JP4245787B2 - 蛍光画像取得方法および装置 - Google Patents

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生体等の試料から発せられる蛍光を画像として測定する蛍光画像取得方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、励起光の照射により生体等から発生する微弱な蛍光の強度あるいはスペクトル強度を取得し、診断に供する情報を得る診断装置等が知られている。これらの診断装置は、生体組織に励起光を照射することにより発生した蛍光（自家蛍光）を検出する方式、あるいは蛍光診断薬を予め吸収させた生体組織に励起光を照射することにより発生した蛍光（薬剤蛍光）を検出する方式等があり、多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡、コルポスコープあるいは手術用顕微鏡等に組み込まれ、生体の組織性状の診断に利用されている。
【０００３】
当初、励起光の照射により生体組織から発生する蛍光の強度に注目した診断が試みられたが、生体組織と励起光の照射部との相対的な位置関係（角度、距離）の変化によって生体組織に照射される励起光の強度が変わり、この励起光が照射された生体組織から発生する蛍光の強度も変化するので、同じ生体組織の部位を診断しても異なる位置から診断すると生体組織から発生する蛍光の強度が変化してしまうこととなり、蛍光の強度情報だけでは十分な診断能が得られなかった。そこで、現在の診断装置の多くは、生体組織から発せられる蛍光のスペクトル強度のプロファイルが組織状態の相異により異なることに基づき識別を試みており、例えば病変組織と正常組織とでは、その組織から発せられる蛍光の緑色の波長領域の強度と赤色の波長領域の強度との比が大きく異なることに注目し、診断対象となる生体組織から発せられた蛍光の緑色帯域の波長領域の強度を赤色帯域の波長領域の強度で除算し、その値と、予め別の方式により正常組織と判定された生体組織から上記と同様な手法により求められた値とを比較することにより、前記生体組織が病変組織であるか正常組織であるかを識別し画像として表示する方式が特開平６−５４７９２号で提案されている。
【０００４】
さらに、本出願人も、特開平１０−２２５４３６号において、励起光の照射により生体組織から発生する緑色の波長領域の蛍光の強度を、この蛍光が備えるスペクトルの概略全ての波長範囲（以下全波長領域と呼ぶ）の蛍光の強度で除算し規格化した値と、予め別の方式により正常組織と判定された生体組織から上記と同様の手法により取得され規格化された値とを比較することにより病変組織であるか正常組織であるかを識別し画像として表示する方式を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生体組織から発生する微弱な蛍光を撮像して取得した各画素の蛍光強度値には、撮像素子のノイズ（固定パターンノイズ／フォトンショットノイズ／ダークショットノイズ／読出ノイズ）、電気処理回路のノイズ、信号伝送系のノイズおよび光学系のノイズ（光学部品に付着した埃による光の散乱等の迷光によるノイズ）等の値が含まれ、特に蛍光の受光光量が極微弱な領域の画素に関して、例えば緑色の波長領域の蛍光の強度を全波長領域の蛍光の強度で除算して規格化し、診断に供する情報とする値を得ようとしても、これらの値は極めて小さく、かつこれらの値に含まれる本来の測定対象である蛍光の強度に比して上記ノイズ成分の強度が大きいので、除算等の演算を行なっても生体の組織性状を正しく反映する情報とはならず、これらの情報がそのまま可視画像として表示された場合には可視画像を観察する上で視覚的に悪影響を及ぼす虞がある。
【０００６】
なお、この種の課題は生体組織に励起光を照射した際に発生する蛍光（自家蛍光）、および予め蛍光診断薬を吸収させた生体組織に励起光を照射した際に発生する蛍光（薬剤蛍光）に共通する課題である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、励起光の照射により生体等から発生した蛍光を撮像して得た各画素の蛍光強度値の中にノイズを大きな割合で含む値が存在しても、それが視覚的に悪影響を及ぼすことのない蛍光画像を取得することができる蛍光画像取得方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛍光画像取得方法は、生体等の試料に励起光を照射することにより試料から発せられた蛍光から少なくとも１つの波長領域の蛍光強度を求め、前記蛍光強度に基づき演算を行なってこの試料の蛍光画像を表す画像データを取得する蛍光画像取得方法であって、蛍光画像を構成する各画素について、前記蛍光強度に基づいて演算適画素であるか演算不適画素であるかを判別し、演算適画素については前記演算を行なって画素の値を得、演算不適画素については演算適画素に対応する蛍光画像部分に対して視覚的に悪影響を及ぼさない値を画素の値として割り当てることを特徴とする。
