JP5074044B2 - 蛍光観察装置および蛍光観察装置の作動方法 - Google Patents

蛍光観察装置および蛍光観察装置の作動方法 Download PDF

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Description

本発明は蛍光観察装置および蛍光観察装置の作動方法に関するものである。
従来、癌細胞等の病変部に特異的に集積する蛍光色素を投与した観察対象部位に対し、当該蛍光色素を励起して薬剤蛍光を発生させる励起光を照射し、発生する薬剤蛍光を撮影することにより、病変部において輝度の高い蛍光画像を得ることができる内視鏡システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−２２４２０８
しかしながら、観察対象部位である生体組織には、生来自家蛍光物質が含まれており、励起光の照射により蛍光色素のみならず自家蛍光物質も励起されてしまい、取得された蛍光画像中において、病変部が判然としなくなるという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、取得された蛍光画像中において病変部を際立たせることができ、正確な診断を行うことを可能とする蛍光観察装置および蛍光観察方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、血管により吸収される波長帯域の照明光と、病変部に特異的に集積する蛍光色素を励起して薬剤蛍光を発生させる励起光とを観察対象部位に照射する光源部と、同一の観察対象部位に対し、前記照明光および前記励起光を照射して得られた反射光および蛍光をそれぞれ撮影して画像を取得する撮像部と、該撮像部により取得された反射光画像の輝度を平滑化して参照画像を取得し、取得された参照画像に基づいて前記蛍光画像を補正する画像処理部とを備える蛍光観察装置を提供する。
本発明によれば、光源部の作動により、同一観察対象部位に対して照明光と励起光とが照射され、撮像部の作動により、照明光に対する反射光画像と、励起光に対する蛍光画像とが取得される。照明光は血管により吸収される波長帯域を有しているので、観察対象部位に照射されると、観察対象部位に存在する血管により吸収される。これにより、反射光画像は、血管部分の輝度が低下した画像となる。
この場合において、癌組織等の病変部においては、血管が発達して多く存在するので、反射光画像は血管に対応する暗い領域が多い画像となる。一方、正常組織においては、病変部と比較して血管が少ないため、反射光画像は、血管に対応する暗い領域の少ない画像となる。
したがって、画像処理部の作動により、反射光画像の輝度を平滑化することにより、血管の形状の情報が除去され、得られる参照光画像としては、病変部近傍において暗く、正常部近傍において明るいグラデーションを有する画像となる。そして、画像処理部において、このように取得された参照画像を用いることにより、蛍光画像における病変部に対応する部分を明るく際立たせることが可能となり、これを用いて、高い精度の診断を行うことが可能となる。
上記発明においては、前記画像処理部が、前記撮像部により取得された反射光画像の輝度を平滑化するローパスフィルタを備えることとしてもよい。
このようにすることで、反射光画像情報をローパスフィルタに通過させることにより、画素ごとに変化する輝度値の変動を簡易に平滑化して、輝度値がなめらかなグラデーションで変化する参照画像を得ることができる。これにより、反射光画像に含まれていた血管の形状等の情報が除去され、病変部近傍が暗く、正常部近傍が明るい参照画像を簡易に取得することができる。
また、上記発明においては、平滑化されて得られた参照画像の輝度値で、前記撮像部により取得された蛍光画像の輝度値を除算することにより補正する蛍光画像補正部を備えることとしてもよい。
