JP4109133B2 - Fluorescence determination device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光の照射により被測定部から発せられる蛍光に基づいて、被測定部の組織性状を判定する蛍光判定方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、所定の波長帯域の励起光を生体等の被測定部に照射して、この被測定部から発せられる蛍光に基づいて、被測定部の組織性状を判定する蛍光判定装置が提案されている。このような判定装置には、蛍光診断薬を予め吸収した生体組織から発せられる薬剤蛍光に基づいて判定を行う装置と、蛍光診断薬を使用せず、生体組織から発せられる自家蛍光に基づいて判定を行う装置とがある。この種の蛍光判定装置は多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡や、コルポスコープあるいは手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成される。
【0003】
初期の自家蛍光判定装置では、図8に示すように、病変組織から発せられる蛍光強度が、正常組織から発せられる蛍光強度に比べ小さいことを利用して、被測定部が正常組織であるか病変組織であるかの判定を行っていた。しかし、生体部位には凹凸があるため励起光光源から被測定部までの距離は均一ではなく、生体の被測定部における励起光照度は一般に不均一である。一方正常組織から発せられる蛍光強度は励起光照度にほぼ比例し、励起光照度は距離の2乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある正常組織からよりも近くにある病変組織からの方が強い蛍光を受光する場合があり、蛍光強度のみに基づいた判定を行うと、組織性状の判定を誤ることもあり得る。
【0004】
このような誤判定を防ぐために、生体組織の部位が受光した励起光の光強度と、この励起光の受光により被測定部から発せられた蛍光の光強度との比率に基づいた演算値、すなわち励起光を照射する距離や角度によって影響を受けない値である蛍光収率を反映した値を求めることにより被測定部の組織性状を判定する方式が提案されている。
【0005】
しかし、上記蛍光収率を反映した値を求める際に、紫外〜可視域の励起光は生体の種々の物質によって吸収を受けるため、反射された励起光の強度分布を測定しても生体組織が受光した励起光の強度分布を正しく測定したことにはならない。そこで、蛍光収率を反映する演算値を求める1つの方策として、紫外〜可視域に比べて、一様な吸収を受ける近赤外光を参照光として生体組織に照射し、反射された近赤外光の光強度を励起光の光強度の代わりとして用いて、蛍光強度を反射された近赤外光の光強度により除算した蛍光収率演算値を求め、この蛍光収率演算値に基づいて、組織性状を判定する装置が提案されている。すなわち、上記蛍光収率演算値を求めることにより、励起光光源および蛍光受光部と被測定部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされ、蛍光収率の違いのみが反映された演算値に基づいて判定を行うことができる。
【0006】
一方、図8に示すように、正常組織から発せられ蛍光のスペクトル形状と、病変組織から発せられる蛍光のスペクトル形状が異なることを利用した蛍光判定装置の開発も進められている。例えば、蛍光の緑色波長帯域の光強度と赤色波長帯域の光強度の比に基づいて組織性状を判定する装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。また、予め正常組織から取得した蛍光のスペクトル形状と、被測定部から取得した蛍光のスペクトル形状を比較することにより組織性状を判定する装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。
【0007】
さらに、被測定部から取得した狭波長帯域の光強度を広波長帯域の光強度で規格化した規格化蛍光演算値を用いて組織性状を判定する装置を本出願人が提案している(例えば特許文献3参照)。本公報においては、正常組織から発せられる蛍光強度と病変組織から発せられる蛍光強度の差が大きい波長帯域480nm近傍の狭帯域の蛍光画像と、430nm近傍から730nm近傍までの広帯域の蛍光画像とを撮像し、狭帯域の蛍光画像の画素値を広帯域の蛍光画像の画素値により除算した規格化蛍光演算値を求め、この規格化蛍光演算値に基づいて、各画素ごとに組織性状を判定し、この組織性状に基づいた疑似カラー画像を表示している。すなわち上記規格化蛍光演算値を求めることにより励起光光源および蛍光受光部と被測定部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされ、蛍光スペクトルの形状の違いのみが反映された演算値に基づいて組織性状を判定することができる。
【0008】
しかし、上記のように蛍光から取得した1種類のパラメータに基づいて判定を行うと、十分な判定精度を得られない場合がある。本発明者は、複数のパラメータを組み合わせて組織性状を判定することにより、判定精度が向上することに着目し、蛍光から取得した複数のパラメータに基づいて組織性状を判定する装置を、提案している(例えば特許文献4参照)。この公報では、例えば蛍光強度または上記の蛍光収率演算値と、規格化蛍光演算値とを組み合わせて組織性状を判定することにより、正常組織と病変組織との判定精度が改善されることが示されている。
【0009】
【特許文献1】
特開平6-54792号公報。
【0010】
【特許文献2】
特開平9-506027号公報。
【0011】
【特許文献3】
特開平10-225436号公報。
【0012】
【特許文献4】
特開2001-17379号公報。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
一方、生体組織には、蛍光を発する粘液や残渣等が付着している場合があり、これらが付着している生体組織(以下非清浄生体組織と記載)に励起光が照射されると、これらの粘液や残渣等からも蛍光が発せられる。このような非清浄生体組織から発せられる蛍光は、清浄生体組織から発せられる蛍光とは、その光強度やスペクトル形状が異なることが多く、従来の蛍光判定では、「正常組織とは言い難い」あるいは「病変組織とは言い難い」と判定されることが多い。しかし、従来の蛍光判定装置では、被測定部が非清浄生体組織であることを判定できないため、「正常組織とは言い難い」あるいは「病変組織とは言い難い」と判定された被測定部が、蛍光を発する粘液や残渣等が付着している非清浄生体組織であるためにこのように判定されているのか、あるいは清浄生体組織ではあるが、「正常組織とは言い難い」あるいは「病変組織とは言い難い」組織であるためにこのように判定されているのかを識別することができず、組織性状の判定結果の信頼性が低下するという問題があった。
【0014】
本発明は上記のような問題を鑑みて、組織性状の判定結果の信頼性を向上させることのできる蛍光判定方法および装置を提供することを目的とするものである
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明による蛍光判定方法は、励起光の照射により被測定部から発せられる蛍光に基づいて、被測定部の組織性状を判定する蛍光判定方法において、
励起光を照射された清浄生体組織から発せられた蛍光の蛍光情報に基づいて取得された複数の特徴量の分布情報を予め記憶し、
励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光の蛍光情報を検出し、
該検出手段により検出された前記蛍光情報に基づいて複数の特徴量を取得し、
前記複数の特徴量と、前記分布情報とに基づいて、前記被測定部が非清浄生体組織であることを判定することを特徴とするものである。
【0016】
本発明による蛍光判定装置は、励起光の照射により被測定部から発せられる蛍光に基づいて、被測定部の組織性状を判定する蛍光判定装置において、
励起光を照射された清浄生体組織から発せられた蛍光の蛍光情報に基づいて取得された複数の特徴量の分布情報を予め記憶する記憶手段と、
励起光を前記被測定部に照射する励起光照射手段と、
前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光の蛍光情報を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された前記蛍光情報に基づいて複数の特徴量を取得する特徴量取得手段と、
該特徴量取得手段により取得された前記複数の特徴量と、前記記憶手段に記憶された前記分布情報とに基づいて、前記被測定部が非清浄生体組織であることを判定する判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【0017】
なお、ここで、「清浄生体組織」とは、生体組織上に蛍光を発する粘液や残渣等が付着していない組織を意味している。また、「非清浄生体組織」とは、生体組織上に蛍光を発する粘液や残渣等が付着している組織を意味している。
【0018】
上記複数の特徴量とは、具体的には、蛍光強度、蛍光のスペクトル形状、蛍光のスペクトル形状を反映した規格化蛍光演算値あるいは蛍光の蛍光収率を反映した蛍光収率演算値等が考えられる。この複数の特徴量は、前記蛍光のスペクトル形状を反映した規格化蛍光演算値および前記蛍光の蛍光収率を反映した蛍光収率演算値であってもよい。
【0019】
なお、「規格化蛍光演算値」とは、蛍光のスペクトル形状を反映する演算値であり、被測定部から取得した異なる波長帯域の蛍光の蛍光強度の比率を反映した演算値を意味している。上記の異なる波長帯域としては、例えば480nm近傍の狭波長帯域と630nm近傍の狭波長帯域を選択することができる。
【0020】
また、上記規格化蛍光演算値としては、蛍光の狭帯域波長帯域(例えば430nm〜530nmの波長帯域)の光強度を広帯域波長帯域(例えば全波長帯域あるいは430nm〜730nmの波長帯域)の光強度で除算したものであってもよい。
【0021】
また「蛍光収率」とは、被測定部に照射される励起光の光強度と、その励起光の照射により被測定部から発せられる蛍光の光強度の比率を意味している。また「蛍光収率演算値」とは、例えば上述したように、参照光を生体組織に照射し、反射された参照光の光強度を励起光の光強度の代わりとして用いて、被測定部から発せられる蛍光の光強度を反射された参照光の光強度により除算した演算値である。上記参照光としては、組織によらず比較的均一な反射特性を有する近赤外光を使用することができる。また、精度は若干悪化するが、参照光として通常の照明光を利用することもできる。なお、励起光の射出部、すなわち内視鏡であればスコープ部の先端部と、被測定部との間の距離のバラツキを少なく保つことができれば、蛍光強度を蛍光収率演算値として用いることもできる。
【0022】
また、前記清浄生体組織が複数の既知性状組織から構成されるものであり、
前記記憶手段が、各既知性状組織毎の複数の特徴量の分布情報を予め記憶するものであれば、上記判定手段は、前記特徴量取得手段により取得された複数の特徴量と、前記既知性状組織毎の前記特徴量の分布情報とに基づいて、前記被測定部の組織性状を判定するものであってもよい。
【0023】
また、上記蛍光判定装置は、前記励起光照射手段が、前記励起光を観察部へ照射するものであり、
前記検出手段が、前記観察部から発せられた蛍光の蛍光情報を画像として検出するものであり、
前記特徴量取得手段が、前記画像の画素毎に、前記蛍光情報に基づいて複数の特徴量を取得するものであり、
前記判定手段が、前記画素毎に、前記複数の特徴量と、前記記憶手段に記憶された前記分布情報とに基づいて、前記画素に対応する被測定部が非清浄生体組織であることを判定するものであり、
前記判定手段による判定結果に基づいて蛍光診断画像を生成する蛍光診断画像生成手段と、
前記蛍光診断画像を表示する表示手段とをさらに備えたものであってもよい。
【0024】
上記蛍光診断画像生成手段は、所定数の画素からなる画素ユニットの画素数に対する、非清浄生体組織の画像であると判定される画素の画素数の割合が、所定値以上である場合に、前記画素ユニットに対して表示補正処理を施すものであってもよい。
【0025】
なお、「表示補正処理」とは、画素の画素数の割合が、所定値以上である画素ユニットを、他の画素ユニットから識別可能とする処理を意味し、例えば特殊な表示色を割り当てる、あるいは無色を割り当てる等の処理である。
【0026】
また、上記蛍光診断画像生成手段は、所定数の画素からなる画素ユニットの画素数に対する、非清浄生体組織の画像であると判定される画素の画素数の割合に応じた信頼度情報を前記画素ユニットに付加するものであってもよい。
【0027】
なお、上記蛍光判定装置は、生体内に挿入する内視鏡挿入部を有する蛍光内視鏡装置に組み込むこともできる。
【0028】
【発明の効果】
本発明者は、上述した蛍光から取得した複数の特徴量を用いて組織性状を判定する判定方法および判定装置の研究を進め、その研究過程において、清浄生体組織から発せられた蛍光から取得した複数の特徴量(例えば蛍光収率演算値と規格化蛍光演算値)の2次元分布と、非清浄生体組織から発せられた複数の特徴量の2次元分布とでは、その分布領域がかなり異なることを発見した。
【0029】
図1は多数の正常組織、前癌組織、病変(癌)組織等の清浄生体組織と、粘液や残渣等の付着している非清浄生体組織から蛍光を取得し、それぞれの蛍光から規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値を算出して、各組織と関連づけて2次元分布情報を作成した模式図である。この図1から非清浄生体組織から発せられた蛍光から取得した規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値の分布領域が、清浄生体組織から発せられた蛍光から取得した規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値の分布領域とは異なっていることがわかる。
【0030】
従って、被測定部から発せられた蛍光から取得した規格化蛍光演算値と蛍光収率演算値が、清浄生体組織から発せられた蛍光から取得した規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値の分布領域に該当するものでなければ、その被測定部は非清浄生体組織であると判定することができる。
【0031】