【０００９】
前記判別は、蛍光画像を構成する各画素について、各画素における蛍光強度と、あらかじめ測定され記憶された蛍光強度を求める蛍光強度測定手段自身から発生する各画素におけるノイズの値とを比較することにより行うことができる。
【００１０】
前記取得された蛍光画像を表す画像データの画像処理を行う際に、前記演算適画素のみを画像処理の対象とすることができる。
【００１１】
前記試料を生体とし、前記蛍光を生体内から発せられた自家蛍光としてもよい。
【００１２】
前記励起光の光源としては、ＧａＮ系の半導体レーザを使用することができる。
【００１３】
本発明の蛍光画像取得装置は、生体等の試料に励起光を照射する励起光照射手段と、励起光照射手段により励起光が照射された試料から発せられた蛍光から少なくとも１つの波長領域の蛍光強度を求める蛍光強度測定手段と、前記蛍光強度に基づき演算を行なって試料の蛍光画像を表す画像データを取得する演算処理手段とを備えた蛍光画像取得装置であって、蛍光画像を構成する各画素について、蛍光強度に基づいて、演算適画素であるか演算不適画素であるかを判別する判別手段を備え、演算処理手段が、演算適画素については前記演算を行なって画素の値を得、演算不適画素については演算適画素に対応する蛍光画像部分に対して視覚的に悪影響を及ぼさない値を画素の値として割り当てるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
前記判別手段は、蛍光画像を構成する各画素について、各画素における蛍光強度と、あらかじめ測定され記憶された蛍光強度を求める蛍光強度測定手段自身から発生する各画素におけるノイズの値とを比較することによって判別するものとすることができる。
【００１５】
前記取得された蛍光画像を表す画像データの画像処理を行なう画像処理手段をさらに備え、画像処理手段が、演算適画素の画像データについてのみ画像処理を行なうものとすることができる。
【００１６】
前記試料を生体とし、前記蛍光を生体内から発せられた自家蛍光としてもよい。
【００１７】
前記励起光の光源は、ＧａＮ系の半導体レーザとすることができる。
【００１８】
前記蛍光画像取得装置は、内視鏡とすることができる。
【００１９】
前記「蛍光強度測定手段自身から発生する各画素におけるノイズ」とは、該手段において蛍光を受光してから各波長領域の蛍光強度を求め終えるまでの間に発生するノイズの全部もしくは一部もしくはそれらを含むノイズを意味し、代表的なノイズ成分としては、例えば撮像素子の回路、撮像素子によって変換された電気的な信号を取り扱う回路、該信号を伝送する信号伝送回路、蛍光を撮像するための光学系等において発生するノイズ等が挙げられる。
【００２０】
前記「演算」とは、生体等の試料に励起光を照射することにより該試料から発せられた蛍光から求められた１つの波長領域の蛍光強度に基づいて行なわれる演算の場合は、前記蛍光強度を反映した値を割り付ける演算および近赤外光を試料に照射することにより該試料から反射された反射光から求められた参照強度と前記蛍光強度間において行なう演算等を意味し、また生体等の試料に励起光を照射することにより該試料から発せられた蛍光から求められた２つ以上の波長領域の蛍光強度に基づいて行なわれる演算の場合は、前記求められた蛍光強度間の演算および前記蛍光強度と前記参照強度とを含めて行なう演算等を意味するものである。
【００２１】
前記演算不適画素とは、ある画素が受光した蛍光の受光光量が極微弱で、この画素の値に含まれるノイズの量が蛍光の受光光量に比して相対的に大きくなり、画素についての演算を行なっても生体の組織性状を正しく反映する結果が得られないと考えられる画素を意味する。
【００２２】
前記演算適画素とは、上記演算不適画素とは反対に、ある画素が受光した蛍光の受光光量が大きく、この画素の値に含まれるノイズの量が蛍光の受光光量に比して相対的に小さくなり、画素についての演算を行なうことにより生体の組織性状を正しく反映する結果が得られると考えられる画素を意味する。
【００２３】
なお、前記演算適画素および演算不適画素は、演算適画素および演算不適画素が予め存在するわけではなく、蛍光強度測定手段自身から発生するノイズの量と、生体組織を撮像するときに得られる蛍光の光量とに基づき各画素毎に定められるものである。
【００２４】
