD
29…ダイクロイックプリズム
26…第2のCCD
27…第3のCCD
28…第4のCCD
31…プリプロセス回路
32…A/D変換回路
33…映像信号処理回路
34…D/A変換回路
35…レーザガイド
36…鉗子チャンネル
Claims (4)
- インドシアニングリーン誘導体標識抗体からなる蛍光物質を被検査対象物に投与して内視鏡による診断を行う内視鏡装置において、
前記蛍光物質の励起波長の少なくとも一部を含む第1の波長帯域の光を前記被検査対象物に照射する光源手段と、
前記蛍光物質から発せられる蛍光の蛍光像であって、前記蛍光物質の蛍光波長の少なくとも一部を含み前記第1の波長帯域を含まない第2の波長帯域で前記被検査対象物の像を撮像する第1の撮像手段と、
を有し、
前記第1の波長帯域および前記第2の波長帯域の少なくとも一部は赤外の波長帯域であって、前記第1の波長帯域の光は前記蛍光物質を励起する励起光及び可視光であり、
前記蛍光像と前記被検査対象物で反射される可視光の可視光像とを分離する分離手段と、
前記可視光像を撮像する第2の撮像手段と、
を有することを特徴とする内視鏡装置。 - 前記被検査対象物と前記第1の撮像手段との光路上に設けられ、前記第1の波長帯域の光を遮断し前記蛍光物質の蛍光波長の光を通過させる波長制限手段を有することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記光源手段は、前記励起光と可視光とを選択的あるいは同時に照射することを特徴とする請求項1または2に記載の内視鏡装置。
- 前記蛍光像を用いて生成される診断情報を前記可視光像上に合成する診断情報合成手段を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
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