すなわち、本発明による蛍光判定方法および装置によれば、例えば図1に示すような、励起光を照射された清浄生体組織から発せられた蛍光の蛍光情報に基づいて取得された複数の特徴量の分布情報を予め記憶し、励起光の照射により被測定部から発せられた蛍光の蛍光情報に基づいて複数の特徴量を取得し、この複数の特徴量と、前記分布情報とに基づいて、前記被測定部が非清浄生体組織であることを判定できるので、組織性状の判定結果の信頼性を向上させることができる。
【0032】
上記複数の特徴量が、前記蛍光のスペクトル形状を反映した規格化蛍光演算値および前記蛍光の蛍光収率を反映した蛍光収率演算値である場合には、蛍光のスペクトル形状および蛍光収率に基づいて、被測定部が非清浄生体組織であることを判定できるので、精度よく判定を行うことができる。
【0033】
上記規格化蛍光演算値が、前記蛍光の狭帯域波長帯域の光強度を広帯域波長帯域の光強度で除算したものであれば、除算を行う際に0割り算が行われる可能性が低く、蛍光のスペクトル形状を適切に反映した規格化蛍光演算値を取得することができる。
【0034】
また、上記清浄生体組織が複数の既知性状組織から構成されるものであり、記憶手段が、各既知性状組織毎の複数の特徴量の分布情報を予め記憶するものであり、前記判定手段が、前記特徴量取得手段により取得された複数の特徴量と、前記既知性状組織毎の前記特徴量の分布情報とに基づいて、前記被測定部の組織性状を判定するものであれば、被測定部が非清浄生体組織であることの判定と同時に、清浄生体組織の組織性状の判定も行うことができる。
【0035】
また、前記励起光照射手段が、前記励起光を観察部へ照射するものであり、前記検出手段が、前記観察部から発せられた蛍光情報を画像として検出し、前記画像の画素毎に前記蛍光情報に基づいて複数の特徴量を取得し、前記画素毎に前記複数の特徴量と、前記記憶手段に記憶された前記分布情報とに基づいて、前記画素に対応する被測定部が非清浄生体組織であることを判定するものであり、判定結果に基づいて蛍光診断画像を生成する蛍光診断画像生成手段と、前記蛍光診断画像を表示する表示手段とをさらに備えたものであれば、判定結果を画像として、表示することができ、蛍光判定装置の利便性が向上する。
【0036】
また上記蛍光診断画像生成手段が、所定数の画素からなる画素ユニットの画素数に対する、非清浄生体組織の画像であると判定される画素の画素数の割合が、所定値以上である場合には、前記画素ユニットに対して表示補正処理を施すものであれば、画素の画素数の割合が、所定値以上で画素ユニットを他の画素ユニットと識別可能な表示色等で表示でき、診断者は、容易に非清浄生体組織の多い画像領域を識別することができる。
【0037】
蛍光診断画像生成手段が、所定数の画素からなる画素ユニットの画素数に対する、非清浄生体組織の画像であると判定される画素の画素数の割合に応じた信頼度情報を前記画素ユニットに付加するものであれば、画素ユニットの信頼度を表示することができる。
【0038】
【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詳細に説明する。まず、図2〜図5を参照して、本発明による蛍光判定方法および装置を適用した第1の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。図2は蛍光内視鏡装置の概略構成図であり、図3および図4は本蛍光内視鏡装置に搭載されるモザイクフィルタおよび切換フィルタの模式図であり、図5は演算値分布情報の説明図である。
【0039】
この蛍光内視鏡装置は、通常のカラー画像である通常画像を表示する通常画像モード、被測定部1に励起光を照射して、観察部1から発せられた蛍光に基づいて、観察部1の各被測定部2の組織性状を判定した判定結果を疑似カラーにより示す蛍光診断画像を表示する蛍光診断画像モードにより動作するものである。2つのモードの切り替えは、入力装置601 からの入力操作により行われる。なお、観察部1内において、CCDの各画素と対応する領域が被測定部2であり、この被測定部2毎に組織性状が判定される。すなわち多数(CCDの画素数)の被測定部2が集合して観察部1を形成している。
【0040】
通常画像モードにおいては、面順次光(R光Lr、G光Lg、B光Lb)を照射された観察部1の反射光による通常像をスコープ部10の先端に設けられたCCD撮像素子101 により撮像して、通常のカラー信号処理により作成した通常画像をモニタ70上に表示する。
【0041】
蛍光診断画像モードにおいては、励起光Leが照射された観察部1から発せられた蛍光から狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像とを蛍光検出手段としてのCCD撮像素子101 を用いて撮像し、また近赤外光である参照光Lsを照射された観察部1の反射光によるIR反射像ZsからIR反射画像をCCD撮像素子101 を用いて撮像し、狭帯域蛍光画像の画素値を広帯域蛍光画像の画素値で除算した値である規格化蛍光演算値と、広帯域蛍光画像の画素値をIR反射画像の画素値で除算した値である蛍光収率演算値とを算出し、予め記憶部308 に記憶されている演算値分布情報を用いて、観察部1における各被測定部2ごとの組織性状の判定結果に基づいた疑似カラー画像である蛍光診断画像をモニタ70上に表示する。なお演算値分布情報の詳細は後述する。
【0042】
本発明の実施形態である蛍光内視鏡装置は、図2に示すように、先端にCCD撮像素子101 を備え、患者の病巣と疑われる部位に挿入されるスコープ部10、通常像撮像用の照明光である面順次光(R光Lr、G光LgおよびB光Lb)を射出する光源と、蛍光像撮像用の励起光Leを射出する光源と、IR反射像撮像用の参照光Lsを射出する光源とを備える照明ユニット20、狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の画素値から蛍光演算値を算出し、該蛍光演算値に基づいて蛍光診断画像信号を生成して出力する蛍光画像処理ユニット30、通常画像信号の生成と、その通常画像信号および蛍光画像処理ユニット30から出力された蛍光診断画像信号をビデオ信号に変換して出力する通常画像処理ユニット40、CCD撮像素子101 の動作を制御するCCD駆動ユニット50、各ユニットの動作を制御するコントローラ60、該コントローラ60に接続されている入力装置601 および通常画像または蛍光診断画像を表示するモニタ70から構成されている。なお、照明ユニット20、蛍光画像処理ユニット30、通常画像処理ユニット40、CCD駆動ユニット50およびコントローラ60はプロセッサ部80を構成し、スコープ部10とプロセッサ部80およびプロセッサ部80とモニタ70は、それぞれ図示省略したコネクタにより、接離自在に接続されている。
【0043】
スコープ部10は、内部に先端まで延びるライトガイド102 およびCCDケーブル103 を備えている。ライトガイド102 およびCCDケーブル103 の先端部、即ちスコープ部10の先端部には、照明レンズ104 および対物レンズ105 を備えている。CCDケーブル103 の先端部には、微少な帯域フィルタがモザイク状に組み合わされたモザイクフィルタ106 がオンチップされたCCD撮像素子101 が接続され、該CCD撮像素子101 には、プリズム107 が取り付けられている。また、プリズム107 と対物レンズ105 の間には、波長420nm以下の波長の光をカットする励起光カットフィルタ108 が取り付けられている。
【0044】
CCD撮像素子101 は、撮像した光学像を信号電荷へ変換する受光部および信号電荷の一時的蓄積および転送を行う蓄積部を備えたフレームトランスファー型のCCD撮像素子である。ライトガイド102 は、面順次光用のライトガイド102a、励起光用のライトガイド102bおよび参照光用のライトガイド102cがバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、各ライトガイドは、照明ユニット20へ接続されている。
【0045】
ケーブル103 は、CCD撮像素子101 の駆動信号が送信される駆動ライン103aと、CCD撮像素子101 から画像信号を読み出す出力ライン103bとが組み合わされている。駆動ライン103aの一端は、CCD駆動ユニット50に接続され、出力ライン103bの一端は、蛍光画像処理ユニット30および通常画像処理ユニット40へ接続されている。
【0046】
モザイクフィルタ106 は、図3に示すように、430nm〜530nmの波長帯域の光を透過させる狭帯域フィルタ106aと、全波長帯域の光を透過させる全波長帯域フィルタ106bが交互に組み合わされ、各帯域フィルタはCCD撮像素子101 の画素に一対一で対応している。
【0047】
照明ユニット20は、白色光を射出する白色光源201 、白色光源用電源202 、白色光をR光Lr、G光LgおよびB光Lbに、順次色分解するための切換フィルタ204 、切換フィルタ204 を回転させるフィルタ回転部205 、蛍光像撮像用の波長410nmの励起光Leを発するGaN系半導体レーザ206 および半導体レーザ用電源207 、IR反射像撮像用の近赤外光である参照光Lsを発する参照光源209 、その参照光源209 に電気的に接続される参照光源用電源210 を備えている。
【0048】
上記切換フィルタ204 は、図4に示すように、R光Lrを透過するRフィルタ204a、G光Lgを透過するGフィルタ204b、B光Lbを透過するBフィルタ204cおよび遮光機能を有するマスク部204dとから構成されている。マスク部204dにより、面順次光(R光Lr、G光LgまたはB光Lb)が照射されていない間に、CCD撮像素子101 では、受光部から蓄積部へ信号電荷が転送される。
【0049】
蛍光画像処理ユニット30は、励起光Leが照射された時に、CCD撮像素子101 で撮像された画像信号のプロセス処理を行う信号処理回路301 、該信号処理回路301 から出力された画像信号をデジタル化するA/D 変換回路302 、デジタル化された画像信号を、モザイクフィルタ106 の狭帯域フィルタ106aと対応する画素で受光した画像信号からなる狭帯域蛍光画像と、全波長帯域フィルタ106bと対応する画素で受光した画像信号からなる広帯域蛍光画像とで、異なる記憶領域に保存する画像メモリ303 と、参照光Lsが照射された時に、CCD撮像素子101 で撮像された画像信号のうち、モザイクフィルタ106 の全波長帯域フィルタ106bと対応する画素で受光した画像信号にプロセス処理を施す信号処理回路304 、該信号処理回路304 から出力された画像信号をデジタル化するA/D 変換回路305 、デジタル化された画像信号からなるIR反射画像を保存する画像メモリ306 と、画像メモリ303 に記憶された隣接する画素で撮像された狭帯域蛍光画像の画素値を広帯域蛍光画像の画素値で除算した規格化蛍光演算値と、画像メモリ303 に記憶された広帯域蛍光画像の画素値を画像メモリ306 に記憶された対応する画素で撮像されたIR反射画像の画素値で除算した蛍光収率演算値とを算出する蛍光演算値算出部307 と、図5に示す演算値分布情報を記憶する記憶部308 と、各画素毎に、蛍光演算値算出部307 で算出された規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値と、記憶部308 に記憶されている演算値分布情報とを用いて組織性状を判定する判定部309 、判定結果に基づいて色が割り当てられた蛍光診断画像を生成して、後述するビデオ信号処理回路405 へ出力する蛍光診断画像生成部310 とを備えている。
【0050】
ここで、図5に示す演算値分布情報の作成方法について説明する。まず、予め他の手法により組織性状が明らかにされている既知性状組織であり、かつ組織上に蛍光を発する粘液や残渣等が付着していない清浄生体組織である清浄正常組織、清浄前癌組織、清浄病変(癌)組織に対して、本蛍光内視鏡装置を使用して、上述した動作と同様の動作により、規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値を取得し、正常組織、前癌組織、病変(癌)組織と関連づけた2次元分布グラフを作成する。次にこのグラフ上に正常組織と関連付けた正常エリア7、前癌組織と関連付けた前癌エリア6、病変(癌)組織と関連付けた病変(癌)エリア5を規定する。記憶部308 には、各組織性状と関連付けた正常エリア7、前癌エリア6、病変(癌)エリア5の範囲が演算分布情報として記憶されている。
【0051】
通常画像処理ユニット40は、R光Lr、G光LgまたはB光Lbが照射された時に、モザイクフィルタ106 の全波長帯域フィルタ106bと対応する画素で受光した画像信号にプロセス処理を施す信号処理回路401 、該信号処理回路401 から出力された画像信号をデジタル化するA/D 変換回路402 、デジタル化された画像信号を各色毎の画像(R画像、G画像およびB画像)として保存する画像メモリ403 、該画像メモリに保存された各色毎の画像から通常画像信号を生成する通常画像生成部404 、通常画像を表示する際には、上記通常画像生成部404 から出力された通常画像信号をビデオ信号に変換して出力し、また蛍光診断画像を表示する際には、上記の蛍光診断画像生成部310 から出力された蛍光診断画像信号をビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路405 を備えている。CCD駆動ユニット50は、CCD撮像素子101 の動作タイミングを制御する動作制御信号を出力するものである。コントローラ60は、各部位に接続され、動作タイミングを制御している。
【0052】
以下、本発明による蛍光内視鏡装置の動作について説明する。通常画像モードにおいては、面順次光の照射、通常像の撮像および通常画像の表示が行われ、蛍光診断画像モードにおいては、励起光Leまたは参照光Lsの照射と、蛍光像の撮像またはIR反射像の撮像とが時分割で行われ、蛍光診断画像が表示される。
【0053】
まず、通常画像モードにおける動作を説明する。撮像に先立ち、観察者はスコープ部10を、被験者の体腔内に挿入し、スコープ部10先端を観察部1の近傍に誘導する。
【0054】
最初に、R画像を取得する際の動作を説明する。コントローラ60からの信号に基づき、白色光源用電源202 が駆動され、白色光源201 から白色光が射出される。白色光は、集光レンズ203 により集光され、切換フィルタ204 を透過する。切換フィルタ204 では、コントローラ60からの信号に基づいて、Rフィルタ204aが光路上に配置されている。このため、白色光は、切換フィルタ204 を透過するとR光Lrとなる。R光Lrは、ライトガイド102aに入射され、スコープ部10の先端まで導光された後、照明レンズ104 から観察部1へ照射される。
【0055】
