JP5197916B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
例えば、生体組織に励起光を照射すると、励起光よりも波長の長い蛍光が発生する。生体内においても励起光により蛍光を発する物質が存在し、その物質と疾患との相互関係があることが明らかになりつつある。また、細胞内の酵素により分解されることにより蛍光を発する蛍光剤が知られている。癌細胞においてはこの酵素が正常な細胞よりも多く分泌されているため、この蛍光剤を生体内に注入することにより、癌疾患の部位を診断することが可能になるとともに、酵素の分泌量を測定することが可能になる。
上記診断に用いられる内視鏡としては、光ファイバにより光を外部にまで誘導して観察するファイバースコープと、内視鏡の先端部に備えたCCD素子により光を観察するビデオスコープとがあり、両者とも体腔内の癌疾患などの診断が行える。ファイバースコープはその径をビデオスコープより細くできるという利点を有し、ビデオスコープは画像の解像度をファイバースコープよりも高くできるという利点を有している。
このように1波長の蛍光を検出する内視鏡においては、例えば癌細胞において蛍光を発する蛍光剤を患者に投与した際に、蛍光剤がどの部位にまで浸透しているか判らなかった。そのため、癌細胞が存在しないため蛍光が検出されないのか、それとも蛍光剤が浸透していないため蛍光が検出されないのかを判別することができず、癌細胞などの検出を容易に行うことができないという問題があった。
しかしながら、特許文献2において可視光と蛍光とを同時に観察するためには、可視光観察用と蛍光観察用の少なくとも2つの撮像素子を用いなければならない問題があった。
本発明は、被観察体内部の被観察領域に向けて可視波長帯域の光を含む照明光、および、赤外線波長帯域の異なる波長の複数の励起光を出射する照明手段と、前記被観察対内部に挿入される挿入部の先端に配置され、前記被観察領域からの前記照明光の戻り光および前記被観察領域から発せられる蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の光入射側に配置され、少なくとも前記複数の励起光を遮光するカットフィルタとを備え、前記照明手段が、赤外線波長帯域の異なる波長の蛍光をそれぞれ励起させる、赤外線波長帯域の第1の波長の励起光および前記第1の波長より長い赤外線波長帯域の第2の波長の励起光を生成する第1励起光フィルタおよび第2励起光フィルタを備える内視鏡装置を提供する。
また、例えば、被観察領域の所定細胞に存在する酵素により分解され、励起光により所定波長の蛍光を発する一の蛍光剤と、励起光により所定波長とは異なる波長の蛍光を発する他の蛍光剤とを用いた場合、両蛍光剤がどの部位にまで浸透しているか撮像手段により検出することができる。そのため、被観察領域に所定細胞が存在しないため蛍光が検出されないのか、それとも被観察領域に蛍光剤が浸透していないため蛍光が検出されないのかを判別することができるため、被観察領域の観察が容易となる。
上記発明においては、前記カットフィルタが、前記複数の励起光を遮断する複数の遮断帯域の間に、前記蛍光のうちの少なくとも1つを透過する透過帯域を持っていてもよい。
また、例えば、被観察領域の所定細胞に存在する酵素により分解され、励起光により所定波長の蛍光を発する一の蛍光剤と、励起光により所定波長とは異なる波長の蛍光を発する他の蛍光剤とを用いた場合、両蛍光剤がどの部位にまで浸透しているか第1の撮像素子および第2の撮像素子により検出することができる。そのため、被観察領域に所定細胞が存在しないため蛍光が検出されないのか、それとも被観察領域に蛍光剤が浸透していないため蛍光が検出されないのかを判別することができるため、被観察領域の観察が容易となる。
本発明によれば、被観察領域からの戻り光および被観察領域から発せられる複数の蛍光も時間順次に撮像手段、または、第1の撮像手段および第2の撮像手段に入射する。そのため、戻り光および蛍光による被観察領域の画像を時間順次に取得することができる。その結果、戻り光および蛍光による画像の処理を別々に行いやすくすることができるとともに、一つの撮像手段により、複数の波長帯域の光による被観察領域の画像を撮像することができる。