また、前記生体内から発せられる自家蛍光は「in vivo 自家蛍光」と呼ばれることがある。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の蛍光画像取得方法および装置によれば、蛍光画像を構成する各画素について、演算適画素であるか演算不適画素であるかを判別し、演算適画素については蛍光成分に基づく演算を行なって画素の値を得、演算不適画素については、意図的に蛍光画像を可視画像として表示したときに演算適画素の領域に対して演算不適画素が視覚的に悪影響を及ぼさない値を演算不適画素の値として割り当てるようにしたので、この演算不適画素を含む画像データが可視画像として表示されたときに、演算不適画素によって視覚的に悪影響を及ぼされることのない観察適性の優れた蛍光画像を取得することができる。
【００２６】
また、演算不適画素に関しては演算を行なわないので、蛍光画像を表す画像データを取得する演算に要する時間を短縮することができる。
【００２７】
また、前記判別を、蛍光画像を構成する各画素について、各画素における蛍光強度と、あらかじめ測定され記憶された蛍光強度を求める蛍光強度測定手段自身から発生する各画素におけるノイズの値とを比較することにより行えば、演算適画素と演算不適画素とをより合理的に判別することができる。
【００２８】
また、前記取得された蛍光画像を表す画像データの画像処理を行う際に、演算適画素のみを画像処理の対象とすれば、画像データが可視画像として表示されたときに演算適画素の領域が視覚的に悪影響を受けることを避けることができると共に、蛍光画像を取得する処理に要する時間を短縮することができる。
【００２９】
また、前記励起光の光源としてＧａＮ系の半導体レーザを用いれば、装置を小型化しかつ装置コストを安価にすることができる。
【００３０】
また、試料を生体とし、生体内から発せられた自家蛍光から蛍光強度を求めるようにすれば、生体内を診断することができる。
【００３１】
また、蛍光画像取得装置を内視鏡とすれば、より容易に生体内を診断することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態として蛍光画像取得装置を内視鏡に適用した蛍光内視鏡の概略構成を示す図である。
【００３３】
図１に示すように蛍光内視鏡６００は、励起光および白色光の光源を備えた光源ユニット１００と、光源ユニット１００から導かれる白色光Ｗｈを生体組織１へ照射することにより得られる通常の像（以後通常像と呼ぶ）を撮像すると共に、光源ユニット１００から導かれる励起光Ｌｅを生体組織１へ照射することにより得られる自家蛍光の像（以後蛍光像と呼ぶ）を光ファイバ２６により伝搬する内視鏡先端ユニット２００と、内視鏡先端ユニット２００で撮像された通常像を通常画像データとして記憶し、内視鏡先端ユニット２００から光ファイバ２６により伝搬された蛍光像を３つの波長領域に分割して受光し、これらの波長領域にそれぞれ対応した３種類の蛍光強度値（蛍光画像を構成する各画素毎の蛍光強度値）として記憶する画像取込ユニット３００と、画像取込ユニット３００に記憶された蛍光強度値を入力し蛍光画像を構成する各画素について演算適画素であるかまたは演算不適画素であるかを判別し、演算不適画素の画素位置を演算不適画素位置データとして記憶する判別ユニット４００と、判別ユニット４００に記憶された演算不適画素位置データを参照し、画像取込ユニット３００に記憶された３種類の蛍光強度値に基づき正常組織と病変組織とを識別するための識別演算を行ない、その識別結果を識別画像データとして記憶する識別演算ユニット５００とから構成されている。
【００３４】
なお、画像取込ユニット３００から出力される通常画像データおよび識別演算ユニット５００から出力される識別画像データは、ビデオ信号処理回路６０に入力されビデオ信号に変換されてそれぞれ外部の通常像ＴＶモニタ８０および蛍光像ＴＶモニタ８１に出力され表示される。また、装置全体の制御はコントロール部７０によって行なわれる。
【００３５】
光源ユニット１００の白色光光源１２には、コントロール部７０により制御される白色光電源１０が接続され、白色光光源１２は１／６０秒周期でパルス状の白色光Ｗｈを発生し、その白色光Ｗｈは白色光集光レンズ１４により集光されて、光源ユニット１００に接続されている多成分ガラスファイバで形成された白色光ライトガイド２５−１に入射する。
【００３６】
一方、光源ユニット１００の励起光光源１３にはレーザ光源が用いられ、コントロール部７０により制御されるＬＤ電源１１によってパルス駆動され、１／６０秒周期で波長４１０ｎｍのパルス状の励起光Ｌｅを上記パルス状の白色光Ｗｈと重複しないタイミングで発生する。この励起光Ｌｅは励起光集光レンズ１５により集光され、光源ユニット１００に接続されている石英ガラスファイバで形成された励起光ライトガイド２５−２に入射される。