観察部1で反射されたR光Lrの反射光は、集光レンズ105 により集光され、プリズム107 に反射して、CCD撮像素子101 上にR光反射像Zrとして結像される。CCD撮像素子101 より出力された画像信号の中で、モザイクフィルタ106 の全波長帯域フィルタ106bと対応する画素で受光した信号のみが、通常画像処理ユニット40の信号処理回路401 で、プロセス処理を施されR画像信号として出力され、残りの信号は破棄される。R画像信号は、A/D 変換回路402 でデジタル信号に変換されて、画像メモリ403 のR画像の記憶領域へ記憶される。以後、同様な動作によりG画像およびB画像が取得され、それぞれ、画像メモリ403 のG画像の記憶領域およびB画像の記憶領域へ記憶される。
【0056】
R画像、G画像およびB画像が画像メモリ403 に記憶されると、表示タイミングに合わせて通常画像生成部404 において、3色の画像から通常画像信号が生成され出力される。ビデオ信号処理回路405 では、通常画像信号をビデオ信号に変換し、モニタ70に出力する。モニタ70には、カラー画像である通常画像が表示される。
【0057】
次に蛍光診断画像モードにおける動作について説明する。観察者は、入力装置601 を用いて、蛍光診断画像モードを選択する。まず、コントローラ60からの信号に基づき、励起光源用電源207 が駆動され、GaN系半導体レーザ206 から波長410nmの励起光Leが射出される。励起光Leは、レンズ208 を透過し、ライトガイド102bに入射され、スコープ部10先端まで導光された後、照明レンズ104 から観察部1へ照射される。
【0058】
励起光Leを照射されることにより生じる観察部1からの蛍光は、集光レンズ105 により集光され、プリズム107 に反射して、モザイクフィルタ106 を透過して、CCD撮像素子101 上に蛍光像Zjとして結像される。この際励起光Leの反射光は、励起光カットフィルタ108 によりカットされるため、CCD撮像素子101 に入射することはない。CCD撮像素子101 では、蛍光像Zjが受光されて、光電変換され、光の強弱に応じた画像信号に変換されて出力される。
【0059】
CCD撮像素子101 から出力された信号は、蛍光画像処理ユニット30の信号処理回路301 で、プロセス処理を施され、A/D 変換回路302 でデジタル信号に変換されて、狭帯域フィルタ106aを透過した狭帯域蛍光画像と全帯域フィルタ106bを透過した広帯域蛍光画像に分けて、画像メモリ303 の記憶領域へ記憶される。
【0060】
次に参照光LsのIR反射像Zsを撮像する際の動作を説明する。コントローラ60からの信号に基づき、参照光源用電源210 が駆動され、参照光源から近赤外光である参照光Lsが射出される。参照光Lsは、レンズ211 を透過し、ライトガイド102cに入射され、スコープ部先端まで導光された後、照明レンズ104 から観察部1へ照射される。
【0061】
観察部1で反射された参照光Lsの反射光は、集光レンズ105 により集光され、プリズム107 に反射して、モザイクフィルタ106 を透過して、CCD撮像素子101 上にIR反射像Zsとして結像される。CCD撮像素子101 では、IR反射像Zsが受光されて光電変換され、光の強弱に応じた画像信号に変換されて出力される。
【0062】
CCD撮像素子101 から出力された信号は、蛍光画像処理ユニット30の信号処理回路304 で、全帯域フィルタ106bに対応する画素で受光された信号のみが、プロセス処理を施されて出力され、A/D 変換回路305 でデジタル信号に変換されて、画像メモリ306 へIR反射画像として記憶される。
【0063】
画像メモリ306 へIR反射画像が記憶されると、蛍光演算値算出部307 では隣合う画素毎に、画像メモリ303 に記憶された狭帯域蛍光画像の画素値を広帯域蛍光画像の画素値で除算して規格化蛍光演算値を算出し、また画像メモリ303 に記憶された広帯域蛍光画像の画素値を画像メモリ306 に記憶された対応する画素で撮像されたIR反射画像の画素値で除算して蛍光収率演算値を算出する。
【0064】
判定部309 では、各被測定部2の規格化蛍光演算値と蛍光収率演算値との2次元分布点が、図5に点2aとして示すように記憶部308 に記憶されている演算値分布情報の正常エリア7内に入るものであれば、その画素に対応する被測定部2は正常組織であると判定し、点2bとして示すように、前癌エリア6内に入るものであれば、前癌組織であると判定し、点2cとして示すように病変(癌)エリア5内に入るものであれば病変(癌)組織であると判定する。また、規格化蛍光演算値と蛍光収率演算値との2次元分布点が、点2dとして示すように上記正常エリア7、前癌エリア6または病変(癌)エリア5のどれにも入らない場合には、その画素に対応する被測定部2は、非清浄生体組織であると判定する。なお、非清浄生体組織とは、生体組織上に蛍光を発する粘液や残渣等が付着している領域である。
【0065】
蛍光診断画像生成部310 では、これらの判定結果に基づいて、まず正常組織であると判定された画素には緑色を割り当て、前癌組織であると判定された画素には黄色を割り当て、病変(癌)組織であると判定された画素には赤色を割り当て、非清浄生体組織であると判定された画素には無色を割り当てる。
【0066】
次に、所定数の画素からなる画素ユニット毎に、画素ユニットの画素数に対する、非清浄生体組織であると判定された画素数の割合が、所定値以上である場合には、その画素ユニットの全画素に無色を割り当てて、蛍光診断画像信号を生成する。
【0067】
また、画像の全画素数に対する、非清浄生体組織であると判定された画素の画素数の割合(%表示)を、信頼度情報として蛍光診断画像信号に付加し、蛍光診断画像信号および信頼度情報を、ビデオ信号処理回路405 へ出力する。ビデオ信号処理回路405 では、蛍光診断画像信号をビデオ信号に変換し、モニタ70には蛍光診断画像が表示される。また、信頼度情報も%表示で表示される。なお、この場合には、画像そのものが、発明の画素ユニットとして機能している。
【0068】
以上の説明であきらかなように、本実施形態における蛍光内視鏡装置においては、観察部1から発せられた蛍光から取得した規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値との2次元分布点と、予め記憶部308 に記憶された演算値分布情報とに基づいて、被測定部が、非清浄生体組織であることを判定することができるので、組織性状の判定結果の信頼性を向上させることができる。また、清浄生体組織の組織性状が正常組織であるか、前癌組織であるか、病変(癌)組織であるかの判定を同時に行うことができる。
【0069】
さらに、判定結果が反映された蛍光診断画像がモニタ70上に表示されるため、診断者は容易に判定結果を知ることができる。また、非清浄生体組織であると判定された画素数の割合が、所定値以上である画素ユニットに対応する表示領域は、無色で表示されるため、診断者は非清浄生体組織が多い表示領域を容易に識別することができる。また、蛍光診断画像の全画素数に対する、非清浄生体組織であると判定された画素の画素数の割合が、蛍光診断画像上に%で表示されるため、診断者はその画像の信頼度を知ることができる。
【0070】
なお、被測定部2から発せられた蛍光のスペクトル形状を適切に反映した規格化蛍光演算値および蛍光の蛍光収率を反映した蛍光収率演算値に基づいて、上記判定を行っているため、より精度よく判定を行うことができる。また、規格化蛍光演算値としては、蛍光の狭帯域波長帯域の光強度を広帯域波長帯域の光強度で除算した値が使用されているため、除算を行う際に0割り算が行われる可能性が低く、被測定部2から発せられた蛍光のスペクトル形状を適切に反映した規格化蛍光演算値を使用することができる。
【0071】
次に、図2および図6を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。
【0072】
第2の実施例形態である蛍光内視鏡装置の概略構成は、図2に示す第1の実施形態である蛍光内視鏡装置とほぼ同様であるため、図2に番号のみを示す。図6は、本実施形態において用いられる演算値分布情報の模式図である。
【0073】
本実施の形態における蛍光内視鏡装置においては、蛍光画像処理ユニット30の代わりに信号処理回路301 、A/D 変換回路302 、画像メモリ303 と、信号処理回路304 、A/D 変換回路305 、画像メモリ306 と、蛍光演算値算出部307 と、図6に示す演算値分布情報を記憶する記憶部318 と、各画素毎に、蛍光演算値算出部307 で算出された規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値と、記憶部318 に記憶されている演算値分布情報とを用いて、組織性状を判定する判定部319 、判定結果に基づいて蛍光診断画像を生成する蛍光診断画像生成部310 とを備えている蛍光画像処理ユニット31が設けられている。
【0074】
ここで、図6に示す演算値分布情報の作成方法について説明する。まず、予め他の手法により組織性状が明らかにされている既知性状組織であり、かつ組織上に蛍光を発する粘液や残渣等が付着していない清浄生体組織である正常組織、前癌組織、病変(癌)組織と、粘液や残渣等が付着している非清浄生体組織に対して、本蛍光内視鏡装置を使用して、規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値を取得し、正常組織、前癌組織、病変(癌)組織および非清浄生体組織と関連づけた2次元分布グラフを作成する。次にこのグラフから非清浄生体組織のエリアを規定することのできる規格化蛍光演算値の閾値S1および蛍光収率演算値の閾値S2を設定する。さらに、正常組織と関連付けた正常エリア7’、前癌組織と関連付けた前癌エリア6’、病変(癌)組織と関連付けた病変(癌)エリア5’を規定する。記憶部318 には、規格化蛍光演算値の閾値S1および蛍光収率演算値の閾値S2と、各組織性状と関連付けた正常エリア7’、前癌エリア6’、病変(癌)エリア5’の範囲とが演算分布情報として記憶されている。
【0075】
判定部319 では、各画素毎に規格化蛍光演算値と蛍光収率演算値との2次元分布点が、閾値S1および閾値S2により規定されている範囲に入るものであるか否かを判定する。具体的には、規格化蛍光演算値が閾値S1以下であり、かつ蛍光収率演算値が閾値S2以上であれば、その画素に対応する被測定部2は、非清浄生体組織であると判定する。2次元分布点が図6に示す正常エリア7’内に入るものであれば、その画素に対応する被測定部2は正常組織であると判定し、前癌エリア6’内に入るものであれば、前癌組織であると判定し、病変(癌)エリア5’内に入るものであれば病変(癌)組織であると判定する。
【0076】
蛍光診断画像生成部310 では、これらの判定結果に基づいて、第1の実施形態と同様に蛍光診断画像信号を生成してビデオ信号処理回路405 へ出力する。ビデオ信号処理回路405 では、蛍光診断画像信号をビデオ信号に変換し、モニタ70には蛍光診断画像が表示される。
【0077】
以上の説明であきらかなように、本実施形態における蛍光内視鏡装置においては、第1の実施形態と同様に、観察部1から発せられた蛍光から取得した規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値との2次元分布点と、予め記憶部318 に記憶された演算値分布情報とに基づいて、被測定部が非清浄生体組織であることを判定することができるので、組織性状の判定結果の信頼性を向上させることができる。また、清浄生体組織の組織性状が正常組織であるか、前癌組織であるか、病変(癌)組織であるかを判定することができる。なお、他の効果も第1の実施形態と同様に得ることができる。
【0078】
次に、図2および図7を参照して本発明の第3の実施形態について説明する。
【0079】
第3の実施例形態である蛍光内視鏡装置の概略構成は、図2に示す第1の実施形態である内視鏡装置とほぼ同様であるため、図2に番号のみを示す。図7は、本実施形態において用いられる演算値分布情報の模式図である。
【0080】
本実施の形態における蛍光内視鏡装置においては、蛍光画像処理ユニット30の代わりに信号処理回路301 、A/D 変換回路302 、画像メモリ303 と、信号処理回路304 、A/D 変換回路305 、画像メモリ306 と、蛍光演算値算出部307 と、図7に示す演算値分布情報を記憶する記憶部328 、各画素毎に蛍光演算値算出部307 で算出された規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値と、記憶部328 に記憶されている演算値分布情報とを用いて、組織性状を判定する判定部329 、判定結果に基づいて蛍光診断画像を生成する蛍光診断画像生成部330 とを備えている蛍光演算ユニット32が設けられている。
【0081】
記憶部328 に記憶されている演算値分布情報の作成方法を説明する。まず、予め他の手法により組織性状が明らかにされている既知性状組織であり、かつ組織上に蛍光を発する粘液や残渣等が付着していない清浄生体組織である正常組織、癌組織、病変(癌)組織に対して、本蛍光内視鏡装置を使用して、規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値を取得し、正常組織、前癌組織、病変(癌)組織と関連づけた2次元分布グラフを作成する。
【0082】
次に、これらの2次元分布グラフから図7に点線で示すような演算値分布関数を算出する。演算値分布関数は、規格化蛍光演算値をNF、蛍光収率演算値をAFとすると次式で表される。、
1/NF=1.1+0.0012/AF
同時に、既知性状組織から取得された測定値の標準偏差をσ算出する。さらに、既知性状組織から取得された測定値の標準偏差をσとし、次式で規定される範囲を清浄生体組織範囲8として規定する。
【0083】
1/NF=(1.1±σ)+0.0012/AF
記憶部328 には、上記清浄生体組織範囲8が演算値分布情報として記憶される。
【0084】
判定部329 では、まず、各画素毎の規格化蛍光演算値と蛍光収率演算値との2次元分布点が、上記清浄生体組織範囲8の範囲外であった場合には、その画素に対応する被測定部2は非清浄生体組織であると判定する。
【0085】
2次元分布点が、清浄生体組織範囲8の範囲内であれば、この2次元分布点から最も近い距離にある演算値分布関数上の点を算出し、その点を組織性状判定点として設定する。
【0086】
蛍光診断画像生成部330 では、予め演算値分布関数上の各点に対して緑(正常組織)〜黄(前癌組織)〜赤(癌組織)の間の色が連続的に設定されている。規格化蛍光演算値と蛍光収率演算値の2次元分布点が清浄生体組織範囲8にある各画素には、演算値分布関数上の組織性状判定点に相当する色を割り当て、また非清浄生体組織であると判定された画素に対しては、緑色を割り当てて、蛍光診断画像信号を生成して、ビデオ信号処理回路405 へ出力する。ビデオ信号処理回路405 では、蛍光診断画像信号をビデオ信号に変換し、モニタ70には蛍光診断画像が表示される。
