JP5229723B2

JP5229723B2 - 蛍光画像取得装置

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Publication number: JP5229723B2
Application number: JP2008134073A
Authority: JP
Inventors: 秀一石井
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-05-22
Also published as: JP2009279172A

Description

本発明は、蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置に関し、詳しくは、励起光の照射により被観察体から発せられる蛍光を含む像を撮像して、蛍光画像を生成する蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡装置が広く知られており、白色光によって照明された体腔内の被観察体を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式の内視鏡が広く実用化されている。

また、被観察体を白色光で照明して観察するばかりでなく、励起光の照射により被観察体から発せられた自家蛍光を受光して蛍光画像を撮像し、この蛍光画像を上記通常画像と共にモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡装置として使用される蛍光画像取得装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このような自家蛍光は、生体組織内の内因性蛍光物質から発されている。例えば被観察体が気道粘膜であれば、自家蛍光の大部分は粘膜下層から発せられると考えられ、内因性蛍光物質としては、リボフラビン、トリプトファン、チロシン、ＮＡＤＨ、ＮＡＤＰＨ、ポルフィリン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチンあるいはＦＡＤ等が考えられている。

さらに、このような蛍光画像取得装置としては、例えば、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質(ATX-S10、5-ALA、NPe6、HAT-D01、Photofrin-2等)を蛍光薬剤として予め被験者へ投与して、癌等の腫瘍部分に吸収させておき、その部分にこの蛍光薬剤の励起波長領域にある励起光を照射して、腫瘍部分に集積した蛍光薬剤から発せられる薬剤蛍光を検出して、蛍光画像を生成する蛍光画像取得装置も知られている。

ここで、上記のように白色光の照射により通常画像を撮像し、励起光の照射により蛍光画像を撮像する蛍光画像取得装置においては、照明光の射出端から被観察部までの距離が遠い場合には、十分な光量の照明光が被観察部まで届かず、画像が暗くなってしまう虞がある。そのため、動画を撮像する場合には、常時、平均輝度値などの画像の明るさを検出し、一定の明るさが得られるように照明光の光量を制御することが行われている。
特開２００1−１２８９２５号公報

しかしながら、上記のように白色光の照射による通常画像と励起光の照射による蛍光画像との両方を取得する装置において、たとえば、通常画像に蛍光画像を重ねて表示するようにした場合には、照明光のみの光量を制御したのでは、たとえば、照明光の光量を増加させた場合には、通常画像だけが明るくなり、蛍光画像は暗いままなので通常画像上における蛍光画像の識別が困難になる。また、逆に、照明光の光量を減少させた場合には、通常画像だけが暗くなり、蛍光画像は明るいままなので通常画像と蛍光画像の明るさのバランスが悪くなり見難い画像となってしまう。

また、上記のような問題を解決するために励起光の光量を精度よく制御しようとした場合、励起光源の駆動電流に対して白色光光源の駆動電流は比較的大きな電流であるので、その駆動電流によるノイズが問題となる。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、照明光および励起光を被観察体へ照射して、通常画像および蛍光画像を取得する蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置において、通常画像と蛍光画像の明るさをバランス良くすることができるとともに、励起光源のノイズ耐性の向上を図ることができる蛍光画像取得方法および蛍光画像取得装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光画像取得方法は、照明光を連続的に射出するように照明光源手段を駆動するとともに、パルス状の励起光を射出するように励起光源手段をパルス信号に基づいてパルス駆動し、照明光の照射により被観察体から反射された反射光からなる像および励起光の照射により被観察体から発せられた蛍光を含む像を撮像し、その撮像した反射光からなる像に基づいて通常画像を生成するとともに、撮像した蛍光を含む像に基づいて蛍光画像を生成し、通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように照明光の光量を制御するとともに、照明光の光量に対して励起光の光量が予め設定された比率となるようにパルス信号を制御することによって励起光の光量を制御することを特徴とする。