このようにすることで、蛍光画像補正部の作動により、蛍光画像の輝度値が参照光画像の輝度値で除算されると、薬剤蛍光により明るい輝度値を有する病変部は、比較的暗い輝度値を有する参照光画像の輝度値で除算されることにより、輝度値が高められる。一方、正常部近傍においては、薬剤蛍光が存在しないが、自家蛍光によって明るい輝度値を有していたとしても、比較的明るい輝度値を有する参照光画像の輝度値で除算されることにより、輝度値が低下させられる。これにより、簡易に病変部を際立たせるように補正された画像を取得することができ、診断能を向上することができる。
また、本発明は、血管により吸収される波長帯域の照明光と、病変部に特異的に集積する蛍光色素を励起して薬剤蛍光を発生させる励起光とを照射するステップと、前記照明光および前記励起光を照射して得られた反射光および蛍光をそれぞれ撮影して画像を取得するステップと、取得された反射光画像の輝度を平滑化して参照画像を取得し、取得された参照画像に基づいて前記蛍光画像を補正するステップと、を実行させる蛍光観察装置の作動方法を提供する。
本発明によれば、取得された蛍光画像中において病変部を際だたせることができ、正確な診断を行うことができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置１について、図１〜図７を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１は、図１に示されるように、光源部２と、挿入部３と、画像処理部４と、モニタ５とを備えている。
光源部２は、白色光を発生する白色光源６と、該白色光源６からの白色光を略平行光にするコリメートレンズ７と、白色光から所定の波長帯域の光を抽出する回転フィルタ８と、該回転フィルタ８を制御するフィルタ制御部９とを備えている。
回転フィルタ８は、図２に示されるように、３つの異なるフィルタＡ，Ｂ，Ｃを備えている。これらフィルタＡ，Ｂ，Ｃは、図３に示されるように、それぞれ、フィルタＡが３７０〜４５０ｎｍ、フィルタＢが６８０〜７４０ｎｍ、フィルタＣが４００〜７００ｎｍの波長帯域の光を透過させる透過率特性を有している。
フィルタＡにより抽出された３７０〜４５０ｎｍの波長帯域の光は、生体組織である観察対象部位Ｓに照射されると、該観察対象部位Ｓの生体組織内に存在している血管により吸収される特性を有している。
フィルタＢにより抽出された６８０〜７４０ｎｍの波長帯域の光は、Ｃｙ７（Amersham社製）のような腫瘍等の病変部に特異的に集積する蛍光薬剤を励起して、７６０〜８５０ｎｍの波長帯域の蛍光を発生させる特性を有している。
回転フィルタ８はフィルタ制御部９からの指令信号に応じてモータ８ａを回転駆動することにより、フィルタＡ，Ｂ，Ｃを順次切り替えて、異なる波長帯域の光を同一の観察対象部位Ｓに照射するようになっている。
また、フィルタ制御部９は、光路中に配置されているフィルタＡ，Ｂ，Ｃの情報をトリガ信号として、後述する画像処理部４に出力するようになっている。
前記挿入部３は、例えば、体腔に挿入可能な細長くかつ湾曲可能に形成されている。挿入部３には、光源部２から出射された光を導くためのライトガイドファイバ１０と、該ライトガイドファイバ１０により先端まで導かれてきた光を拡散させて観察対象部位Ｓに照射するレンズ１１と、観察対象部位Ｓから戻る反射光あるいは蛍光を集光する対物レンズ１２と、集光された反射光と蛍光とを異なる光路に分岐するダイクロイックミラー１３と、分岐された蛍光に含まれる励起光を遮断するバリアフィルタ１４と、分岐された反射光を検出する反射光用撮像素子１５と、バリアフィルタ１４を通過した蛍光を検出する蛍光用撮像素子１６とを備えている。
バリアフィルタ１４は、図３に示されるように、ダイクロイックミラー１３により反射光から分岐された光の内、薬剤蛍光に相当する波長帯域７６０〜８５０ｎｍの蛍光のみを通過させ、その他の光を遮断する透過率特性を有している。
また、反射光用撮像素子１５および蛍光用撮像素子１６は、それぞれ、ＣＣＤのような固体撮像素子により構成されている。
画像処理部４は、反射光用撮像素子１５から送られてくる反射光画像情報と、フィルタ制御部９から送られてくるトリガ信号とに基づいて反射光画像を生成する反射光画像生成部１７と、蛍光用撮像素子１６から送られてくる蛍光画像情報と、フィルタ制御部９から送られてくるトリガ信号とに基づいて薬剤蛍光画像を生成する蛍光画像生成部１８と、反射光画像を処理して参照画像を生成する参照画像生成部１９と、生成された参照画像に基づいて薬剤蛍光画像を補正する蛍光画像補正部２０とを備えている。