【0087】
以上の説明であきらかなように、本実施形態における蛍光内視鏡装置においては、第1の実施形態と同様に、観察部1から発せられた蛍光から取得した規格化蛍光演算値および蛍光収率演算値との2次元分布点と、予め記憶部328 に記憶された演算値分布情報とに基づいて、各画素毎に対応する被測定部が、正常組織であるか、前癌組織であるか、病変(癌)組織であるか、あるいは非清浄生体組織であるかを判定することができる。
【0088】
また非清浄生体組織に対応する画像領域を正常組織と同じ緑色で表示するため、蛍光診断画像としては、前癌組織あるいは病変(癌)組織に対応する画像が赤あるいは黄色で表示され、他の領域は緑色で表示されるため、診断者が前癌組織あるいは病変(癌)組織を容易に識別できる。
【0089】
なお、各実施の形態においては、通常画像、蛍光画像およびIR反射画像を1つの撮像素子により撮像したが、それぞれ別個の撮像素子を用いて撮像してもよい。このような場合には、各撮像素子に、取得する画像に適した透過波長範囲を備えた光学フィルタを取り付けることが望ましい。また、プロセッサ部80内にCCD撮像素子を設け、スコープ部10先端からプロセッサ部80内のCCD撮像素子までイメージガイドにより蛍光像を伝送させてもよい。
【0090】
また、各実施の形態においては、演算値分布情報を用いて、被測定部が非清浄生体組織であるか、正常組織であるか、前癌組織であるか、病変(癌)組織であるかの判定を行ったが、被測定部が非清浄生体組織であるかのみの判定を演算値分布情報を用いて行い、被測定部が正常組織であるか、前癌組織であるか、病変(癌)組織であるかの判定、すなわち組織性状の判定は、別個の手法を用いて行ってもよい。具体的には、規格化蛍光演算値あるいは蛍光収率演算値のどちらか一方のみを用いて判定する方法等がある。
【0091】
なお、各実施例においては、CCD撮像素子を用いて、画像として蛍光情報を取得しているが、これに限定されるものではなく、単一の光ファイバーを用いたポイント計測により、1点の非測定点から蛍光を取得して、組織性状を判定するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】特徴量分布情報の説明図
【図2】本発明による第1の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図3】モザイクフィルタの概略構成図
【図4】切換フィルタの概略構成図
【図5】組織性状判定方法の説明図
【図6】第2の実施形態に用いられる演算値分布情報の説明図
【図7】第3の実施形態に用いられる演算値分布情報の説明図
【図8】正常組織および病変組織の蛍光から取得した蛍光の蛍光強度スペクトルを示す説明図
【符号の説明】
1 観察部
2 被測定部
10 スコープ部
20 照明ユニット
30,31 蛍光画像処理ユニット
40 通常画像処理ユニット
50 CCD駆動ユニット
60 コントローラ
70 モニタ
101 撮像素子
106 モザイクフィルタ
307 蛍光演算値算出部
308,318,328 記憶部
309,319,329 判定部
310,330 蛍光診断画像生成部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorescence determination method and apparatus for determining a tissue property of a part to be measured based on fluorescence emitted from the part to be measured by irradiation with excitation light.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a fluorescence determination device that irradiates a measurement target part such as a living body with excitation light in a predetermined wavelength band and determines the tissue property of the measurement target part based on the fluorescence emitted from the measurement target part has been proposed. . Such a determination device includes a device that performs determination based on drug fluorescence emitted from a biological tissue that has previously absorbed a fluorescent diagnostic agent, and a determination based on autofluorescence that is emitted from the biological tissue without using the fluorescent diagnostic agent. There is a device that performs. In many cases, this type of fluorescence determination apparatus is configured to be incorporated in an endoscope inserted into a body cavity, a colposcope, a surgical microscope, or the like.
[0003]
In the initial autofluorescence determination apparatus, as shown in FIG. 8, the fluorescence intensity emitted from the diseased tissue is smaller than the fluorescence intensity emitted from the normal tissue. It was judged whether it was an organization. However, since the living body part has irregularities, the distance from the excitation light source to the measured part is not uniform, and the excitation light illuminance at the measured part of the living body is generally non-uniform. On the other hand, the intensity of fluorescence emitted from normal tissue is approximately proportional to the illuminance of excitation light, and the illuminance of excitation light decreases in inverse proportion to the square of the distance. As a result, strong fluorescence may be received from a lesion tissue that is closer than normal tissue that is far from the light source. If a determination based only on the fluorescence intensity is performed, the determination of the tissue property may be erroneous. obtain.
[0004]
In order to prevent such a misjudgment, a calculation value based on the ratio between the light intensity of the excitation light received by the site of the living tissue and the light intensity of the fluorescence emitted from the measurement target by receiving the excitation light, that is, There has been proposed a method for determining a tissue property of a part to be measured by obtaining a value reflecting a fluorescence yield, which is a value that is not affected by the distance and angle of irradiation with excitation light.
[0005]
However, when obtaining a value reflecting the above fluorescence yield, the excitation light in the ultraviolet to visible range is absorbed by various substances in the living body, so that even if the intensity distribution of the reflected excitation light is measured, The intensity distribution of the received excitation light is not correctly measured. Therefore, as one measure for obtaining a calculated value reflecting the fluorescence yield, the near-infrared light that receives uniform absorption compared to the ultraviolet to visible region is irradiated to the living tissue as the reference light, and the reflected near red is reflected. Using the light intensity of the external light as a substitute for the light intensity of the excitation light, obtain a fluorescence yield calculation value obtained by dividing the fluorescence intensity by the light intensity of the reflected near-infrared light, and based on this fluorescence yield calculation value An apparatus for determining tissue properties has been proposed. That is, by calculating the fluorescence yield calculation value, the fluorescence intensity term depending on the distance between the excitation light source and the fluorescence light receiving part and the measured part is canceled, and the calculation value reflecting only the difference in fluorescence yield A determination can be made based on
[0006]
On the other hand, as shown in FIG. 8, the development of a fluorescence determination apparatus that utilizes the fact that the spectrum shape of the fluorescence emitted from normal tissue and the spectrum shape of the fluorescence emitted from the diseased tissue are different has been underway. For example, an apparatus for determining tissue properties based on the ratio of the light intensity in the green wavelength band of fluorescent light to the light intensity in the red wavelength band has been proposed (see, for example, Patent Document 1). There has also been proposed an apparatus for determining the tissue properties by comparing the spectral shape of fluorescence acquired in advance from a normal tissue with the spectral shape of fluorescence acquired from a measurement target (see, for example, Patent Document 2).