本発明の蛍光画像取得装置は、照明光を連続的に射出する照明光源手段と、パルス信号に基づいてパルス駆動され、パルス状の励起光を射出する励起光源手段と、照明光と励起光とを被観察体の略同一箇所へ照射する照射手段と、照明光の照射により被観察体から反射された反射光からなる像および励起光の照射により被観察体から発せられた蛍光を含む像を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された反射光からなる像に基づいて通常画像を生成するとともに、撮像手段により撮像された蛍光を含む像に基づいて蛍光画像を生成する画像処理手段と、通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように照明光の光量を制御するとともに、照明光の光量に対して励起光の光量が予め設定された比率となるようにパルス信号を制御することによって励起光の光量を制御する光量制御手段とを備えたことを特徴とする。

ここで、上記「照明光」としては、たとえば、連続した波長からなる白色光であってもよいし、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が同時に射出された白色光であってもよい。

また、上記本発明の蛍光画像取得装置においては、励起光源手段を、所定の周期で所定の発光可能期間の間に１または複数のパルス状の励起光を射出するものとし、光量制御手段を、所定の発光可能期間の間のパルス励起光の数および/またはパルス励起光発光時間を変化させることにより前励起光の光量を制御するものとすることができる。

また、照明光の光量に対する励起光の光量の比率を入力操作により設定する設定手段をさらに設けるようにすることができる。

ここで、上記「略同一箇所へ照射」とは、照明光の照射範囲と励起光の照射範囲とが少なくとも一部で重なり合うように照射することを意味する。

本発明の蛍光画像取得方法および装置によれば、白色の照明光を連続的に射出するように白色光源手段を駆動するとともに、パルス状の励起光を射出するように励起光源手段をパルス信号に基づいてパルス駆動し、照明光の照射により被観察体から反射された反射光からなる像および励起光の照射により被観察体から発せられた蛍光を含む像を撮像し、その撮像した反射光からなる像に基づいて通常画像を生成するとともに、撮像した蛍光を含む像に基づいて蛍光画像を生成し、通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように照明光の光量を制御するとともに、照明光の光量に対して励起光の光量が予め設定された比率となるようにパルス信号を制御することによって励起光の光量を制御するようにしたので、照明光の光量に対する励起光の光量の比率を常に一定にすることができ、通常画像と蛍光画像の明るさのバランスを常に良い状態に維持することができる。そして、パルス信号をデジタル的に制御することによって励起光の光量を制御するようにしたので、ノイズ耐性の向上を図ることができる。また、パルス駆動にすることによって、励起光出射時の光量をアップさせることができ、光源のコストダウンに寄与することができる。

また、照明光の光量に対する励起光の光量の比率を入力操作により設定する設定手段をさらに設けるようにした場合には、照明光の光量に対する励起光の光量の比率を任意に設定することができるので、診断の用途などに応じて適切な比率を設定することができ、より高精度はスクリーニングに寄与することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図を示すものである。本蛍光内視鏡装置１００は、被観察体１０へ照明光Ｌ１を照射して取得したカラー通常画像を動画として表示する通常画像モードと、被観察体１０へ照明光Ｌ１および励起光Ｌ２を照射して取得した合波画像から後述の演算処理により得られる蛍光画像とカラー通常画像とを重ね合わせた蛍光重畳画像を動画として表示する蛍光画像モードとを切り替え可能に構成されている。

本蛍光内視鏡装置１００は、図１に示すように、被験者の体腔内に挿入され、被観察体１０を観察するためのスコープユニット１１０と、このスコープユニット１１０が電気的に着脱自在に接続されるプロセッサユニット１７０と、スコープユニット１１０が光学的に着脱自在に接続され、照明光Ｌ１を射出するキセノンランプ１５１を収納する照明光ユニット１５０と、この照明光ユニット１５０へ電気的かつ光学的に着脱自在に接続され、励起光Ｌ２を射出するＧａＮ系の半導体レーザ１３１を収納する励起光ユニット１３０とを備えている。なお、プロセッサユニット１７０と照明光ユニット１５０とは、一体的に構成されているものであってもよいし、あるいは別体として構成されているものであってもよい。

