JP4579645B2 - 蛍光観察内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光観察内視鏡装置、詳しくは、被検査対象に励起光を照射し、その被検査対象から発する蛍光より、疾患部位を観察、診断する蛍光観察内視鏡装置に関する。

近年、内視鏡等により生体からの自家蛍光や、生体へ薬物を注入し、その薬物の蛍光を２次元画像として検出し、その蛍光像から、生体組織の変性や癌等の疾患状態（例えば、疾患の種類や浸潤範囲）を診断する技術がある。

生体組織に光を照射するとその励起光より長い波長の蛍光が発生する。生体における蛍光物質として、例えばＮＡＤＨ（ニコチンアミドアデニンヌクレオチド），ＦＭＮ（フラビンモノヌクレオチド），ピリジンヌクレオチド等がある。最近では、このような、生体内因物質と、疾患との相互関係が明確になってきた。また、ＨｐＤ（ヘマトポルフィリン），Ｐｈｏｔｏｆｒｉｎ，ＡＬＡ（δ−ａｍｉｎｏ ｌｅｖｕｌｉｎｉｃ ａｃｉｄ）は、癌への集積性があり、これを生体内に注入し、前記物質の蛍光を観察することで疾患部位を診断できる。

例えば、特開平８−２５２２１８号公報には、励起用のレーザ光を内視鏡のライトガイドの先端から出力させ蛍光観察を行う技術手段が開示されている。
特開平８−２５２２１８号公報

しかしながら、前記特開平８−２５２２１８号公報に開示されたような従来の技術手段では、蛍光観察の際に照射される励起用のレーザ光の光量が所定光量であるため、内視鏡の先端と対象組織との距離により、蛍光画像の輝度が変化し、見え具合が変化してしまうという問題があった。

また、従来の技術手段では、光量を一定にした状態で蛍光観察の分解能を高めるため、励起用のレーザ光の照射領域を極めて限定していた。この場合、通常の内視鏡観察域と比べ局所領域（数ミクロン平方）しか照射していないため、照射胃や大腸のような広い空間で蛍光観察を行う場合、励起光照射の中心部分から離れた所では生体からの自家蛍光が得られにくいような場合があった。即ち、広い範囲を観察しようとすると、観察もれを生じて観察性が悪くなるという問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光源を劣化させることなく、内視鏡観察画像上で少なくとも判別可能な領域を蛍光観察することのできる蛍光観察内視鏡装置を提供することを目的としている。

本発明の蛍光観察内視鏡装置は、
所定波長の励起光を発光する励起光発光手段と、
白色光を発光する白色光源と、
前記励起光を被検体に伝送する第１の光伝送手段と、
前記白色光を前記被検体に伝送する第２の光伝送手段と、
前記第１の光伝送手段により伝送された前記励起光を前記白色光の前記被検体への照射により観察される領域内の所定の範囲において同時に２次元走査するためのミラーを少なくとも１つ具備して構成される励起光走査手段と、
前記励起光走査手段と前記被検体との間に配置され、前記励起光を前記被検体に集光させる集光手段と、
前記被検体からの前記白色光の反射光を受光する反射白色光受光手段と、
前記励起光により前記被検体より励起された蛍光を受光する蛍光受光手段と、
前記反射白色光受光手段が受光した受光信号に基づき前記被検体の観察画像を生成する観察画像生成手段と、
前記蛍光受光手段が受光した受光信号に基づき前記被検体の蛍光画像を生成する蛍光画像手段と、
前記励起光走査手段における前記ミラーの角度に基づき、前記観察画像と前記蛍光画像を合成する画像合成手段と、
を備えて構成される。

本発明によれば、レーザ光源を劣化させることなく、内視鏡観察画像上で少なくとも判別可能な領域を蛍光観察することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図５は本発明の実施例１に係わり、図１は蛍光観察内視鏡装置の構成を示す構成図、図２は図１の蛍光観察内視鏡装置の変形例１の構成を示す構成図、図３は図１の蛍光観察内視鏡装置の変形例２の構成を示す構成図、図４は図１の蛍光観察内視鏡装置の変形例３の構成を示す構成図、図５は図４の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する図である。

図１に示すように、本実施例の蛍光観察内視鏡装置１は、体腔内に挿入され管腔内の生体組織像を得る内視鏡２と、内視鏡２に励起光及び白色光を供給すると共に、内視鏡２で得られた生体組織像を撮像し信号処理して生体組織画像をモニタ部３に表示させる観察処理装置４とから構成される。

観察処理装置４は、白色光を発光する白色光源１１と、励起光λexを発光するレーザ光源１２とを備えている。ここで、白色光は生体組織の通常観察画像を得るために光であり、励起光は生体組織における蛍光（自家蛍光及び薬剤蛍光）を励起させるための光である。