[0007]
Furthermore, the present applicant has proposed an apparatus for determining a tissue property using a normalized fluorescence calculation value obtained by standardizing a light intensity in a narrow wavelength band acquired from a measured part with a light intensity in a wide wavelength band (for example, (See Patent Document 3). In this publication, a narrow-band fluorescence image in the vicinity of a wavelength band of 480 nm and a wide-band fluorescence image in the vicinity of 430 nm to 730 nm are taken, where the difference between the fluorescence intensity emitted from the normal tissue and the fluorescence intensity emitted from the diseased tissue is large. Then, a normalized fluorescence calculation value obtained by dividing the pixel value of the narrow-band fluorescence image by the pixel value of the broadband fluorescence image is obtained, and the tissue property is determined for each pixel based on the normalized fluorescence calculation value. A pseudo color image based on the tissue properties is displayed. That is, by obtaining the normalized fluorescence calculation value, the fluorescence intensity term depending on the distance between the excitation light source and the fluorescence light receiving part and the measured part is canceled, and the calculation value reflecting only the difference in the shape of the fluorescence spectrum is reflected. Based on this, tissue properties can be determined.
[0008]
However, if determination is performed based on one type of parameter acquired from fluorescence as described above, sufficient determination accuracy may not be obtained. The present inventor has proposed a device for determining tissue properties based on a plurality of parameters acquired from fluorescence, focusing on the improvement of determination accuracy by determining tissue properties by combining a plurality of parameters. (For example, refer to Patent Document 4). In this publication, for example, by determining the tissue properties by combining the fluorescence intensity or the above-described fluorescence yield calculation value and the normalized fluorescence calculation value, it is shown that the determination accuracy between the normal tissue and the diseased tissue is improved. Has been.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-54792.
[0010]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-506027.
[0011]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-225436.
[0012]
[Patent Document 4]
JP 2001-17379 A.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, there are cases where fluorescent mucus or residue adheres to the living tissue, and when the living tissue to which these adhere (hereinafter referred to as non-cleaned living tissue) is irradiated with excitation light, Fluorescence is also emitted from the mucus and residue. Fluorescence emitted from such unclean biological tissue is often different from fluorescence emitted from clean biological tissue in its light intensity and spectral shape. In conventional fluorescence determination, it is difficult to say “normal tissue” or It is often determined that it is difficult to say that it is a lesioned tissue. However, since the conventional fluorescence determination apparatus cannot determine that the measurement target is an unclean biological tissue, the measurement target determined as “difficult to say normal tissue” or “difficult to say lesion tissue” Is this determined because it is a non-clean biological tissue to which fluorescent mucus or residue adheres, or is a clean biological tissue, but it is difficult to say that it is a normal tissue or "lesioned tissue" Since it is an organization that is difficult to say, it is impossible to identify whether it is determined in this way, and the reliability of the determination result of the tissue property is lowered.
[0014]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fluorescence determination method and apparatus capable of improving the reliability of a tissue property determination result.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The fluorescence determination method according to the present invention is a fluorescence determination method for determining a tissue property of a measured portion based on fluorescence emitted from the measured portion by irradiation of excitation light.
Pre-store distribution information of a plurality of feature amounts acquired based on fluorescence information of fluorescence emitted from clean biological tissue irradiated with excitation light,
Fluorescence information of fluorescence emitted from the measured part by irradiation of excitation light is detected,
Acquiring a plurality of feature quantities based on the fluorescence information detected by the detection means;
On the basis of the plurality of feature amounts and the distribution information, it is determined that the measured portion is an unclean biological tissue.
[0016]
The fluorescence determination apparatus according to the present invention is a fluorescence determination apparatus that determines the tissue properties of a measurement target part based on the fluorescence emitted from the measurement target part by irradiation with excitation light.
Storage means for preliminarily storing distribution information of a plurality of feature amounts acquired based on fluorescence information of fluorescence emitted from clean biological tissue irradiated with excitation light;
Excitation light irradiating means for irradiating the portion to be measured with excitation light;
Detecting means for detecting fluorescence information of fluorescence emitted from the measurement target portion by irradiation of the excitation light;
Feature quantity acquisition means for acquiring a plurality of feature quantities based on the fluorescence information detected by the detection means;
A determination unit configured to determine that the measurement target is an unclean biological tissue based on the plurality of feature amounts acquired by the feature amount acquisition unit and the distribution information stored in the storage unit; It is characterized by that.
[0017]
Here, “clean biological tissue” means a tissue to which no mucus or residue that fluoresces is attached to the biological tissue. In addition, “non-cleaned biological tissue” means a tissue to which fluorescent mucus or residue is attached on the biological tissue.
[0018]
Specific examples of the plurality of feature amounts include fluorescence intensity, fluorescence spectrum shape, normalized fluorescence calculation value reflecting fluorescence spectrum shape, or fluorescence yield calculation value reflecting fluorescence fluorescence yield. It is done. The plurality of feature amounts may be a normalized fluorescence calculation value reflecting the fluorescence spectrum shape and a fluorescence yield calculation value reflecting the fluorescence yield of the fluorescence.
[0019]
The “standardized fluorescence calculation value” is a calculation value that reflects the spectrum shape of the fluorescence, and means a calculation value that reflects the ratio of the fluorescence intensity of the fluorescence in different wavelength bands acquired from the measurement target part. . As the different wavelength bands, for example, a narrow wavelength band near 480 nm and a narrow wavelength band near 630 nm can be selected.
[0020]
In addition, as the normalized fluorescence calculation value, the light intensity of a narrow band wavelength band (for example, a wavelength band of 430 nm to 530 nm) of fluorescence is expressed by the light intensity of a wide band wavelength band (for example, the entire wavelength band or a wavelength band of 430 nm to 730 nm). It may be divided.
[0021]
The “fluorescence yield” means the ratio of the light intensity of the excitation light irradiated to the part to be measured and the light intensity of the fluorescence emitted from the part to be measured by the irradiation of the excitation light. The “fluorescence yield calculation value” is, for example, as described above, by irradiating a living tissue with reference light and using the light intensity of the reflected reference light as a substitute for the light intensity of excitation light. This is a calculated value obtained by dividing the light intensity of the emitted fluorescence by the light intensity of the reflected reference light. As the reference light, near infrared light having a relatively uniform reflection characteristic can be used regardless of the tissue. Further, although the accuracy is slightly deteriorated, normal illumination light can be used as the reference light. If the variation in the distance between the distal end of the scope and the part to be measured can be kept small in the case of an excitation light emitting part, that is, an endoscope, the fluorescence intensity should be used as the fluorescence yield calculation value. You can also.
[0022]
Further, the clean living tissue is composed of a plurality of known property tissues,
If the storage unit stores in advance distribution information of a plurality of feature amounts for each known characteristic tissue, the determination unit includes the plurality of feature amounts acquired by the feature amount acquisition unit and the known property. Based on the distribution information of the feature amount for each tissue, the tissue property of the measured portion may be determined.
[0023]
In the fluorescence determination apparatus, the excitation light irradiation unit irradiates the observation part with the excitation light.
The detection means detects fluorescence information of fluorescence emitted from the observation unit as an image,
The feature amount acquisition means acquires a plurality of feature amounts for each pixel of the image based on the fluorescence information,
The determination unit determines, for each pixel, the measurement target corresponding to the pixel is an unclean biological tissue based on the plurality of feature amounts and the distribution information stored in the storage unit. Is what
A fluorescent diagnostic image generating means for generating a fluorescent diagnostic image based on a determination result by the determining means;
It may further comprise display means for displaying the fluorescence diagnostic image.
[0024]
When the ratio of the number of pixels determined to be an image of an unclean biological tissue to the number of pixels of a pixel unit composed of a predetermined number of pixels is equal to or greater than a predetermined value, the fluorescence diagnostic image generation means A display correction process may be performed on the pixel unit.
[0025]
The “display correction process” means a process that makes it possible to identify a pixel unit in which the ratio of the number of pixels is equal to or greater than a predetermined value from other pixel units, for example, assigning a special display color, or This is processing such as assigning colorlessness.
[0026]
In addition, the fluorescence diagnostic image generation unit may obtain reliability information according to a ratio of the number of pixels determined to be an image of unclean biological tissue to the number of pixels of a pixel unit including a predetermined number of pixels. It may be added to the unit.
[0027]
In addition, the said fluorescence determination apparatus can also be integrated in the fluorescence endoscope apparatus which has an endoscope insertion part inserted in a biological body.
[0028]
【The invention's effect】
The present inventor has advanced research on a determination method and a determination apparatus for determining tissue properties using a plurality of feature amounts acquired from the above-described fluorescence, and in the research process, a plurality of acquired from fluorescence emitted from clean biological tissue. The two-dimensional distribution of feature quantities (for example, the fluorescence yield calculation value and the normalized fluorescence calculation value) and the two-dimensional distribution of a plurality of feature quantities emitted from non-clean biological tissue have a considerably different distribution area. discovered.
[0029]
FIG. 1 shows fluorescence obtained from clean biological tissues such as many normal tissues, pre-cancerous tissues, and lesioned (cancerous) tissues, and unclean biological tissues to which mucus or residues are attached, and normalized fluorescence from each fluorescence. It is the schematic diagram which calculated the calculation value and the fluorescence yield calculation value, and produced two-dimensional distribution information linked | related with each structure | tissue. The distribution region of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value acquired from the fluorescence emitted from the unclean biological tissue from FIG. 1 indicates the normalized fluorescence calculation value and fluorescence acquired from the fluorescence emitted from the clean biological tissue. It can be seen that this is different from the distribution region of the yield calculation value.
[0030]
Therefore, the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value acquired from the fluorescence emitted from the measured part are the distribution of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value acquired from the fluorescence emitted from the clean living tissue. If it does not correspond to the region, it can be determined that the measured part is an unclean biological tissue.
[0031]
That is, according to the fluorescence determination method and apparatus according to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a plurality of feature amounts acquired based on fluorescence fluorescence information emitted from a clean biological tissue irradiated with excitation light. Distribution information is stored in advance, a plurality of feature amounts are acquired based on fluorescence information of fluorescence emitted from the measurement target by irradiation with excitation light, and based on the plurality of feature amounts and the distribution information, Since it can be determined that the part to be measured is an unclean biological tissue, the reliability of the determination result of the tissue property can be improved.
[0032]
When the plurality of feature quantities are a normalized fluorescence calculation value reflecting the fluorescence spectrum shape and a fluorescence yield calculation value reflecting the fluorescence yield, the fluorescence spectrum shape and fluorescence yield Based on this, it can be determined that the part to be measured is an unclean biological tissue, so that the determination can be made with high accuracy.
[0033]
If the normalized fluorescence calculation value is obtained by dividing the light intensity of the narrow-band wavelength band of the fluorescence by the light intensity of the wide-band wavelength band, it is unlikely that division by zero is performed at the time of division. A normalized fluorescence calculation value appropriately reflecting the spectrum shape can be acquired.
[0034]
Further, the clean living tissue is composed of a plurality of known property tissues, the storage means stores in advance distribution information of a plurality of feature amounts for each known property tissue, and the determination means includes: If the tissue property of the measured part is to be determined based on the plurality of feature values acquired by the feature value acquisition means and the distribution information of the feature value for each known characteristic tissue, the measured part At the same time as determining that is a non-clean biological tissue, it is also possible to determine the tissue properties of the clean biological tissue.