本発明によれば、照明光と励起光とを別々の照射手段により出射させているため、照明光の出射タイミングと励起光の出射タイミングとを別々に制御することができる。
本発明によれば、第1カットフィルタまたは第2カットフィルタの少なくとも一方には、複数の励起光を遮断する複数の遮断帯域が形成されるとともに、上記蛍光のうち少なくとも1つの蛍光の波長帯域が当該複数の遮断帯域の間に位置するように、上記複数の遮断帯域の波長帯域が選択されている。
そのため、例えば、一の励起光により励起される一の蛍光の波長帯域が、一の励起光の波長帯域と接近している場合であっても、カットフィルタは、一の励起光を遮断するとともに、一の蛍光を透過させることができる。
本発明によれば、第1カットフィルタおよび第2カットフィルタの少なくとも一方は、複数の励起光の波長帯域を遮断する1つの遮断帯域を有している。そのため、複数の励起光をそれぞれ別個に遮断する複数の遮断帯域を、カットフィルタに形成する場合と比較して、カットフィルタの製造を容易にすることができる。
本発明によれば、蛍光評価手段を有するため、被観察体の所定の範囲において所定の蛍光が発生しているか否かを評価することにより、被観察体に導入された複数の蛍光剤が所定の範囲に浸透しているかどうかを判定できる。
この結果、他の蛍光が検出されない場合には、被観察体には蛍光剤が浸透しているが、所定細胞に存在可能な蛍光剤が所定量以上存在しないと判定することができる。
また、複数の蛍光を観察することができるため、被観察領域に所定細胞が存在しないため蛍光が検出されないのか、被観察領域に蛍光剤が浸透していないため蛍光が検出されないのかを判別することができ、被観察領域の観察が容易になるという効果を奏する。あるいは、一回の被検査領域の観察で複数の所定細胞を観察することができ、被観察領域の観察が容易になるという効果を奏する。
以下、本発明の第1の実施の形態について図1から図5を参照して説明する。
図1に示す内視鏡装置10は、本発明の第1の実施形態に係り、蛍光により病変部を診断する内視鏡装置である。
内視鏡装置10は、図1に示すように、可視光および励起光を時間順次に出射する光源部(照明手段)20と、生体体腔内に挿入され病変部(被観察領域)Cを撮像する内視鏡スコープ(挿入部)30と、内視鏡スコープ30により撮像された病変部(被観察領域、所定の範囲)Cの画像信号を信号処理する信号処理ユニット60と、信号処理ユニット60からの出力を表示するモニタ70と、から概略構成されている。
照射フィルタ23は、図2に示すように、円板状に形成された板部材26と、板部材26の中心に設けられた回転軸27とから概略形成されている。
回転軸27は、モータドライバ24に制御されるモータ(図示せず)に接続されている。
板部材26には、内周側および外周側の同一円周上にそれぞれフィルタの組が配置されている。外周側の同一円周上には、青色光(照明光)Bを透過する青色光フィルタ(可視光照射手段)28Bと、緑色光(照明光)Gを透過する緑色光フィルタ(可視光照射手段)28Gと、赤色光(照明光)Rを透過する赤色光フィルタ(可視光照射手段)28Rと、赤外線波長帯域の波長を有する第1励起光(励起光)EX1を透過する第1励起光フィルタ(励起光照射手段)28EX1と、第1励起光より長い波長を有する第2励起光(励起光)EX2を透過する第2励起光フィルタ(励起光照射手段)28EX2と、のフィルタの組が配置されている。これら各フィルタ28B,28G,28R,28EX1,28EX2は、等間隔に配置されている。
また、内周側の同一円周上には、青色フィルタ28Bと、緑色フィルタ28Gと、赤色フィルタ28Rと、のフィルタの組が配置されている。これら各フィルタ28B,28G,28Rは、等間隔に配置されている。
青色フィルタ28B、緑色フィルタ28G、赤色フィルタ28Rの透過波長帯域は、可視光波長帯域に含まれており、第1励起フィルタ28EX1、第2励起フィルタ28EX2の透過波長帯域は、赤外線波長帯域に含まれている。