そして、白色光源１１からの白色光及びレーザ光源１２からの励起光λexはハーフミラー１３により同一光路上に導かれ、ハーフミラー１４を介して内視鏡２内を挿通するシングル光ファイバ１５に導光される。シングル光ファイバ１５から出射した照射光（励起光λex＋白色光）は所定の軸を中心に回動するx軸スキャニングミラー１６及びx軸スキャニングミラー１６の回動軸に直交する軸を中心に回動するy軸スキャニングミラー１７により２次元走査される。

x軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７により２次元走査された光（励起光λex＋白色光）は集光レンズ１８を介して生体組織１９に照射される。すなわち、励起光＋白色光は、生体組織１９上の所定の通常内視鏡観察領域を２次元走査することになる。

そして、生体組織１９からの戻り光（蛍光λem＋反射白色光）は、集光レンズ１８、x軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７を介し逆の光路を経ることでシングル光ファイバ１５に導光され、ハーフミラー１４により照射光（励起光λex＋白色光）の光路より分離され、さらにハーフミラー２０により、戻り光（蛍光λem＋反射白色光）は、蛍光λemと反射白色光とに分離される。

ハーフミラー２０により分離された蛍光λemは蛍光観察用のPMT２１に撮像され、PMT２１からの撮像信号が蛍光画像生成部２２で信号処理され生体組織１９上の蛍光画像が生成される。

一方、ハーフミラー２０により分離された反射白色光は通常観察用のPD２３に撮像され、PMT２１からの撮像信号が通常画像生成部２４で信号処理され生体組織１９上の通常画像が生成される。

この蛍光画像及び通常画像は、同一の走査手段であるx軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７で２次元走査されているため、走査領域及び走査タイミングは同一である。この結果、通常画像生成部２４で生成した通常画像と蛍光画像生成部２２で生成した蛍光画像とを画像合成部２５にて同一のタイミングで合成することで、通常画像の画像領域上に蛍光画像を有する合成画像をモニタ部３に表示することができる。

このように本実施例では、励起光λexをx軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７からなるスキャニング手段と集光レンズ１８からなる集光光学系を用いて、集光させた状態で生体組織１９に２次元走査して照射することにより、レーザ光源１２の出射光量を高めることなく、出力の弱い光源を用いても蛍光観察することができる。また、励起光λexと白色光を、同一の走査手段でスキャニングして画像化することで、通常観察域と同一領域での蛍光観察を同時に行うことが可能である。このようにして、本実施例では、レーザ光源を劣化させることなく、通常観察域と同様な広い空間で蛍光観察を行うことができる。

なお、図１の構成に限らず、以下の変形例１ないし変形例３の構成においても本実施例と同様の作用／効果を得ることができる。

（変形例１）
本実施例の変形例１の蛍光観察内視鏡装置１aでは、図２に示すように、本実施例（図１）に対して、レーザ光源１２の代わりに白色光源１２aと波長λexの光のみを透過する透過フィルタ１２bとを用いて構成される。この変形例１では白色光源１２aからの白色光が透過フィルタ１２bにより励起光λexに変換されハーフミラー１３に導光される。

（変形例２）
本実施例の変形例２の蛍光観察内視鏡装置１bでは、図３に示すように、本実施例（図１）に対して、レーザ光源１２の代わりに、第１の励起光λex1を発光する第１のレーザ光源１２dと、第２の励起光λex2を発光する第２のレーザ光源１２eとを設け、第１の励起光λex1は本実施例（図１）と同様に、ハーフミラー１３により白色光と同一光路上に導き、第２の励起光λex2はハーフミラー３１により白色光と同一光路上に導く。また、ハーフミラー２０を介した第１の励起光λex1で励起された第１の蛍光λem1と第２の励起光λex2で励起された第２の蛍光λem2を分離するハーフミラー３２と、第１の蛍光λem1を撮像するPMT２１a及び第２の蛍光λem2を撮像するPMT２１bとを有している。この変形例では２色の蛍光色素の観測が同時に可能となる。

（変形例３）
本実施例の変形例３の蛍光観察内視鏡装置１cでは、図４に示すように、本実施例（図１）に対して、シングル光ファイバ１５の代わりに、複数のシングル光ファイバをライン状に形成したライン光ファイババンドル１５aを用いる。これによりスキャニング手段を構成するx軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミー１７の一方、例えばx軸スキャニングミラー１６を固定ミラー１６aとすることができ、図５に示すように、ライン状に生体組織１９上に照射された励起光λex＋白色光を一方向のみスキャニングすることで本実施例と同様な作用／効果を得ることができる。