[0035]
Further, the excitation light irradiating means irradiates the observation part with the excitation light, and the detection means detects fluorescence information emitted from the observation part as an image, and the fluorescent light is detected for each pixel of the image. A plurality of feature amounts are acquired based on the information, and the measurement target corresponding to the pixel is an unclean biological body based on the plurality of feature amounts for each pixel and the distribution information stored in the storage unit. If it is what determines the tissue, and further comprises a fluorescence diagnostic image generation means for generating a fluorescence diagnostic image based on the determination result and a display means for displaying the fluorescence diagnostic image, the determination result Can be displayed as an image, and the convenience of the fluorescence determination apparatus is improved.
[0036]
When the ratio of the number of pixels determined to be an image of an unclean biological tissue to the number of pixels of a pixel unit composed of a predetermined number of pixels is greater than or equal to a predetermined value, If the display correction processing is performed on the pixel unit, the ratio of the number of pixels of the pixel can be displayed in a display color or the like that allows the pixel unit to be distinguished from other pixel units with a predetermined value or more. Therefore, it is possible to easily identify an image region having a lot of non-clean biological tissue.
[0037]
The fluorescence diagnostic image generation means adds reliability information according to the ratio of the number of pixels determined to be an image of unclean biological tissue to the number of pixels of the pixel unit composed of a predetermined number of pixels to the pixel unit. If so, the reliability of the pixel unit can be displayed.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, with reference to FIGS. 2 to 5, a fluorescence endoscope apparatus as a first specific embodiment to which a fluorescence determination method and apparatus according to the present invention is applied will be described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the fluorescence endoscope apparatus, FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams of a mosaic filter and a switching filter mounted on the fluorescence endoscope apparatus, and FIG. 5 is a diagram of calculation value distribution information. It is explanatory drawing.
[0039]
This fluorescence endoscope apparatus is based on a normal image mode in which a normal image that is a normal color image is displayed, by irradiating excitation light to the measurement target unit 1 and based on fluorescence emitted from the observation unit 1. It operates by the fluorescence diagnostic image mode which displays the fluorescence diagnostic image which shows the determination result which determined the tissue property of each to-be-measured part 2 of a pseudo color. Switching between the two modes is performed by an input operation from the input device 601. In the observation unit 1, the region corresponding to each pixel of the CCD is the measurement unit 2, and the tissue properties are determined for each measurement unit 2. That is, a large number (the number of pixels of the CCD) of the measured parts 2 are gathered to form the observation part 1.
[0040]
In the normal image mode, a normal image by the reflected light of the observation unit 1 irradiated with frame sequential light (R light Lr, G light Lg, B light Lb) is obtained by the CCD image pickup device 101 provided at the distal end of the scope unit 10. A normal image that is captured and created by normal color signal processing is displayed on the monitor 70.
[0041]
In the fluorescence diagnostic image mode, a narrow-band fluorescence image and a broadband fluorescence image are picked up from the fluorescence emitted from the observation unit 1 irradiated with the excitation light Le using the CCD image pickup device 101 as the fluorescence detection means. An IR reflected image is captured from the IR reflected image Zs of the reflected light of the observation unit 1 irradiated with the reference light Ls, which is infrared light, using the CCD image pickup device 101, and the pixel value of the narrow-band fluorescent image is obtained from the broadband fluorescent image. A normalized fluorescence calculation value that is a value divided by the pixel value and a fluorescence yield calculation value that is a value obtained by dividing the pixel value of the broadband fluorescence image by the pixel value of the IR reflection image are calculated and stored in the storage unit 308 in advance. Using the calculated value distribution information, the fluorescence diagnostic image, which is a pseudo color image based on the determination result of the tissue property of each measured portion 2 in the observation unit 1, is displayed on the monitor 70. Details of the calculation value distribution information will be described later.
[0042]
As shown in FIG. 2, the fluorescence endoscope apparatus according to the embodiment of the present invention includes a CCD imaging device 101 at the tip, and a scope unit 10 inserted into a site suspected to be a patient's lesion. A light source that emits surface-sequential light (R light Lr, G light Lg, and B light Lb) that is illumination light, a light source that emits excitation light Le for capturing a fluorescent image, and reference light Ls for capturing an IR reflected image Illumination unit 20 having an emitted light source, a fluorescence image processing unit that calculates a fluorescence calculation value from pixel values of a narrow-band fluorescence image and a broadband fluorescence image, and generates and outputs a fluorescence diagnostic image signal based on the fluorescence calculation value 30. Control of normal image signal generation and normal image processing unit 40 which converts the normal image signal and the fluorescence diagnostic image signal output from the fluorescence image processing unit 30 into a video signal and outputs the CCD image sensor 101. CCD drive Knit 50, controller 60 for controlling the operation of each unit, and a monitor 70 for displaying the input device 601 and the normal image or the fluorescence diagnostic image is connected to the controller 60. The illumination unit 20, the fluorescence image processing unit 30, the normal image processing unit 40, the CCD drive unit 50, and the controller 60 constitute a processor unit 80, and the scope unit 10 and the processor unit 80 and the processor unit 80 and the monitor 70 are respectively The connector is not shown in the figure and is connected so as to be freely separated.
[0043]
The scope unit 10 includes a light guide 102 and a CCD cable 103 extending to the tip. An illumination lens 104 and an objective lens 105 are provided at the distal ends of the light guide 102 and the CCD cable 103, that is, at the distal end of the scope unit 10. A CCD image pickup device 101 on which a mosaic filter 106 in which minute band filters are combined in a mosaic pattern is connected to the tip of the CCD cable 103 is connected. A prism 107 is attached to the CCD image pickup device 101. Yes. Further, an excitation light cut filter 108 for cutting light having a wavelength of 420 nm or less is attached between the prism 107 and the objective lens 105.
[0044]
The CCD image pickup device 101 is a frame transfer type CCD image pickup device including a light receiving portion that converts a picked-up optical image into signal charges and a storage portion that temporarily stores and transfers signal charges. The light guide 102 is a bundle of a light guide 102a for surface sequential light, a light guide 102b for excitation light, and a light guide 102c for reference light, and is integrated into a cable shape. Connected to.
[0045]
The cable 103 is a combination of a drive line 103a for transmitting a drive signal for the CCD image sensor 101 and an output line 103b for reading an image signal from the CCD image sensor 101. One end of the drive line 103a is connected to the CCD drive unit 50, and one end of the output line 103b is connected to the fluorescence image processing unit 30 and the normal image processing unit 40.
[0046]
As shown in FIG. 3, in the mosaic filter 106, a narrow band filter 106a that transmits light in a wavelength band of 430 nm to 530 nm and an all wavelength band filter 106b that transmits light in all wavelength bands are alternately combined, The filter has a one-to-one correspondence with the pixels of the CCD image sensor 101.
[0047]
The illumination unit 20 includes a white light source 201 that emits white light, a power source 202 for white light source, a switching filter 204 and a switching filter 204 for sequentially separating the white light into R light Lr, G light Lg, and B light Lb. Rotating filter rotating unit 205, GaN-based semiconductor laser 206 emitting excitation light Le with a wavelength of 410 nm for fluorescent image imaging, and semiconductor laser power source 207, reference emitting Ls reference light Ls, which is near infrared light for IR reflected image imaging The light source 209 includes a reference light source power source 210 electrically connected to the reference light source 209.
[0048]
As shown in FIG. 4, the switching filter 204 includes an R filter 204a that transmits R light Lr, a G filter 204b that transmits G light Lg, a B filter 204c that transmits B light Lb, and a mask unit 204d having a light shielding function. It consists of and. In the CCD imaging device 101, signal charges are transferred from the light receiving unit to the storage unit while the mask unit 204d is not irradiated with the surface sequential light (R light Lr, G light Lg, or B light Lb).
[0049]
The fluorescence image processing unit 30 is a signal processing circuit 301 that performs process processing of an image signal picked up by the CCD image pickup device 101 when the excitation light Le is irradiated, and digitizes the image signal output from the signal processing circuit 301 The A / D conversion circuit 302 that performs digitization of the image signal received by the pixel corresponding to the narrow band filter 106a of the mosaic filter 106 and the pixel corresponding to the full wavelength band filter 106b. Among the image signals captured by the CCD image sensor 101 when the reference light Ls is irradiated with the image memory 303 stored in a different storage area with the broadband fluorescent image composed of the image signal received at, the mosaic filter 106 A signal processing circuit 304 that performs process processing on an image signal received by a pixel corresponding to the all-wavelength band filter 106b, and outputs the image signal output from the signal processing circuit 304 A / D conversion circuit 305 for digitization, image memory 306 for storing an IR reflection image composed of digitized image signals, and pixel values of a narrow-band fluorescence image captured by adjacent pixels stored in the image memory 303 Of the IR reflection image obtained by imaging the normalized fluorescence calculation value obtained by dividing the pixel value by the pixel value of the broadband fluorescent image and the pixel value of the broadband fluorescence image stored in the image memory 303 with the corresponding pixel stored in the image memory 306 Calculated by a fluorescence calculation value calculation unit 307 that calculates a fluorescence yield calculation value divided by a value, a storage unit 308 that stores calculation value distribution information shown in FIG. 5, and a fluorescence calculation value calculation unit 307 for each pixel. The determination unit 309 that determines the tissue property using the normalized normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value and the calculation value distribution information stored in the storage unit 308, and a color is assigned based on the determination result Generate a fluorescent diagnostic image and And a fluorescence diagnostic image generation unit 310 to be output to the video signal processing circuit 405.
[0050]
Here, a method of creating the calculation value distribution information shown in FIG. 5 will be described. First, a clean normal tissue or a pre-clean cancer tissue that is a clean tissue that is a known tissue that has previously been clarified by other techniques and that does not have a mucus or residue that emits fluorescence on the tissue. Using the present fluorescence endoscope apparatus, the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value are obtained for the clean lesion (cancer) tissue by the same operation as described above. A two-dimensional distribution graph associated with cancer tissue and lesion (cancer) tissue is created. Next, a normal area 7 associated with a normal tissue, a precancer area 6 associated with a precancerous tissue, and a lesion (cancer) area 5 associated with a lesion (cancer) tissue are defined on this graph. In the storage unit 308, the ranges of the normal area 7, the precancerous area 6, and the lesion (cancer) area 5 associated with each tissue property are stored as calculation distribution information.
[0051]
The normal image processing unit 40 is a signal processing circuit that performs process processing on the image signal received by the pixels corresponding to the full wavelength band filter 106b of the mosaic filter 106 when the R light Lr, G light Lg, or B light Lb is irradiated. 401, an A / D conversion circuit 402 for digitizing the image signal output from the signal processing circuit 401, and an image memory for storing the digitized image signal as an image (R image, G image, and B image) for each color 403, a normal image generation unit 404 that generates a normal image signal from an image of each color stored in the image memory; when displaying a normal image, the normal image signal output from the normal image generation unit 404 is converted into a video When the signal is converted into a signal and output, and the fluorescence diagnostic image is displayed, the video signal that is converted from the fluorescence diagnostic image signal output from the fluorescence diagnostic image generation unit 310 to a video signal and then output It has a sense circuit 405. The CCD drive unit 50 outputs an operation control signal for controlling the operation timing of the CCD image sensor 101. The controller 60 is connected to each part and controls the operation timing.
[0052]
The operation of the fluorescence endoscope apparatus according to the present invention will be described below. In the normal image mode, surface sequential light irradiation, normal image capturing, and normal image display are performed. In the fluorescence diagnostic image mode, excitation light Le or reference light Ls irradiation, fluorescent image capturing, or IR reflection is performed. Imaging of images is performed in a time-sharing manner, and a fluorescence diagnostic image is displayed.