例えば、内周側に配置された青色フィルタ28B、緑色フィルタ28G、赤色フィルタ28Rの光透過特性のバランスを全体的に長波長側にシフトさせてもよい。内周側のフィルタの組には赤外線波長領域の励起光を透過するフィルタが含まれていないため、上述のように可視光波長領域の照明光のバランスを長波長側にシフトさせることができる。
CCD35により撮像された病変部CのB,G,R,EX1,EX2の各波長の光による画像信号は、内視鏡スコープ30に配置された配線36により信号処理ユニット60に出力される。
切替器63には、前述のタイミングジェネレータ25からタイミング信号が入力され、タイミング信号に基づいて病変部CのB,G,R,EX1,EX2の各波長の光によるデジタル画像信号を振り分けている。
光源21に電源22から電力が供給されると、図1および図2に示すように、青色光Bから第2励起光EX2まで全ての波長を含む光が光源21から照射フィルタ23に向けて出射される。照射フィルタ23は回転軸26を中心に回転しており、例えば、回転フィルタ23の外周側に光源21の光が当たると、回転している各フィルタ28B,28G,28R,28EX1,28EX2に光源21の光が時間順次に照射される。
そのため、病変部Cの第1蛍光剤が浸透している領域からは、第1蛍光FL1が発せられ、癌細胞からは第2蛍光FL2が発せられている。
なお、病変部Cに与えられる蛍光剤としては、上述のように、一方に励起光のみにより蛍光を発する蛍光剤、他方に所定の酵素により分解され励起光により蛍光を発する蛍光剤を用いてもよいし、両者とも励起光のみにより蛍光を発する蛍光剤を用いてもよく、蛍光剤の種類、その組み合わせは特に限定されるものではない。
なお、上述のような赤外線波長帯域の蛍光を発する蛍光剤としては、例えば、Cy5,Cy7,IRD700,Lafolla Blue等を挙げることができる。
カットフィルタ34は、図3(c)に示すように、第1励起光EX1および第2励起光EX2の波長帯域の光を遮光して、他の波長帯域の光を透過する光透過特性を有している。そのため、病変部Cからの各光B,G,Rの戻り光および各蛍光FL1,FL2は、カットフィルタ34を透過してCCD35に入射する。
切替器63は、タイミングジェネレータ25のタイミング信号に基づき時間順次に入力されるデジタル信号を各メモリ64A,64B,64C,64D,64Eに振り分ける。具体的には、青色光Bによる病変部Cのデジタル画像信号は、切替器63により第1メモリ64Aに振り分けられ、一時的に格納される。以後同様に、緑色光Gのデジタル画像信号は第2メモリ64Bに振り分けられ、赤色光Rのデジタル画像信号は第3メモリ64Cに振り分けられる。第1蛍光FL1の蛍光画像のデジタル画像信号は、切替器63により第4メモリ64Dに振り分けられ、第2蛍光FL2の蛍光画像のデジタル画像信号は、第5メモリ64Eに振り分けられる。
次に、本発明の第1の実施形態の第1変形例について図6および図7を参照して説明する。
本実施の形態の内視鏡装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、光源部および内視鏡スコープの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図6および図7を用いて光源部および内視鏡スコープ周辺のみを説明し、信号処理ユニット等の説明を省略する。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
内視鏡装置110は、図6に示すように、可視光および励起光を時間順次に出射する光源部(照明手段)120と、生体体腔内に挿入され病変部Cを撮像する内視鏡スコープ(挿入部)130と、内視鏡スコープ130により撮像された病変部Cの画像信号を信号処理する信号処理ユニット60と、信号処理ユニット60からの出力を表示するモニタ70と、から概略構成されている。
照射フィルタ123は、図7に示すように、円板状に形成された板部材26と、板部材26の中心に設けられた回転軸27とから概略形成されている。