【００３７】
なお、上記白色光ライトガイド２５−１と励起光ライトガイド２５−２とはバンドルされており、ライトガイド２５としてケーブル状に一体化されている。
【００３８】
内視鏡先端ユニット２００には、上記ライトガイド２５が挿入され、照明レンズ２１を介して生体組織１に向けて励起光Ｌｅまたは白色光Ｗｈが照射されるように配設されている。白色光Ｗｈの照射により照明された生体組織１の像は通常観察用対物レンズ２２によって通常観察用ＣＣＤ撮像素子２３の受光面に結像され、該撮像素子２３により電気的な信号に変換されてＣＣＤケーブル２７により画像取込ユニット３００に伝送される。一方、励起光Ｌｅが照射されたときに生体組織１から発生する蛍光Ｋｅの像は蛍光観察用対物レンズ２０によって蛍光像イメージファイバ２６の端面Ｋｉに結像され、その像は蛍光像イメージファイバ２６内を伝搬して画像取込ユニット３００に接続された蛍光像イメージファイバ２６の他方の端面Ｋｏに導かれる。
【００３９】
画像取込ユニット３００には、ＣＣＤケーブル２７によって伝送された電気的な画像信号をＡ／Ｄ変換する通常観察用Ａ／Ｄ変換器３０とＡ／Ｄ変換された画像を記憶する通常画像メモリ３１とが通常像の処理用に備えられている。一方、蛍光像の処理用としては、蛍光像イメージファイバ２６の端面Ｋｏに導かれた蛍光像を、蛍光観察用高感度撮像素子３４の受光面に結像させる、波長４１０ｎｍ以下の波長を遮断する励起光カットフィルタ３２と蛍光用集光レンズ３３とを含む光学系と、蛍光観察用高感度撮像素子３４によって受光され変換された電気的な画像信号をＡ／Ｄ変換する蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器３５と、Ａ／Ｄ変換された画像（画像を構成する各画素の蛍光強度に対応する値）を記憶する蛍光画像ｈ１メモリ３６−１、蛍光画像ｈ２メモリ３６−２および蛍光画像ｈ３メモリ３６−３からなる蛍光画像メモリ３６とが備えられている。
【００４０】
なお、蛍光観察用高感度撮像素子３４と蛍光用集光レンズ３３との間には、図２に示すような波長領域ｈ１（４８０ｎｍ近傍の波長領域）、波長領域ｈ２（６３０ｎｍ近傍の波長領域）、波長領域ｈ３（全波長領域）をそれぞれ透過させる特性を備えた図３に示すような３種類のフィルタＨ１（波長領域ｈ１の光を透過するフィルタ）、フィルタＨ２（波長領域ｈ２の光を透過するフィルタ）およびフィルタＨ３（波長領域ｈ３の光を透過する素通しフィルタ）からなる色分離フィルタ３７が、モータ３８によって蛍光観察用高感度撮像素子３４の１／６０秒の撮像周期に同期して回転するように配設されている。蛍光像イメージファイバ２６の端面Ｋｏの蛍光像は色分離フィルタ３７によって波長領域ｈ１、ｈ２およびｈ３の３つの波長領域に分離されて蛍光観察用高感度撮像素子３４によって撮像され、撮像されたこれらの画像はＡ／Ｄ変換され、Ａ／Ｄ変換されたそれぞれの蛍光強度に対応する値（以後蛍光強度値と呼ぶ）は波長領域毎に、蛍光画像ｈ１メモリ３６−１、蛍光画像ｈ２メモリ３６−２および蛍光画像ｈ３メモリ３６−３に記憶される。
【００４１】
判別ユニット４００には、蛍光画像メモリ３６に記憶された３種類の蛍光強度値と、ノイズレベルメモリ４１にあらかじめ記憶されているノイズ画像データとを比較することにより、蛍光画像の各画素を演算適画素と演算不適画素とに判別する判別演算部４０が備えられ、演算不適画素と判別された各画素の位置は、演算不適画素位置データとして演算不適画素位置メモリ４２に記憶される。
【００４２】
識別演算ユニット５００には、蛍光画像メモリ３６に記憶された３種類の蛍光強度値を入力して各蛍光強度値間の演算を演算不適画素位置データを参照して行なう識別演算部５１が備えられ、識別演算部５１により行なわれた演算結果は識別画像メモリ５２に識別画像データとして記憶される。
【００４３】
次に、上記実施の形態における作用について説明する。
【００４４】
まず始めに、白色光光源１２から発せられたパルス状の白色光Ｗｈは、白色光集光レンズ１４および白色光ライトガイド２５−１を介して内視鏡先端ユニット２００に導かれ照明レンズ２１を介して生体組織１に照射される。白色光Ｗｈによって照明された生体組織１の像は、通常観察用対物レンズ２２により通常観察用ＣＣＤ撮像素子２３の受光面上に結像される。該撮像素子２３によって撮像され電気的な信号に変換された画像信号は、さらに通常観察用Ａ／Ｄ変換器３０によりデジタル値に変換され、画像データとして通常画像メモリ３１に記憶される。
【００４５】