[0053]
First, the operation in the normal image mode will be described. Prior to imaging, the observer inserts the scope unit 10 into the body cavity of the subject, and guides the distal end of the scope unit 10 to the vicinity of the observation unit 1.
[0054]
First, an operation when acquiring an R image will be described. Based on the signal from the controller 60, the white light source power source 202 is driven, and white light is emitted from the white light source 201. The white light is collected by the condenser lens 203 and passes through the switching filter 204. In the switching filter 204, an R filter 204a is arranged on the optical path based on a signal from the controller 60. For this reason, white light becomes R light Lr when passing through the switching filter 204. The R light Lr is incident on the light guide 102a, guided to the tip of the scope unit 10, and then irradiated to the observation unit 1 from the illumination lens 104.
[0055]
The reflected light of the R light Lr reflected by the observation unit 1 is collected by the condenser lens 105, reflected by the prism 107, and formed on the CCD image pickup device 101 as an R light reflected image Zr. Of the image signals output from the CCD image sensor 101, only the signals received by the pixels corresponding to the full-band filter 106b of the mosaic filter 106 are processed by the signal processing circuit 401 of the normal image processing unit 40. Are output as R image signals, and the remaining signals are discarded. The R image signal is converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 402 and stored in the R image storage area of the image memory 403. Thereafter, the G image and the B image are acquired by the same operation, and stored in the G image storage area and the B image storage area of the image memory 403, respectively.
[0056]
When the R image, the G image, and the B image are stored in the image memory 403, a normal image signal is generated and output from the three color images in the normal image generation unit 404 in accordance with the display timing. The video signal processing circuit 405 converts the normal image signal into a video signal and outputs it to the monitor 70. A normal image that is a color image is displayed on the monitor 70.
[0057]
Next, the operation in the fluorescence diagnostic image mode will be described. The observer uses the input device 601 to select the fluorescence diagnostic image mode. First, based on a signal from the controller 60, the excitation light source power source 207 is driven, and excitation light Le having a wavelength of 410 nm is emitted from the GaN-based semiconductor laser 206. The excitation light Le passes through the lens 208, enters the light guide 102b, is guided to the distal end of the scope unit 10, and is irradiated from the illumination lens 104 to the observation unit 1.
[0058]
Fluorescence from the observation unit 1 generated by irradiating the excitation light Le is collected by the condenser lens 105, reflected by the prism 107, transmitted through the mosaic filter 106, and is reflected on the CCD image sensor 101. The image is formed as Zj. At this time, the reflected light of the excitation light Le is cut by the excitation light cut filter 108 and therefore does not enter the CCD image pickup device 101. In the CCD image pickup device 101, the fluorescent image Zj is received, photoelectrically converted, converted into an image signal corresponding to the intensity of light, and output.
[0059]
The signal output from the CCD image sensor 101 is processed in the signal processing circuit 301 of the fluorescence image processing unit 30, converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 302, and transmitted through the narrowband filter 106a. The narrow-band fluorescence image and the broadband fluorescence image transmitted through the full-band filter 106b are divided and stored in the storage area of the image memory 303.
[0060]
Next, the operation when capturing the IR reflection image Zs of the reference light Ls will be described. Based on the signal from the controller 60, the reference light source power supply 210 is driven, and the reference light Ls which is near infrared light is emitted from the reference light source. The reference light Ls passes through the lens 211, enters the light guide 102c, is guided to the distal end of the scope unit, and then is irradiated from the illumination lens 104 to the observation unit 1.
[0061]
The reflected light of the reference light Ls reflected by the observation unit 1 is collected by the condenser lens 105, reflected by the prism 107, transmitted through the mosaic filter 106, and as an IR reflected image Zs on the CCD image sensor 101. Imaged. In the CCD image pickup device 101, the IR reflected image Zs is received, photoelectrically converted, converted into an image signal corresponding to the intensity of light, and output.
[0062]
The signal output from the CCD image pickup device 101 is processed by the signal processing circuit 304 of the fluorescence image processing unit 30 and only the signal received by the pixels corresponding to the all-band filter 106b is output after being processed. The digital signal is converted by the D conversion circuit 305 and stored in the image memory 306 as an IR reflected image.
[0063]
When the IR reflection image is stored in the image memory 306, the fluorescence calculation value calculation unit 307 divides the pixel value of the narrow-band fluorescence image stored in the image memory 303 by the pixel value of the broadband fluorescence image for each adjacent pixel. Then, the normalized fluorescence calculation value is calculated, and the pixel value of the broadband fluorescence image stored in the image memory 303 is divided by the pixel value of the IR reflection image captured by the corresponding pixel stored in the image memory 306 to obtain fluorescence. The yield calculation value is calculated.
[0064]
In the determination unit 309, the two-dimensional distribution point of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value of each measured unit 2 is calculated value distribution stored in the storage unit 308 as indicated by a point 2a in FIG. If it falls within the normal area 7 of information, it is determined that the measured part 2 corresponding to that pixel is a normal tissue, and if it falls within the precancerous area 6, as shown as point 2b, It is determined to be a precancerous tissue, and if it falls within the lesion (cancer) area 5 as indicated by a point 2c, it is determined to be a lesion (cancer) tissue. Further, when the two-dimensional distribution point of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value does not enter any of the normal area 7, the precancerous area 6 or the lesion (cancer) area 5, as indicated by the point 2d. In other words, it is determined that the measured part 2 corresponding to the pixel is an unclean biological tissue. The non-clean biological tissue is a region where mucous or residue that emits fluorescence adheres to the biological tissue.
[0065]
Based on these determination results, the fluorescence diagnostic image generation unit 310 first assigns green to pixels determined to be normal tissue, and assigns yellow to pixels determined to be precancerous tissue, Cancer) pixels that are determined to be tissue are assigned red, and pixels that are determined to be unclean biological tissue are assigned colorless.
[0066]
Next, for each pixel unit composed of a predetermined number of pixels, when the ratio of the number of pixels determined to be unclean biological tissue to the number of pixels of the pixel unit is equal to or greater than a predetermined value, All pixels are assigned colorlessness to generate a fluorescence diagnostic image signal.
[0067]
Further, the ratio (% display) of the number of pixels determined to be unclean biological tissue to the total number of pixels of the image is added to the fluorescence diagnosis image signal as reliability information, and the fluorescence diagnosis image signal and reliability The information is output to the video signal processing circuit 405. The video signal processing circuit 405 converts the fluorescent diagnostic image signal into a video signal, and the fluorescent diagnostic image is displayed on the monitor 70. The reliability information is also displayed in%. In this case, the image itself functions as the pixel unit of the invention.
[0068]
As is clear from the above description, in the fluorescence endoscope apparatus according to the present embodiment, the two-dimensional distribution point of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value acquired from the fluorescence emitted from the observation unit 1 In addition, since it is possible to determine that the part to be measured is an unclean biological tissue based on the calculation value distribution information stored in advance in the storage unit 308, the reliability of the determination result of the tissue property can be improved. Can do. It is also possible to simultaneously determine whether the tissue properties of the clean biological tissue are normal tissue, pre-cancerous tissue, or lesion (cancer) tissue.
[0069]
Furthermore, since the fluorescence diagnostic image reflecting the determination result is displayed on the monitor 70, the diagnostician can easily know the determination result. In addition, since the display area corresponding to the pixel unit in which the ratio of the number of pixels determined to be unclean biological tissue is equal to or greater than a predetermined value is displayed in colorless, the diagnostician has a display area with many unclean biological tissues. Can be easily identified. In addition, since the ratio of the number of pixels determined to be unclean biological tissue to the total number of pixels in the fluorescent diagnostic image is displayed as a percentage on the fluorescent diagnostic image, the diagnostician increases the reliability of the image. I can know.
[0070]
In addition, since the above determination is performed based on the normalized fluorescence calculation value that appropriately reflects the spectrum shape of the fluorescence emitted from the measurement target 2 and the fluorescence yield calculation value that reflects the fluorescence yield of the fluorescence, The determination can be performed with higher accuracy. Also, as the normalized fluorescence calculation value, a value obtained by dividing the light intensity in the narrow-band wavelength band of fluorescence by the light intensity in the wide-band wavelength band is used. A normalized fluorescence calculation value that appropriately reflects the spectrum shape of the fluorescence emitted from the measurement target 2 can be used.
[0071]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0072]
Since the schematic configuration of the fluorescence endoscope apparatus according to the second embodiment is substantially the same as that of the fluorescence endoscope apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 2, only the numbers are shown in FIG. FIG. 6 is a schematic diagram of calculation value distribution information used in the present embodiment.
[0073]
In the fluorescence endoscope apparatus in the present embodiment, instead of the fluorescence image processing unit 30, a signal processing circuit 301, an A / D conversion circuit 302, an image memory 303, a signal processing circuit 304, an A / D conversion circuit 305, An image memory 306, a fluorescence calculation value calculation unit 307, a storage unit 318 that stores calculation value distribution information shown in FIG. 6, and a normalized fluorescence calculation value calculated by the fluorescence calculation value calculation unit 307 for each pixel. The determination unit 319 for determining the tissue properties using the calculated fluorescence yield value and the calculated value distribution information stored in the storage unit 318, and the fluorescent diagnostic image generation unit 310 for generating a fluorescent diagnostic image based on the determination result A fluorescence image processing unit 31 is provided.
[0074]
Here, a method of creating the calculation value distribution information shown in FIG. 6 will be described. First, normal tissue, pre-cancerous tissue, lesion that is a known tissue whose tissue properties have been clarified in advance by other methods, and is a clean biological tissue to which no mucus or residue that emits fluorescence is attached. (Cancer) Normal fluorescence calculation value and fluorescence yield calculation value are obtained by using this fluorescence endoscope device for tissue and unclean biological tissue to which mucus or residue adheres. A two-dimensional distribution graph associated with tissue, precancerous tissue, lesion (cancer) tissue, and unclean biological tissue is created. Next, the threshold value S1 of the normalized fluorescence calculation value and the threshold value S2 of the fluorescence yield calculation value that can define the area of the unclean biological tissue are set from this graph. Furthermore, a normal area 7 ′ associated with a normal tissue, a precancer area 6 ′ associated with a precancerous tissue, and a lesion (cancer) area 5 ′ associated with a lesion (cancer) tissue are defined. In the storage unit 318, the threshold value S1 of the normalized fluorescence calculation value and the threshold value S2 of the fluorescence yield calculation value, and the normal area 7 ′, pre-cancer area 6 ′, and lesion (cancer) area 5 ′ associated with each tissue property are stored. The range is stored as calculation distribution information.
[0075]
The determination unit 319 determines for each pixel whether or not the two-dimensional distribution point of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value falls within the range defined by the threshold value S1 and the threshold value S2. . Specifically, if the normalized fluorescence calculation value is equal to or less than the threshold value S1 and the fluorescence yield calculation value is equal to or more than the threshold value S2, it is determined that the measured part 2 corresponding to the pixel is an unclean biological tissue. To do. If the two-dimensional distribution point falls within the normal area 7 ′ shown in FIG. 6, it is determined that the measured part 2 corresponding to the pixel is a normal tissue and falls within the precancerous area 6 ′. For example, it is determined to be a precancerous tissue, and if it falls within the lesion (cancer) area 5 ′, it is determined to be a lesion (cancer) tissue.
[0076]
Based on these determination results, the fluorescent diagnostic image generation unit 310 generates a fluorescent diagnostic image signal and outputs it to the video signal processing circuit 405 as in the first embodiment. The video signal processing circuit 405 converts the fluorescent diagnostic image signal into a video signal, and the fluorescent diagnostic image is displayed on the monitor 70.