反射光画像生成部１７は、フィルタ制御部９から送られてくるトリガ信号により、フィルタＡが光路に配置されている期間を認識し、その期間内に反射光用撮像素子１５から送られてくる画像情報を反射光画像として記憶するようになっている。
蛍光画像生成部１８は、フィルタ制御部９から送られてくるトリガ信号により、フィルタＢが光路に配置されている期間を認識し、その期間内に蛍光用撮像素子１６から送られてくる画像情報を薬剤蛍光画像として記憶するようになっている。
参照画像生成部１９は、反射光用撮像素子１５により取得された反射光画像の輝度を平滑化するローパスフィルタにより構成されている。
具体的には、反射光画像が生成される際に光路に配置されているフィルタＡは、血管により吸収される波長帯域の光を白色光から抽出する。したがって、その波長帯域の光が照射された際には、観察対象部位Ｓにおいて血管に対応する領域でその光が吸収されて反射光の光量が少なくなる。
すなわち、反射光画像Ｇ１としては、図４に示されるように、血管Ｔに対応する領域において、他の領域よりも暗くなった画像が取得される。他の領域にも、毛細血管がほぼ全面に均一に存在しているので、光の吸収が発生するが、存在する血液量が少ないために太い血管ほどの吸収が行われず、太い血管に対応する領域よりも明るくなっている。
そこで、反射光画像Ｇ１をローパスフィルタからなる参照画像生成部１９に供給することにより、図５に示されるように、反射光画像Ｇ１中の輝度の細かい変動が除去され、太い血管が多い領域においては暗く、太い血管が少ない領域においては明るいグラデーションを有する参照画像Ｇ２を生成することができる。
例えば、図５に示す例では、血管Ｔが多く存在する腫瘍部Ｘ近傍の領域（図中左側の領域）が暗く、血管Ｔが少ない正常部Ｙ近傍の領域（図中右側の領域）が明るい参照画像が生成される。
最後に蛍光画像補正部２０は、蛍光画像生成部１８により生成された薬剤蛍光画像Ｇ３を、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ２によって除算することにより、補正された薬剤蛍光画像Ｇ３′を取得するようになっている。
例えば、図６に、特異的に集積した蛍光薬剤が高い輝度で光っている腫瘍部Ｘと、レンズ１１に近い位置に配置されているために、腫瘍部Ｘよりも高い輝度で光っている正常部Ｙとが含まれる薬剤蛍光画像Ｇ３が取得された場合を例示する。
この場合、単にこの薬剤蛍光画像Ｇ３のみを観察した場合には、明るく光っている正常部Ｙと腫瘍部Ｘとが判然とせず誤って診断してしまう可能性がある。そこで、蛍光画像補正部２０において、図６の薬剤蛍光画像Ｇ３を図５の参照画像Ｇ２により除算することによって、図７に示されるように、腫瘍部Ｘ近傍の領域の輝度を増加させ、正常部Ｙ近傍の領域の輝度を低下させ、腫瘍部Ｘを際立たせた薬剤蛍光画像Ｇ３′を取得することができる。
このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１を用いた蛍光観察方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察方法は、挿入部３を体腔内に挿入しその先端を観察対象部位Ｓに対向して配置する。この状態で、光源部２の作動により、波長帯域３７０〜４５０ｎｍの光と、６８０〜７４０ｎｍの光と、波長帯域４００〜７００ｎｍの白色光とを同一の観察対象部位Ｓに切り替えて照射する。ここで、波長帯域４００〜７００ｎｍの白色光は、挿入部３の操作に当たって観察対象部位Ｓを可視光により確認する場合に使用するが、ここでは説明を省略する。
波長帯域３７０〜４５０ｎｍの光が照射されることにより、反射光用撮像素子１５により反射光画像Ｇ１情報が取得される。また、波長帯域６８０〜７４０ｎｍの光が照射されることにより、蛍光画像撮像素子１６によって薬剤蛍光画像Ｇ３情報が取得される。
本実施形態に係る蛍光観察方法においては、取得された反射光画像Ｇ１を平滑化処理して得られた参照画像Ｇ２で、薬剤蛍光画像Ｇ３を除算することにより補正する。