板部材26には、内周側および外周側の同一円周上にそれぞれフィルタの組が配置されている。外周側の同一円周上には、青色フィルタ28Bと、緑色フィルタ28Gと、赤色フィルタ28Rと、のフィルタの組が配置されている。青色フィルタ28Bと赤色フィルタ28Rとの間隔は、他のフィルタとの間隔よりも広く確保されている。このような構成にすることにより、赤色光Rと青色光Bとの出射タイミングの間に、第1励起光EX1および第2励起光EX2の出射タイミングを設けることができる。
なお、各波長帯域の光の出射タイミングは、長波長側から短波長側に向かって順に出射されるようにしてもよいし、逆に短波長側から長波長側に向かって出射されるようにしてもよく、特に限定するものではない。
光源121に電源22から電力が供給されると、図6に示すように、青色光Bから赤色光Rまでの波長を含む光が光源121から照射フィルタ123に向けて出射される。照射フィルタ123は回転軸26を中心に回転しており、回転している各フィルタ28B,28G,28Rに光源21の光が時間順次に照射される。
以後の作用は第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
次に、本発明の第1の実施形態の第2変形例について図8から図11を参照して説明する。
本実施の形態の内視鏡装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、信号ユニット60の内部の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図8から図11を用いて信号ユニット60のみを説明し、内視鏡スコープ等の説明を省略する。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
ライトガイド32により体腔内に導かれた励起光EX1,EX2は体腔内に射出され、病変部Cを照明し(照射ステップ、ステップS1)、病変部(被観察体)から発生した各蛍光FL1,FL2(第1の蛍光、第2の蛍光)はカットフィルタ34を透過してCCD35に入射し、撮像される(撮像ステップ、ステップS2)。
CCDによって生成された各蛍光FL1,FL2の信号はA/D変換され、信号処理ユニット60に入力され、切替器63によってメモリ64D,64Eに振り分けられる。
信号の総和量が所定値以上の場合には、モニタ70上にマーク(蛍光評価手段)71を点灯表示させることにより(図10参照)、蛍光剤が病変部Cに行き渡っていることを表示する(ステップS4)。
一方、信号の総和量が所定値を下回っている場合には、モニタ70上のマーク71を消灯表示することにより、蛍光剤が病変部Cに行き渡っていないことを表示する(ステップS5)。
さらに、モニタ70のマークを点灯表示の代わりに、アラーム等を鳴らすことにより、信号の総和量が所定値以上であることを通知してもよい。
次に、本発明の第2の実施形態について図12から図13を参照して説明する。
本実施の形態の内視鏡装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、カットフィルタが異なっている。よって、本実施の形態においては、図12から図13を用いてカットフィルタ周辺のみを説明し、信号処理ユニット等の説明を省略する。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
内視鏡スコープ230の先端部31には、病変部Cからの戻り光および蛍光が入射されるレンズ系33と、レンズ系33を透過した光のうち第3励起光EX3および第4励起光EX4を遮光するカットフィルタ234と、カットフィルタ234を透過した光による病変部Cの像が結像されるCCD35と、が備えられている。
そのため、病変部Cの第3蛍光剤が浸透している領域からは、第3蛍光FL3が発せられ、癌細胞からは第4蛍光FL4が発せられている。
カットフィルタ234は、図13(c)に示すように、第3励起光EX3および第4励起光EX4の波長帯域を含む所定波長帯域の光を遮光して、他の波長帯域の光を透過する光透過特性を有している。そのため、病変部Cからの各光B,G,Rの戻り光および各蛍光FL3,FL4は、カットフィルタ234を透過してCCD35に入射する。