上記白色光Ｗｈの照射が終了すると、次に励起光光源１３から発せられたパルス状の励起光Ｌｅが、励起光集光レンズ１５および励起光ライトガイド２５−２を経由して内視鏡先端ユニット２００に導かれ照明レンズ２１を通して生体組織１に向って照射される。
【００４６】
励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発せられた自家蛍光Ｋｅは蛍光観察用対物レンズ２０によって蛍光像イメージファイバ２６の端面Ｋｉに結像され他方の端面Ｋｏに伝搬される。端面Ｋｏに伝搬された蛍光像は、励起光カットフィルタ３２により自家蛍光Ｋｅに混入する励起光Ｌｅが除去され、色分離フィルタ３７のフィルタＨ１を通して蛍光観察用高感度撮像素子３４の受光面上に結像され撮像される。蛍光観察用高感度撮像素子３４によって撮像された蛍光像は信号電荷に変換され、蛍光観察用Ａ／Ｄ変換器３５によりデジタル値（各画素の蛍光強度値）に変換されて、蛍光画像ｈ１メモリ３６−１に記憶される。
【００４７】
パルス状の励起光Ｌｅが照射される次の周期においては、色分離フィルタ３７のフィルタＨ２を通して蛍光像が撮像され、その各画素の蛍光強度値は蛍光画像ｈ２メモリ３６−２に記憶され、さらにその次の周期の励起光照射においてはフィルタＨ３を通して蛍光像が撮像され、その各画素の蛍光強度値は蛍光画像ｈ３メモリ３６−３に記憶されるという具合に、各波長領域ｈ１、ｈ２およびｈ３を透過した蛍光像が３画像を１組として順次撮像され、これらの３画像の各画素の蛍光強度値は、蛍光強度値Ｄｈ１、Ｄｈ２およびＤｈ３として蛍光画像ｈ１メモリ３６−１、蛍光画像ｈ２メモリ３６−２および蛍光画像ｈ３メモリ３６−３にそれぞれ記憶される。
【００４８】
次に、上記３画像１組の蛍光強度値は、判別演算部４０に入力され、ノイズレベルメモリ４１に記憶されているノイズ画像データと比較され、演算不適画素と判別された画素はその画素位置が演算不適画素位置メモリに記憶される。
【００４９】
ここで、演算適画素と演算不適画素とを判別する方法の具体例の詳細を説明する。ノイズレベルメモリ４１に記憶されているノイズ画像データＤｎは、図４に示すように行列状の蛍光画像の各画素の位置（ｘ，ｙ）に対応して予め測定等により求められた行列状の値である。このノイズ画像データＤｎ（ｘ，ｙ）の値は、例えば、全く光の届かない暗所において白色光Ｗｈおよび励起光Ｌｅを照射せずに蛍光観察用高感度撮像素子３４により撮像されＡ／Ｄ変換されてデジタル値となった撮像データの各画素の値は、撮像素子、電気処理回路および信号伝送系等から発生するノイズの値として扱うことができるので、これらの値をノイズ画像データＤｎ（ｘ，ｙ）の値として記憶させることにより求めることがができる。
【００５０】
演算適画素あるいは演算不適画素の判別は、注目する画素を例えば位置（Ｘ１,Ｙ１）の位置の画素とし、３つのフィルタＨ１、Ｈ２およびＨ３をそれぞれ透過した同じ画素位置（Ｘ１,Ｙ１）から得られる３つの蛍光強度値Ｄｈ１、Ｄｈ２およびＤｈ３の値のいずれもが、位置（Ｘ１,Ｙ１）に対応するノイズ画像データＤｎ（Ｘ１,Ｙ１）の値の係数倍（α倍）より小さければ、その画素は演算不適画素として記憶される。すなわち、
Ｄｈ１（Ｘ１,Ｙ１）＜α×Ｄｎ（Ｘ１,Ｙ１）
かつ
Ｄｈ２（Ｘ１,Ｙ１）＜α×Ｄｎ（Ｘ１,Ｙ１）
かつ
Ｄｈ３（Ｘ１,Ｙ１）＜α×Ｄｎ（Ｘ１,Ｙ１）
の判別条件を満たすとき位置（Ｘ１,Ｙ１）の画素は演算不適と判別され、この判別条件を満たさない画素は演算適画素として判別される。全ての画素について、判別が行なわれ、その中で演算不適画素と判別された画素はその画素位置が演算不適画素位置データＧＦとして演算不適画素位置メモリ４２に記憶される。
【００５１】
次に、識別演算ユニット５１により各蛍光強度値Ｄｈ１、Ｄｈ２およびＤｈ３間の演算が行なわれる。具体的には４８０ｎｍ近傍の蛍光成分と６３０ｎｍ近傍の蛍光成分との減算により求まる蛍光差成分（波長領域ｈ１を透過し検出された蛍光強度値Ｄｈ１と、波長領域ｈ２を透過し検出された蛍光強度値Ｄｈ２との差）を、全蛍光成分（波長領域ｈ３である全波長領域を透過し検出された蛍光強度値Ｄｈ３）で除算することにより識別画像データＳｈが求められる。すなわち、
Ｓｈ（ｘ，ｙ）＝｛Ｄｈ２（ｘ，ｙ）−Ｄｈ１（ｘ，ｙ）｝／Ｄｈ３（ｘ，ｙ）
＝Ｄｈ２（ｘ，ｙ）／Ｄｈ３（ｘ，ｙ）−Ｄｈ１（ｘ，ｙ）／Ｄｈ３（ｘ，ｙ）