上記スコープユニット１１０の先端には照明用光学系１１１が設けられている。この照明用光学系１１１には、照明光Ｌ１が導光されるライトガイド１１２の一端が対面している。ライトガイド１１２は、スコープユニット１１０の外部へ延伸するものであり、その他端には、光コネクタ１１３が設けられ、後述する照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と着脱自在に接続されている。

また、スコープユニット１１０の先端部には、結像レンズ１１５と、励起光カットフィルタ１１６、固体撮像素子であるＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）１１７とが同軸上にこの順に設けられている。結像レンズ１１５は、被観察体１０の像をＣＣＤ１１７上に結像するものである。励起光カットフィルタ１１６としては、励起光のみを遮断して他の波長の光は透過させるように、例えば、極めて狭帯域の光のみを遮断するノッチフィルタを用いることができる。なお、ＣＣＤ１１７の撮像面には例えばＲＧＢの色フィルタを有する原色型の色フィルタが取り付けられている。

ＣＣＤ１１７には、同期信号に基づいて駆動パルス信号を形成するＣＣＤ駆動回路１１８が接続されると共に、このＣＣＤ１１７が出力した画像（映像）信号をサンプリングして増幅するＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路１１９接続されている。またＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９には、そのアナログ出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１２０が接続されている。

さらにスコープユニット１１０内には、そこに設けられた各種回路を制御するとともに、プロセッサユニット１７０との間の通信制御を行う制御部１２１が配置されている。またスコープユニット１１０の根元近傍には、制御部１２１に接続され、動作モードの切換を行う押圧型のスイッチ１２２が設けられている。

また、Ａ／Ｄ変換器１２０には画像信号ライン１２５の一端が接続され、制御部１２１には制御信号ライン１２６の一端が接続されている。画像信号ライン１２５および制御信号ライン１２６は、スコープユニット１１０の本体から外部へ延伸するものであり、その他端にはコネクタ１２７が設けられている。このコネクタ１２７は、後述するプロセッサユニット１７０のコネクタ１９４と着脱自在に接続されている。

照明光ユニット１５０は、照明光Ｌ１を発するキセノンランプ１５１と、このキセノンランプ１５１を駆動する駆動回路１５２と、スコープユニット１１０のライトガイド１１２の先端に設けられている光コネクタ１１３と着脱自在に接続される光コネクタ１５３とを備えている。光コネクタ１５３には、光コネクタ１１３と接続されているか否かを検知する接続検知部１５４が設けられている。また、キセノンランプ１５１と光コネクタ１５３との間には、照明光Ｌ１の波長帯域を、４１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下へ制限する波長フィルタ１５５と、照明光Ｌ１の光量を制御する絞り１５６と、４１０ｎｍ以上の波長の光を透過し、４１０ｎｍより短い波長の光を直角に反射するダイクロイックミラー１５７と、集光レンズ１５８と、ロータリーシャッタ１５９とが配置されている。

さらに、照明光ユニット１５０には、後述する励起光ユニット１３０のライトガイド１３３の先端に設けられている光コネクタ１３６と着脱自在に接続される光コネクタ１６１が設けられている。また、この光コネクタ１６１には、光コネクタ１３６と接続されているか否かを検知する接続検知部１６２が設けられている。光コネクタ１６１には、照明光ユニット１５０内で励起光を導光するライトガイド１６３の一端（入射端）が接続されている。ライトガイド１６３の他端（出射端）は、このライトガイド１６３から射出された励起光Ｌ２がダイクロイックミラー１５７へ入射する位置へ配置されている。また、ライトガイド１６３の出射端とダイクロイックミラー１５７との間にはレンズ１６４が配置されている。

さらに、照明光ユニット１５０には、後述する励起光ユニット１３０のコネクタ１４２と着脱自在に接続されるコネクタ１６５が設けられている。コネクタ１６５には、コネクタ１４２と接続されているか否かを検知する接続検知部１６６が設けられている。また、照明光ユニット１５０には、上記コネクタ１６５、接続検知部１６６等の照明光ユニット１５０に設けられた各部位と接続され、各部位を制御するとともに、プロセッサユニット１７０および励起光ユニット１３０との間の通信制御を行う制御部１６７が配置されている。