次に、本発明の第3の実施形態について図14から図15を参照して説明する。
本実施の形態の内視鏡装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、内視鏡スコープの構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図14および図15を用いて内視鏡スコープ周辺のみを説明し、信号処理ユニット等の説明を省略する。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
内視鏡装置310は、図14に示すように、可視光および励起光を時間順次に出射する光源部20と、生体体腔内に挿入され病変部Cを撮像する内視鏡スコープ(挿入部)330と、内視鏡スコープ130により撮像された病変部Cの画像信号を信号処理する信号処理ユニット60と、信号処理ユニット60からの出力を表示するモニタ70と、から概略構成されている。
そのため、病変部Cの第5蛍光剤が浸透している領域からは、第5蛍光FL5が発せられ、癌細胞からは第6蛍光FL6が発せられている。
第1カットフィルタ34aは、図15(c)に示すように、第5蛍光FL5よりも短波長の波長帯域の光を遮光して、それよりも長い波長帯域の光を透過する特性を有している。そのため、第1CCD35aには第5蛍光FL5、第6励起光、第6蛍光FL6が入射される。
第2カットフィルタ34bは、図15(d)に示すように、第6励起光EX6を含む所定波長帯域の光を遮光して、その他の波長帯域の光を透過する特性を有している。そのため、第2CCD35bには、青色光B、緑色光G、赤色光R、第5励起光EX5、第6蛍光FL6が入射される。
さらに、各カットフィルタ34a、34bとして、上述のように、可視光波長帯域においては、その全ての波長帯域に光透過性を有するフィルタを用いても良いし、可視光波長帯域においては、青色光B、緑色光G、赤色光Rの3つの波長帯域のみに光透過性を有するフィルタを用いても良い。
病変部Cからの各光B,G,R,EX5,EX6の戻り光および各蛍光FL5,FL6が各カットフィルタ34a,34bに入射するまでは、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第1CCD35aには、第1カットフィルタ34aを透過した第5蛍光FL5、第6励起光EX6、第6蛍光FL6が時間順次に入射する。第1CCD35aは、タイミング信号に基づきCCDドライバ37により、第5蛍光FL5のみを撮像するように制御されている。
第2CCD35bには、第2カットフィルタ34bを透過した青色光B、緑色光B、赤色光R、第5励起光EX5、第6蛍光FL6が時間順次に入射する。第2CCD35bは、タイミング信号に基づきCCDドライバ37により、青色光B、緑色光G、赤色光R、第6蛍光FL6のみを撮像するように制御されている。
第2CCD35bにより撮像された青色光B、緑色光G、赤色光Rによる病変部Cの画像および第6蛍光の画像は、画像信号に変換されアンプ61に出力される。
以後の作用は第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
例えば、上記の実施の形態においては、2つの異なる波長帯域の励起光と、これら励起光に励起される2つの異なる波長帯域の蛍光とを用いる内視鏡装置に適用して説明したが、用いる励起光および蛍光の波長帯域がそれぞれ2つのものに限られることなく、3つ以上の波長帯域の励起光および蛍光を用いる内視鏡装置に適用することができるものである。
20、120 光源部(照明手段)
24 モータドライバ(切替手段)
25 タイミングジェネレータ(切替手段)
28B 青色光フィルタ(可視光照射手段)
28G 緑色光フィルタ(可視光照射手段)
28R 赤色光フィルタ(可視光照射手段)
28EX1 第1励起光フィルタ(励起光照射手段)
28EX2 第2励起光フィルタ(励起光照射手段)