ここで、生体の正常組織から発せられる自家蛍光のスペクトルの強度分布Ｓｐと病変組織から発せられる自家蛍光のスペクトルの強度分布Ｂｐとを比較すると、図５（ａ）に示すように正常組織の方が強度が高いが、これらのスペクトルについて特定の波長領域の蛍光の強度の積分値と全波長領域に亘る蛍光の強度の積分値との比率によって表される相対強度比を求めることにより得られる正常組織の相対強度比プロファイルＳｋｐと病変組織の相対強度比プロファイルＢｋｐとを比較すると（すなわち、それぞれのスペクトルの全波長領域に亘る蛍光の強度を積分した値が同一の値となるように、例えば１となるように変換し比較することにより）、図５（ｂ）に示すように５５０ｎｍ以下（特に４８０ｎｍ近傍）の波長領域において正常組織の蛍光成分は病変組織の蛍光成分より大きくなり、６００ｎｍ以上（特に６３０ｎｍ近傍）の波長領域においては、正常組織の蛍光成分が病変組織の蛍光成分より小さくなる。
【００５２】
従って、４８０ｎｍ近傍の波長領域の相対強度比Ｇｋ（Ｄｈ２（ｘ，ｙ）／Ｄｈ３（ｘ，ｙ））から６３０ｎｍ近傍の波長領域の相対強度比Ｒｋ（Ｄｈ１（ｘ，ｙ）／Ｄｈ３（ｘ，ｙ））を減算したときに求まる識別画像データＳｈ（ｘ，ｙ）の値が大きな値となれば正常組織と識別され（図６−（ａ）参照）、小さな値となれば病変組織と識別される（図６−（ｂ）参照）。
【００５３】
上記演算は演算不適画素位置データＧＦを参照して行なわれ、演算不適画素に関しては識別画像データＳｈを求める上記演算は行なわれない。一方、演算適画素においては上記演算が行なわれ、各画素位置毎に取得された識別画像データＳｈ（ｘ，ｙ）の値は識別画像メモリ５２に記憶される。このように、蛍光観察用高感度撮像素子３４が受光した蛍光の光量が極微弱な領域に存在した画素の値に含まれるノイズの量が蛍光の受光光量に比して相対的に大きくなり、演算を行なっても生体の組織性状を正しく反映する結果が得られないような値となる画素は、演算不適画素として演算の対象外とされる。
【００５４】
この演算不適画素については正常組織と病変組織とを識別する演算は行なわれず、演算不適画素の位置に対応する画像データの値は、識別演算ユニット５１によって、例えば蛍光像ＴＶモニタ８１上で暗く表示される値が割り当てられ、最終的に蛍光像ＴＶモニタ８１に表示される画像は、図７に示すように、病変組織Ｂｓは明るく、正常組織Ｓｓは暗く表示され、演算不適画素に対応する位置Ｅｆは視覚的に悪影響を及ぼさないように暗く表示される。また、演算不適画素の位置に対応する画像データに割り当てる値は、上記例に限らず、０または正常組織と同じ値もしくはＴＶモニタの画面の背景と同じ明るさおよび色となる値を割り当てることもできる。
【００５５】
次に、識別画像メモリ５２に記憶された識別画像データＳｈ（ｘ，ｙ）は、画像処理部５３によって画像処理（エッジ強調、スムージング、各種フィルタリング、ヒストグラム補正等）が施されてビデオ信号回路６０に出力され、ビデオ信号に変換されて診断に供する情報として蛍光像ＴＶモニタ８１に表示される。なお、画像処理部５３には演算不適画素位置メモリ４２から演算不適画素の位置の情報が入力され、画像処理部５３によって行なわれる画像処理についても、演算不適画素に関しては演算等の処理は行なわれず、識別演算ユニット５１によって割り当てられた値がそのまま画像処理部５３を介してビデオ信号回路６０に出力され蛍光像ＴＶモニタ８１によって表示される。
【００５６】
一方、通常画像メモリ３１に記憶された通常像の画像データは、ビデオ信号処理回路６０によってビデオ信号に変換され通常の観察画像として通常像ＴＶモニタ８０に出力される。
【００５７】
なお、識別演算ユニット５１によって行なわれる識別画像データＳｈを求める演算は、蛍光差成分の強度を全蛍光成分の強度で除算する演算方式に限らず、４８０ｎｍ近傍の蛍光成分の強度を６３０ｎｍ近傍の蛍光成分の強度で除算する等の異なった演算方式によって行うこともできる。
【００５８】
また、上記実施の形態においては、自家蛍光を撮像した蛍光強度値に関する画像取得方式について説明したが、予め蛍光診断薬を吸収させた生体組織に励起光を照射することにより発生する薬剤蛍光に関しても同様の方式を適用することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態において説明した本発明による蛍光画像取得方法および装置は、内視鏡以外の装置、例えばコルポスコープ、手術顕微鏡等にも適用することができる。
【００６０】
また、蛍光像を透過させる波長領域の範囲および設定される領域の数等は、上記実施の形態の設定に限定さるものではない。
【００６１】
また、蛍光画像の各画素に含まれるノイズの値は温度等の条件によって異なるので、各温度条件毎のノイズ画像データＤｎ（ｘ，ｙ）をテーブルとしてノイズレベルメモリ４１に記憶させて、測定毎にこのテーブルから条件に合ったノイズ画像データを選択する方式とすることができる。
【００６２】
また、ノイズ画像データＤｎ（ｘ，ｙ）の値は、各画素毎にノイズを測定し記憶させる方式の他に、ノイズの平均値を代表値として記憶させたり、検出対象となる蛍光を入射させる光学系に付着する埃等の付着によるノイズも含めて測定し記憶させる方式とすることもできる。