図６ないし図９は本発明の実施例２に係わり、図６は蛍光観察内視鏡装置の構成を示す構成図、図７は図６の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する図、図８は図６の蛍光観察内視鏡装置の変形例の構成を示す構成図、図９は図７の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する図である。

実施例２は、実施例１とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

図６に示すように、本実施例の蛍光観察内視鏡装置５１は、体腔内に挿入され管腔内の生体組織像を撮像する内視鏡２と、内視鏡５２に励起光及び白色光を供給すると共に内視鏡２で得られた生体組織像の撮像信号を信号処理して生体組織画像をモニタ部３に表示させる観察処理装置５４とから構成される。

本実施例の内視鏡５２は、観察処理装置５４の白色光源１１からの白色光を先端に伝送するライトガイドファイババンドル５０を内挿している。また、観察処理装置４のレーザ光源１２からの励起光λexは実施例１と同様にシングル光ファイバ１５で導光されx軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７により２次元走査されて集光レンズ１８を介して生体組織１９の所定範囲（例えば通常観察領域の１０％以上の範囲）にわたりに照射される。

なお、本実施例ではx軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７は、観察処理装置５４に設けられたスキャニングミラー角度調整部５８により制御される。

また、本実施例の内視鏡５２は、ハーフミラー５５、通常観察用のCCD５６及び蛍光観察用のCCD５７を内蔵しており、反射白色光がハーフミラー５５を介して通常観察用のCCD５６により撮像され、蛍光λexがハーフミラー５５を介して蛍光観察用のCCD５７により撮像されるようになっている。

そして、実施例と同様に、観察処理装置５４において、CCD５７からの撮像信号が蛍光画像生成部２２で信号処理され生体組織１９上の蛍光画像が生成され、CCD５６からの撮像信号が通常画像生成部２４で信号処理され生体組織１９上の通常画像が生成される。

観察処理装置５４の画像合成部２５では、実施例１と同様に通常画像の画像領域上に蛍光画像を有する合成画像を生成するが、このとき、画像合成部２５はスキャニングミラー角度調整部５８からのミラー角度情報６５に基づいて蛍光画像の通常画像の画像領域上の位置を算出して蛍光画像を通常画像に合成する。

その他の構成／作用は実施例１と同じである。

このように本実施例では、励起光を通常観察範囲全体に照射せずに、照射範囲を限定し集光して２次元走査することより、出力の強くないレーザ光を用いても効率的に蛍光を発生させることができ、レーザ光源を劣化させることなく、図７に示すように、モニタ部３の内視鏡観察画像５９上で判別可能な領域６０で蛍光観察することができる。

なお、図８に示すように、x軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７をCCD５６のフレームレートで２次元走査することで、蛍光をCCD５６により撮像するようにしてもよい。この場合、画像合成部２５を必要とせず、通常画像生成部２４において、通常画像はビデオレートで更新され、蛍光画像は、図９に示すように、x軸スキャニングミラー１６及びy軸スキャニングミラー１７によるスキャニングレートか、CCD５６のフレームレートかのうち、遅い方に基づき更新される。

図１０ないし図１４は本発明の実施例３に係わり、図１０は蛍光観察内視鏡装置の構成を示す構成図、図１１は図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第１の図、図１２は図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第２の図、図１３は図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第３の図、図１４は図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第４の図である。

実施例３は、実施例２とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

図１０に示すように、励起光を２次元走査するスキャニング手段を形状可変ミラー７１及びx-y軸スキャニングミラー７２により構成される。

x-y軸スキャニングミラー７２は、例えば文献”Micromashined scanning confocal optical microscope OPTICS LETTERS Vol.21.No10.May,1996”に示される微小共焦点顕微鏡に開示されており、公知であるので説明は省略する。

形状可変ミラー７１は観察処理装置５４の形状可変ミラー調整部７３で制御され、またx-y軸スキャニングミラー７２は観察処理装置５４のスキャニングミラー角度調整部５８で制御される。
観察処理装置５４の画像合成部２５では、実施例１と同様に通常画像の画像領域上に蛍光画像を有する合成画像を生成するが、このとき、画像合成部２５はスキャニングミラー角度調整部５８からのミラー角度情報６５及び形状可変ミラー調整部７３からのミラー形状情報７４に基づいて、蛍光画像の通常画像の画像領域上の位置及び範囲を算出して蛍光画像を通常画像に合成する。