[0077]
As is clear from the above description, in the fluorescence endoscope apparatus according to the present embodiment, the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield acquired from the fluorescence emitted from the observation unit 1, as in the first embodiment. Based on the two-dimensional distribution point with the calculated value and the calculated value distribution information stored in advance in the storage unit 318, it can be determined that the measured part is an unclean biological tissue. The reliability of the result can be improved. In addition, it can be determined whether the tissue properties of the clean biological tissue are normal tissue, pre-cancerous tissue, or lesion (cancer) tissue. Other effects can be obtained in the same manner as in the first embodiment.
[0078]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0079]
Since the schematic configuration of the fluorescence endoscope apparatus according to the third embodiment is substantially the same as that of the endoscope apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 2, only the numbers are shown in FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of calculation value distribution information used in this embodiment.
[0080]
In the fluorescence endoscope apparatus in the present embodiment, instead of the fluorescence image processing unit 30, a signal processing circuit 301, an A / D conversion circuit 302, an image memory 303, a signal processing circuit 304, an A / D conversion circuit 305, An image memory 306, a fluorescence calculation value calculation unit 307, a storage unit 328 that stores calculation value distribution information shown in FIG. 7, and a normalized fluorescence calculation value and a fluorescence collection value calculated by the fluorescence calculation value calculation unit 307 for each pixel. A determination unit 329 for determining tissue properties using the rate calculation value and the calculation value distribution information stored in the storage unit 328, and a fluorescence diagnosis image generation unit 330 for generating a fluorescence diagnosis image based on the determination result A fluorescence calculation unit 32 is provided.
[0081]
A method for creating the calculation value distribution information stored in the storage unit 328 will be described. First, normal tissue, cancer tissue, lesions (known tissue whose tissue properties have been clarified in advance by other methods, and clean biological tissue to which no mucus or residue that emits fluorescence is attached on the tissue ( Two-dimensional correlation between normal tissue, pre-cancerous tissue, and lesion (cancer) tissue by acquiring normalized fluorescence calculation value and fluorescence yield calculation value using this fluorescent endoscope device for cancer) tissue Create a distribution graph.
[0082]
Next, an operation value distribution function as shown by a dotted line in FIG. 7 is calculated from these two-dimensional distribution graphs. The calculated value distribution function is represented by the following equation, where NF is the normalized fluorescence calculation value and AF is the fluorescence yield calculation value. ,
1 / NF = 1.1 + 0.0012 / AF
At the same time, σ is calculated as the standard deviation of the measured values obtained from the known texture. Further, the standard deviation of the measured value obtained from the known tissue is defined as σ, and the range defined by the following formula is defined as the clean biological tissue range 8.
[0083]
1 / NF = (1.1 ± σ) + 0.0012 / AF
In the storage unit 328, the clean biological tissue range 8 is stored as calculated value distribution information.
[0084]
In the determination unit 329, first, when the two-dimensional distribution point of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value for each pixel is outside the range of the clean biological tissue range 8, the determination unit 329 corresponds to the pixel. It is determined that the part 2 to be measured is an unclean biological tissue.
[0085]
If the two-dimensional distribution point is within the clean biological tissue range 8, a point on the calculated value distribution function that is closest to the two-dimensional distribution point is calculated, and the point is set as a tissue property determination point. .
[0086]
In the fluorescence diagnostic image generation unit 330, a color between green (normal tissue), yellow (precancerous tissue), and red (cancerous tissue) is continuously set in advance for each point on the calculation value distribution function. . A color corresponding to the tissue property determination point on the calculated value distribution function is assigned to each pixel in which the two-dimensional distribution points of the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield calculation value are in the clean biological tissue range 8, and the non-clean biological body A pixel determined to be a tissue is assigned a green color, a fluorescent diagnostic image signal is generated, and output to the video signal processing circuit 405. The video signal processing circuit 405 converts the fluorescent diagnostic image signal into a video signal, and the fluorescent diagnostic image is displayed on the monitor 70.
[0087]
As is clear from the above description, in the fluorescence endoscope apparatus according to the present embodiment, the normalized fluorescence calculation value and the fluorescence yield acquired from the fluorescence emitted from the observation unit 1, as in the first embodiment. Whether the measurement target corresponding to each pixel is a normal tissue or a pre-cancerous tissue based on the two-dimensional distribution point with the calculated value and the calculated value distribution information stored in advance in the storage unit 328 Whether the tissue is a lesion (cancer) tissue or an unclean biological tissue can be determined.
[0088]
In addition, since the image area corresponding to the unclean biological tissue is displayed in the same green color as the normal tissue, the image corresponding to the pre-cancerous tissue or the lesion (cancer) tissue is displayed in red or yellow as the fluorescent diagnostic image. Since the area is displayed in green, the diagnostician can easily identify the precancerous tissue or the lesion (cancer) tissue.
[0089]
In each embodiment, the normal image, the fluorescence image, and the IR reflection image are picked up by one image pickup device, but may be picked up using separate image pickup devices. In such a case, it is desirable to attach an optical filter having a transmission wavelength range suitable for an image to be acquired to each image sensor. Further, a CCD image sensor may be provided in the processor unit 80, and a fluorescent image may be transmitted by an image guide from the distal end of the scope unit 10 to the CCD image sensor in the processor unit 80.
[0090]
In each embodiment, using the calculated value distribution information, whether the measurement target is an unclean biological tissue, a normal tissue, a precancerous tissue, or a lesion (cancer) tissue However, it is determined whether or not the measured part is an unclean biological tissue using the calculated value distribution information, and whether the measured part is a normal tissue, a precancerous tissue, or a lesion ( The determination of whether the tissue is cancer), that is, the determination of tissue properties, may be performed using a separate technique. Specifically, there is a method of determining using only one of the normalized fluorescence calculation value or the fluorescence yield calculation value.
[0091]
In each of the embodiments, fluorescence information is acquired as an image using a CCD image pickup device. However, the present invention is not limited to this, and one point is not measured by point measurement using a single optical fiber. The tissue property may be determined by acquiring fluorescence from the measurement point.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of feature amount distribution information.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fluorescence endoscope apparatus according to a first specific embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a mosaic filter.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a switching filter.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a tissue property determination method.
FIG. 6 is an explanatory diagram of calculation value distribution information used in the second embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram of calculation value distribution information used in the third embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing fluorescence intensity spectra of fluorescence obtained from fluorescence of normal tissue and diseased tissue.
[Explanation of symbols]
1 Observation section
2 Measured part
10 Scope section
20 Lighting unit
30,31 Fluorescence image processing unit
40 Normal image processing unit
50 CCD drive unit
60 controller
70 Monitor
101 Image sensor
106 Mosaic filter
307 Fluorescence calculation value calculator
308,318,328 Memory unit
309,319,329 Judgment part
310,330 Fluorescence diagnostic image generator

Claims (6)

励起光の照射により被測定部から発せられる蛍光に基づいて、被測定部の組織性状を判定する蛍光判定装置において、
励起光を照射された清浄生体組織から発せられた蛍光の蛍光情報に基づいて取得された複数の特徴量の分布情報を予め記憶する記憶手段と、
励起光を前記被測定部に照射する励起光照射手段と、
前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光の蛍光情報を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された前記蛍光情報に基づいて複数の特徴量を取得する特徴量取得手段と、
該特徴量取得手段により取得された前記複数の特徴量と、前記記憶手段に記憶された前記分布情報とに基づいて、前記被測定部が非清浄生体組織であることを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする蛍光判定装置。
In the fluorescence determination device for determining the tissue property of the measurement target part based on the fluorescence emitted from the measurement target part by the irradiation of the excitation light,
Storage means for preliminarily storing distribution information of a plurality of feature amounts acquired based on fluorescence information of fluorescence emitted from clean biological tissue irradiated with excitation light;
Excitation light irradiating means for irradiating the portion to be measured with excitation light;
Detecting means for detecting fluorescence information of fluorescence emitted from the measurement target portion by irradiation of the excitation light;
Feature quantity acquisition means for acquiring a plurality of feature quantities based on the fluorescence information detected by the detection means;
A determination unit that determines that the measurement target is an unclean biological tissue based on the plurality of feature amounts acquired by the feature amount acquisition unit and the distribution information stored in the storage unit; A fluorescence determination apparatus comprising:
前記複数の特徴量が、前記蛍光のスペクトル形状を反映した規格化蛍光演算値および前記蛍光の蛍光収率を反映した蛍光収率演算値であることを特徴とする請求項記載の蛍光判定装置。Wherein the plurality of feature amounts, fluorescent determination apparatus according to claim 1, wherein the a fluorescence yield calculation value reflecting the fluorescence yield of the normalized fluorescence calculating value and the fluorescence reflecting the spectral shape of the fluorescence . 前記清浄生体組織が複数の既知性状組織から構成されるものであり、
前記記憶手段が、各既知性状組織毎の複数の特徴量の分布情報を予め記憶するものであり、
前記判定手段が、前記特徴量取得手段により取得された複数の特徴量と、前記既知性状組織毎の前記特徴量の分布情報とに基づいて、前記被測定部の組織性状を判定するものであることを特徴とする請求項または記載の蛍光判定装置。
The clean biological tissue is composed of a plurality of known property tissues,
The storage means stores in advance distribution information of a plurality of feature amounts for each known characteristic tissue,
The determination unit determines a tissue property of the measured part based on a plurality of feature amounts acquired by the feature amount acquisition unit and distribution information of the feature amount for each known property tissue. The fluorescence determination apparatus according to claim 1 or 2, wherein:
前記励起光照射手段が、前記励起光を観察部へ照射するものであり、
前記検出手段が、前記観察部から発せられた蛍光の蛍光情報を画像として検出するものであり、
前記特徴量取得手段が、前記画像の画素毎に、前記蛍光情報に基づいて複数の特徴量を取得するものであり、
前記判定手段が、前記画素毎に、前記複数の特徴量と、前記記憶手段に記憶された前記分布情報とに基づいて、前記画素に対応する被測定部が非清浄生体組織であることを判定するものであり、
前記判定手段による判定結果に基づいて蛍光診断画像を生成する蛍光診断画像生成手段と、
前記蛍光診断画像を表示する表示手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項記載の蛍光判定装置。
The excitation light irradiation means irradiates the observation part with the excitation light,
The detection means detects fluorescence information of fluorescence emitted from the observation unit as an image,
The feature amount acquisition means acquires a plurality of feature amounts for each pixel of the image based on the fluorescence information,
The determination unit determines, for each pixel, the measurement target corresponding to the pixel is an unclean biological tissue based on the plurality of feature amounts and the distribution information stored in the storage unit. Is what
A fluorescent diagnostic image generating means for generating a fluorescent diagnostic image based on a determination result by the determining means;
The fluorescence determination apparatus according to claim 3 , further comprising display means for displaying the fluorescence diagnostic image.
前記蛍光診断画像生成手段が、所定数の画素からなる画素ユニットの画素数に対する、非清浄生体組織の画像であると判定される画素の画素数の割合が、所定値以上である場合に、前記画素ユニットに対して表示補正処理を施すものであることを特徴とする請求項記載の蛍光判定装置。When the ratio of the number of pixels determined to be an image of unclean biological tissue to the number of pixels of a pixel unit composed of a predetermined number of pixels is greater than or equal to a predetermined value, 5. The fluorescence determination apparatus according to claim 4 , wherein display correction processing is performed on the pixel unit. 前記蛍光診断画像生成手段が、所定数の画素からなる画素ユニットの画素数に対する、非清浄生体組織の画像であると判定される画素の画素数の割合に応じた信頼度情報を前記画素ユニットに付加するものであることを特徴とする請求項または記載の蛍光判定装置。The fluorescence diagnostic image generation means provides the pixel unit with reliability information corresponding to the ratio of the number of pixels determined to be an image of an unclean biological tissue to the number of pixels of the pixel unit including a predetermined number of pixels. The fluorescence determination apparatus according to claim 4 or 5 , wherein the fluorescence determination apparatus is added.
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