【００６３】
また、演算適画素あるいは演算不適画素の判別は、３つの波長領域ｈ１、ｈ２およびｈ３の同じ画素位置（ｘ，ｙ）の蛍光強度値Ｄｈ１（ｘ，ｙ）、Ｄｈ２（ｘ，ｙ）およびＤｈ３（ｘ，ｙ）の全ての値が画素位置（ｘ，ｙ）のノイズ画像データＤｎ（ｘ，ｙ）の値の係数倍（α倍）より小さい場合に位置（ｘ，ｙ）に対応する画素を演算不適画素として記憶させる判別方式に限らず、３つの波長領域ｈ１、ｈ２およびｈ３の同じ画素位置（ｘ，ｙ）の蛍光強度値Ｄｈ１（ｘ，ｙ）、Ｄｈ２（ｘ，ｙ）およびＤｈ３（ｘ，ｙ）のそれぞれの値の内、少なくとも１つの値が画素位置（ｘ，ｙ）ノイズ画像データＤｎ（ｘ，ｙ）の値の係数倍（α倍）より小さい値となる場合に位置（ｘ，ｙ）の画素を演算不適画素とする判別方式、あるいは、３つの波長領域ｈ１、ｈ２およびｈ３をそれぞれ透過した同じ画素位置（ｘ，ｙ）の蛍光強度値Ｄｈ１（ｘ，ｙ）、Ｄｈ２（ｘ，ｙ）およびＤｈ３（ｘ，ｙ）の値の内の少なくとも半数以上の値が画素位置（ｘ，ｙ）のノイズ画像データＤｎ（ｘ，ｙ）の値の係数倍（α倍）より小さい値となる場合に位置（ｘ，ｙ）の画素を演算不適画素とする判別方式等により行うこともできる。
【００６４】
また、係数αは、一定の値として定めてもよいし、測定者が測定時に適宜変更できる形態とすることもでき、測定者が測定時に適宜変更する場合にはダイアル式、フットスイッチ式等で係数αの変更を行うようにすることもできる。
【００６５】
また、生体組織から発生する蛍光の光量が少なく、予め蛍光画像の各画素の値が小さくなると予想される場合には蛍光観察用高感度撮像素子によって受光された値をビニング等の技術により読み取り、複数画素を１画素として取扱い（例えば、２×２画素を１画素または４×４画素を１画素等として取扱い）、上記に説明した内容と同様の処理を行えば、画像の解像度は劣化するが受光される蛍光の光量を見かけ上増大させることができるので、演算不適画素と判別されていた画素の中の１部分は演算適画素として取り扱うことができるようになる。
【００６６】
また、図１に示される画像データの処理のブロック図は、この形態に限定されるものではなく、判別ユニット４００あるいは識別演算ユニット５００等の構成は異なる構成とすることができる。
【００６７】
また、通常像の画像と蛍光像の画像とを１つのＴＶモニタに表示させることもできる。
【００６８】
また、励起光Ｌｅの波長は４１０ｎｍ近傍の波長領域に限定されるものではなく生体組織から蛍光を効率良く発生させることができる波長領域を選択すればよい。
【００６９】
また、図８（ａ）に示すように光源を、励起光Ｌｅの波長領域および白色光Ｗｈの波長領域を含む波長領域の光を発生する電源９０に接続された１つの光源９１に置き換えて、励起光Ｌｅの波長領域を透過させる半円状の帯域フィルタおよび白色光Ｗｈの波長領域を透過させる半円状の帯域フィルタを接合した図８（ｂ）に示すような円盤形状の２分割フィルタ９７を、光源９１から光を射出する光路に配設し、コントロール部７０によって制御されるモータ９５によって、撮像素子の受光タイミングに同期させて該フィルタ９７を回転することにより、励起光Ｌｅと白色光Ｗｈを交互に発生させることができる。ここで、２分割フィルタ９７を透過した励起光Ｌｅは、白色光Ｗｈを反射し励起光Ｌｅを透過するダイクロイック面Ｆｄを備えた第１のキューブビームスプリッタ９２を透過し、集光レンズ１５によって集光され励起光ライトガイド２５−２（図１参照）に入射する。一方、２分割フィルタ９７を透過した白色光Ｗｈは、白色光Ｗｈを反射し励起光Ｌｅを透過するダイクロイック面Ｆｄを備えた第１のキューブビームスプリッタ９２によって反射され、さらに第２のキューブビームスプリッタ９３によって反射され集光レンズ１４によって集光されて白色光ライトガイド２５−１（図１参照）に入射する。
【００７０】
また、上記実施の形態においては、通常観察用ＣＣＤ撮像素子２３を内視鏡先端に設置する形態としたが、イメージファイバを用いることにより、画像取込ユニット３００内に該撮像素子２３を設置してもよい。さらに、通常像用および蛍光像用のイメージファイバと撮像素子とを共通化することもできる。ただし、この場合には撮像素子の前面に所望の波長領域を透過した蛍光像と通常像とを分離して取得するための光学フィルタ等の手段が配設される。
【００７１】
また、蛍光観察用高感度撮像素子３４を内視鏡先端ユニット２００内に配設し、さらに通常観察用ＣＣＤ撮像素子２３と蛍光観察用高感度撮像素子３４とを共通化することもできる。ただし、この場合には内視鏡先端ユニット２００の撮像素子の前面に色分離フィルタ３７と同等の機能を有するモザイクフィルタ等が配設される。