この結果、本実施例では実施例２の効果に加え、スキャニングミラー角度調整部５８からのミラー角度情報６５及び形状可変ミラー調整部７３からのミラー形状情報７４に基づいて、図１１に示す形状可変ミラー７１の形状から図１２に示す形状可変ミラー７１の形状に可変することで、図１３に示すような蛍光画像の領域６０を図１４に示すような領域６０に可変してモニタ部３に表示することが可能となる。

［付記］
（付記項１）
所定波長の励起光を発光する励起光発光手段と、
白色光を発光する白色光源と、
前記励起光を被検体に伝送する第１の光伝送手段と、
前記白色光を前記被検体に伝送する第２の光伝送手段と、
前記第２の光伝送手段により伝送された前記励起光を前記白色光の前記被検体への照射領域内の所定領域に走査する励起光走査手段と、
前記励起光走査手段と前記被検体との間に配置され、前記励起光を前記被検体に集光させる集光手段と、
前記被検体からの前記白色光の反射光を受光する反射白色光受光手段と、
前記励起光により前記被検体より励起された蛍光を受光する蛍光受光手段と
を備えたことを特徴とする蛍光観察内視鏡装置。

（付記項２）
前記励起光走査手段は、前記励起光発光手段からの励起光と前記白色光源からの白色光を同時に走査する
ことを特徴とする付記項１に記載の蛍光観察内視鏡装置。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る蛍光観察内視鏡装置の構成を示す構成図 図１の蛍光観察内視鏡装置の変形例１の構成を示す構成図 図１の蛍光観察内視鏡装置の変形例２の構成を示す構成図 図１の蛍光観察内視鏡装置の変形例３の構成を示す構成図 図４の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する図 本発明の実施例２に係る蛍光観察内視鏡装置の構成を示す構成図 図６の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する図 図６の蛍光観察内視鏡装置の変形例の構成を示す構成図 図７の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する図 本発明の実施例３に係る蛍光観察内視鏡装置の構成を示す構成図 図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第１の図 図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第２の図 図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第３の図 図１０の蛍光観察内視鏡装置の作用を説明する第４の図

符号の説明

１…蛍光観察内視鏡装置
２…内視鏡
３…モニタ部
４…観察処理装置
１１…白色光源
１２…レーザ光源
１３、１４、２０…ハーフミラー
１５…シングル光ファイバ
１６…x軸スキャニングミラー
１７…y軸スキャニングミラー
１８…集光レンズ
２１…PMT
２２…蛍光画像生成部
２３…PD
２４…通常画像生成部
２５…画像合成部
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (6)

1. 所定波長の励起光を発光する励起光発光手段と、
   白色光を発光する白色光源と、
   前記励起光を被検体に伝送する第１の光伝送手段と、
   前記白色光を前記被検体に伝送する第２の光伝送手段と、
   前記第１の光伝送手段により伝送された前記励起光を前記白色光の前記被検体への照射により観察される領域内の所定の範囲において同時に２次元走査するためのミラーを少なくとも１つ具備して構成される励起光走査手段と、
   前記励起光走査手段と前記被検体との間に配置され、前記励起光を前記被検体に集光させる集光手段と、
   前記被検体からの前記白色光の反射光を受光する反射白色光受光手段と、
   前記励起光により前記被検体より励起された蛍光を受光する蛍光受光手段と、
   前記反射白色光受光手段が受光した受光信号に基づき前記被検体の観察画像を生成する観察画像生成手段と、
   前記蛍光受光手段が受光した受光信号に基づき前記被検体の蛍光画像を生成する蛍光画像手段と、
   前記励起光走査手段における前記ミラーの角度に基づき、前記観察画像と前記蛍光画像を合成する画像合成手段と、
   を備えたことを特徴とする蛍光観察内視鏡装置。
2. 前記励起光発光手段は、白色光を発光する光源手段と、前記光源手段からの白色光のうち前記所定波長の励起光のみを透過する透過フィルタとからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光観察内視鏡装置。
3. 前記励起光発光手段は、レーザ光源からなる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光観察内視鏡装置。
4. 少なくとも、前記第１の光伝送手段、前記第２の光伝送手段、前記励起光走査手段及び前記集光手段は、体腔内に挿入可能な挿入部内に設けられている
   ことを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１つに記載の蛍光観察内視鏡装置。
5. 前記集光手段は、前記励起光発光手段からの励起光が前記被検体に照射される際の集光度合を任意に変化させることができる集光度変化手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光観察内視鏡装置。
6. 前記集光度変化手段は、形状可変ミラーにより構成され、
   前記画像合成手段は、前記励起光走査手段における前記ミラーの角度と、前記形状可変ミラーにおけるミラー形状と、に基づき、前記観察画像と前記蛍光画像を合成する
   ことを特徴とする請求項５に記載の蛍光観察内視鏡装置。

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