30、130、230、330 内視鏡スコープ(挿入部)
34、234 カットフィルタ
34a 第1カットフィルタ
34b 第2カットフィルタ
35 CCD(撮像手段)
35a 第1CCD(第1の撮像手段)
35b 第2CCD(第2の撮像手段)
66 蛍光信号測定部(蛍光評価手段)
71 マーク(蛍光評価手段)
72 蛍光量表示バー(蛍光評価手段)
123 照射フィルタ(可視光照射手段)
127 レーザ光源(励起光照射手段)
C 病変部(被観察領域、所定の範囲)
B 青色光(照明光)
G 緑色光(照明光)
R 赤色光(照明光)
EX1 第1励起光(励起光)
EX2 第2励起光(励起光)
EX3 第3励起光(励起光)
EX4 第4励起光(励起光)
EX5 第5励起光(励起光)
EX6 第6励起光(励起光)
FL1 第1蛍光(蛍光)
FL2 第2蛍光(蛍光)
FL3 第3蛍光(蛍光)
FL4 第4蛍光(蛍光)
FL5 第5蛍光(蛍光)
FL6 第6蛍光(蛍光)
Claims (8)
- 被観察体内部の被観察領域に向けて可視波長帯域の光を含む照明光、および、赤外線波長帯域の異なる波長の複数の励起光を出射する照明手段と、
前記被観察対内部に挿入される挿入部の先端に配置され、前記被観察領域からの前記照明光の戻り光および前記被観察領域から発せられる蛍光を撮像する撮像手段と、
該撮像手段の光入射側に配置され、少なくとも前記複数の励起光を遮光するカットフィルタとを備え、
前記照明手段が、赤外線波長帯域の異なる波長の蛍光をそれぞれ励起させる、赤外線波長帯域の第1の波長の励起光および前記第1の波長より長い赤外線波長帯域の第2の波長の励起光を生成する第1励起光フィルタおよび第2励起光フィルタを備える内視鏡装置。 - 前記カットフィルタが、前記複数の励起光を遮断する複数の遮断帯域の間に、前記蛍光のうちの少なくとも1つを透過する透過帯域を持つ請求項1に記載の内視鏡装置。
- 被観察体内部の被観察領域に向けて可視波長帯域の光を含む照明光、および、赤外線波長帯域の異なる波長の複数の蛍光を励起させる赤外線波長帯域の第1の波長の励起光と該第1の波長よりも長い赤外線波長帯域の第2の波長の励起光とを含む赤外線波長帯域の異なる波長の複数の励起光を出射する照明手段と、
前記被観察対内部に挿入される挿入部の先端に配置され、少なくとも前記被観察領域から発せられる前記蛍光のうち一部の蛍光を撮像する第1の撮像手段、および、少なくとも前記被観察領域からの前記照明光の戻り光および前記被観察領域から発せられる前記蛍光のうち、前記第1の撮像手段により撮像される蛍光以外の蛍光の一部あるいは全てを撮像する第2の撮像手段と、
前記第1の撮像手段の光入射側に配置され、少なくとも前記一部の蛍光を励起させる励起光を遮光する第1カットフィルタと、
前記第2の撮像手段の光入射側に配置され、少なくとも前記蛍光を励起させる複数の励起光のうち、前記第1カットフィルタで遮光される励起光以外の励起光の一部あるいは全てを遮光する第2カットフィルタとを備える内視鏡装置。 - 前記第1カットフィルタおよび前記第2カットフィルタの少なくとも一方が、前記複数の励起光を遮断する複数の遮断帯域の間に、前記蛍光のうちの少なくとも1つを透過する透過帯域を持つ請求項3に記載の内視鏡装置。
- 前記第1カットフィルタおよび前記第2カットフィルタの少なくとも一方は、前記複数の遮断帯域が連続的な単一の帯域である請求項4に記載の内視鏡装置。
- 前記照明手段が、前記照明光および前記複数の励起光を時間順次に切り替えて出射させる切替手段を備える請求項1から請求項5のいずれかに記載の内視鏡装置。
- 前記照明手段が、前記照明光を出射する可視光照射手段と、前記励起光を出射する励起光照射手段とを備える請求項6に記載の内視鏡装置。
- 前記撮像手段により撮像された蛍光画像に基づき、前記被観察対の所定の範囲から所定の蛍光が発生しているか否かを評価する蛍光評価手段を備える請求項1から請求項7のいずれかに記載の内視鏡装置。
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