【００７２】
また、励起光の光源としてＧａＮ系の半導体レーザを用いることにより装置を小型化することができると共に装置コストを安価にすることができる。
【００７３】
以上のように本発明の蛍光画像取得方法および装置によれば、励起光の照射により生体等から発生した蛍光を撮像して得た各画素の蛍光強度値の中にノイズを大きな割合で含む値が存在しても、それが視覚的に悪影響を及ぼすことのないように蛍光画像を取得することができ、かつこのノイズを大きな割合で含む値を演算の対象外とすることにより画像データの処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蛍光画像取得装置を蛍光内視鏡に適用した概略構成図
【図２】色分離フィルタ３７を構成する各フィルタの透過特性を示す図
【図３】色分離フィルタ３７の構造を示す図
【図４】ノイズ画像データＤｎの画素の位置（ｘ，ｙ）を示す図
【図５】（ａ）正常組織と病変組織とから発せられる蛍光のスペクトル強度の分布を示す図
（ｂ）正常組織と病変組織とから発せられる蛍光の相対強度比プロファイルを示す図
【図６】（ａ）正常組織から発せられる蛍光の４８０ｎｍ近傍および６３０ｎｍ近傍の相対強度比を示す図
（ｂ）病変組織から発せられる蛍光の４８０ｎｍ近傍および６３０ｎｍ近傍の相対強度比を示す図
【図７】最終的に蛍光像ＴＶモニタ８１に表示される画像を示す図
【図８】２つの光源を１つの光源９１で置き換えたときの構成を示す図
【符号の説明】
１ 生体組織
１２ 白色光光源
１３ 励起光光源
２３ 通常観察用ＣＣＤ撮像素子
２５ ライトガイド
３４ 蛍光観察用高感度撮像素子
６０ ビデオ信号処理回路
７０ コントロール部
１００ 光源ユニット
２００ 内視鏡先端ユニット
３００ 画像取込ユニット
４００ 判別ユニット
５００ 識別演算ユニット
６００ 蛍光内視鏡
Ｗｈ 白色光
Ｌｅ 励起光

Claims (7)

1. 励起光の照射を受けた生体等の試料から発せられる蛍光から求められた、少なくとも１つの波長領域の蛍光強度に基づき演算を行なって前記試料の蛍光画像を表す画像データを取得する蛍光画像取得方法であって、
   前記蛍光画像を構成する各画素について、前記蛍光強度に基づいて演算適画素であるか演算不適画素であるかを、各画素における前記蛍光強度と、あらかじめ測定され記憶された前記蛍光強度を求める蛍光強度測定手段自身から発生する各画素におけるノイズの値とを比較することにより判別し、演算適画素については前記演算を行なって該画素の値を得、前記不適画素については前記演算適画素に対応する蛍光画像部分に対して視覚的に悪影響を及ぼさないように暗く表示させる値を該画素の値として割り当てることを特徴とする蛍光画像取得方法。
2. 前記試料が生体であり、前記蛍光が該生体内から発せられた自家蛍光であることを特徴とする請求項１記載の蛍光画像取得方法。
3. 前記励起光の光源にＧａＮ系の半導体レーザを用いることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光画像取得方法。
4. 生体等の試料に励起光を照射する励起光照射手段と、該励起光照射手段により励起光が照射された前記試料から発せられた蛍光から少なくとも１つの波長領域の蛍光強度を求める蛍光強度測定手段と、前記蛍光強度に基づき演算を行なって前記試料の蛍光画像を表す画像データを取得する演算処理手段とを備えた蛍光画像取得装置であって、
   前記蛍光画像を構成する各画素について、前記蛍光強度に基づいて、演算適画素であるか演算不適画素であるかを、各画素における前記蛍光強度と、あらかじめ測定され記憶された前記蛍光強度測定手段自身から発生する各画素におけるノイズの値とを比較することによって判別する判別手段を備え、前記演算処理手段が、演算適画素については前記演算を行なって該画素の値を得、前記不適画素については前記演算適画素に対応する蛍光画像部分に対して視覚的に悪影響を及ぼさないように暗く表示させる値を該画素の値として割り当てるように構成されていることを特徴とする蛍光画像取得装置。
5. 前記試料が生体であり、前記蛍光が該生体内から発せられた自家蛍光であることを特徴とする請求項４記載の蛍光画像取得装置。
6. 前記励起光の光源が、ＧａＮ系の半導体レーザであることを特徴とする請求項４または５記載の蛍光画像取得装置。
7. 前記蛍光画像取得装置が内視鏡であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項記載の蛍光画像取得装置。

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