波長帯域３７０〜４５０ｎｍの光は血管Ｔにより吸収されるので、そのときの反射光画像Ｇ１情報としては、太い血管Ｔの領域において輝度値の低い画像が得られる。したがって、腫瘍部Ｘのように血管Ｔの多い領域においては暗く、正常部Ｙのように血管Ｔの少ない領域においては明るく、明暗が滑らかに変化する参照画像Ｇ２を容易に取得することができる。
このようにして得られた参照画像Ｇ２を用いて薬剤蛍光画像Ｇ３を補正することにより、腫瘍部Ｘを際立たせて、精度よく診断することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、回転フィルタ８に３つのフィルタＡ，Ｂ，Ｃを備える場合について説明したが、白色光を照射するためのフィルタＣについては上述したように必ずしも必要ではない。
また、本実施形態においては、血管Ｔに吸収される波長帯域として３７０〜４５０ｎｍの波長帯域の光を照射することとしたが、波長帯域５００〜６００ｎｍの光を照射することにしてもよい。この波長帯域５００〜６００ｎｍの光は、生体組織のより深い位置に存在している血管Ｔにより吸収されるので、深い位置に血管を有する腫瘍部Ｘについてはさらに際立たせることができる。
なお、波長帯域３７０〜４５０ｎｍ、５００〜６００ｎｍの光としては、波長４１０ｎｍ、５４０ｎｍを含み、より狭い波長帯域の光を採用することにしてもよい。
また、波長選択部として複数のフィルタＡ，Ｂ，Ｃを有する回転フィルタ８を例示したが、これに限定されることなく、他の可変分光素子を採用することにしてもよい。
また、挿入部３は硬性のものでも構わない。
本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置を示す模式図である。 図１の蛍光観察装置に備えられる回転フィルタの一例を示す図である。 図２の回転フィルタの各フィルタの透過率特性、蛍光の波長特性を示すグラフである。 図１の蛍光観察装置により取得された反射光画像例を示す図である。 図２の反射光画像を平滑化して得られた参照画像例を示す図である。 図１の蛍光観察装置により取得された薬剤蛍光画像例を示す図である。 図１の蛍光観察装置により取得された薬剤蛍光画像を参照画像により補正した画像例を示す図である。
符号の説明
Ａ，Ｂ，Ｃ フィルタ
Ｇ１ 反射光画像
Ｇ２ 参照画像
Ｇ３，Ｇ３′ 薬剤蛍光画像
Ｓ 観察対象部位
Ｔ 血管
Ｘ 病変部
１ 蛍光観察装置
２ 光源部
４ 画像処理部
１５ 反射光用撮像素子（撮像部）
１６ 蛍光用撮像素子（撮像部）
１９ 参照画像生成部
２０ 蛍光画像補正部

Claims (4)

  1. 血管により吸収される波長帯域の照明光と、病変部に特異的に集積する蛍光色素を励起して薬剤蛍光を発生させる励起光とを観察対象部位に照射する光源部と、
    同一の観察対象部位に対し、前記照明光および前記励起光を照射して得られた反射光および蛍光をそれぞれ撮影して画像を取得する撮像部と、
    該撮像部により取得された反射光画像の輝度を平滑化して参照画像を取得し、取得された参照画像に基づいて前記蛍光画像を補正する画像処理部とを備える蛍光観察装置。
  2. 前記画像処理部が、前記撮像部により取得された反射光画像の輝度を平滑化するローパスフィルタを備える請求項１に記載の蛍光観察装置。
  3. 前記画像処理部が、平滑化されて得られた参照画像の輝度値で、前記撮像部により取得された蛍光画像の輝度値を除算することにより補正する蛍光画像補正部を備える請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
  4. 血管により吸収される波長帯域の照明光と、病変部に特異的に集積する蛍光色素を励起して薬剤蛍光を発生させる励起光とを照射するステップと、
    前記照明光および前記励起光を照射して得られた反射光および蛍光をそれぞれ撮影して画像を取得するステップと、
    取得された反射光画像の輝度を平滑化して参照画像を取得し、取得された参照画像に基づいて前記蛍光画像を補正するステップと、を実行させる蛍光観察装置の作動方法。
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