励起光ユニット１３０は、励起光Ｌ２を発するＧａＮ系の半導体レーザ１３１と、この半導体レーザ１３１を駆動する駆動回路１３２と、半導体レーザ１３１から射出された励起光Ｌ２を導光するライトガイド１３３とを備えている。ライトガイド１３３は、励起光ユニット１３０の筐体から外部へ延伸するものであり、その他端には、光コネクタ１３６が設けられている。この光コネクタ１３６は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１６１と着脱自在に接続されている。半導体レーザ１３１と駆動回路１３２との間には、スイッチ１３４が設けられている。また、半導体レーザ１３１とライトガイド１３３の一端（入射端）との間には、集光レンズ１３５が配置されている。

ここで、本蛍光内視鏡装置１００における半導体レーザ１３１を駆動する駆動回路１３２は、駆動パルス信号を生成し、その駆動パルス信号に基づいて半導体レーザ１３１を駆動するものである。そして、半導体レーザ１３１は、駆動パルス信号に応じて駆動し、パルス状の励起光Ｌ２を射出するものである。そして、駆動回路１３２は、所定の周期で所定の発光可能期間の間に１または複数の駆動パルス信号を生成し、半導体レーザ１３１はその駆動パルス信号に基づいてパルス状の励起光を射出するものである。そして、駆動回路１３２は、後述する光量制御部１８６からの駆動パルス制御信号に基づいて、上記所定の発光可能期間の間の駆動パルス信号の数または駆動パスル信号の幅を変化させるものである。駆動回路１３２による半導体レーザ１３１の駆動制御については、後でさらに詳述する。

さらに励起光ユニット１３０には、上記駆動回路１３２、スイッチ１３４等の励起光ユニット１３０内に設けられた各部位と接続され、これらの各部位を制御するとともに、照明光ユニット１５０と間の通信制御を行う制御部１４０が配置されている。制御部１４０には信号ライン１４１の一端が接続されている。信号ライン１４１は、励起光ユニット１３０の筐体から外部へ延伸するものであり、その他端には、コネクタ１４２が設けられている。コネクタ１４２は、照明光ユニット１５０のコネクタ１６５と着脱自在に接続されている。

プロセッサユニット１７０には、通常画像モードが選択された場合に信号処理を行う通常画像処理部１７４および表示処理部１７６と、蛍光画像モードが選択された場合に信号処理を行う蛍光画像処理部１８２および表示処理部１８４と、照明光および励起光の強度を制御する光量制御部１８６とが設けられているプロセッサ部１７２を備えている。

通常画像処理部１７４は、照明光Ｌ１の被観察体１０への照射によってスコープユニット１１０により撮像された通常像に基づいてＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号からなる通常画像信号を生成し、各種の信号処理を施した上、輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、表示処理部１７６へ出力する。表示処理部１７６では、Ｙ／Ｃ信号に各種の信号処理を施し、表示用のカラー通常画像信号を生成し、このカラー通常画像信号を、例えば液晶表示装置やＣＲＴ等からなるモニタ１１へ出力する。

蛍光画像処理部１８２は、蛍光画像モードが選択されている場合に、照明光Ｌ１および励起光Ｌ２の両方が被観察体１０に照射されている期間においてスコープユニット１１０により撮像された合波像に基づいてＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号からなる合波画像信号を生成し、その合波画像信号から通常画像処理部１７４において取得された通常画像信号を減算して蛍光画像信号を取得する。そして、通常画像処理部１７４において取得された通常画像信号と上記蛍光画像信号に各種の信号処理を施した信号を重畳して蛍光重畳画像信号を生成し、その蛍光重畳画像信号にさらに各種の信号処理を施した上、輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、表示処理部１８４へ出力する。表示処理部１８４では、Ｙ／Ｃ信号に各種の信号処理を施し、表示用の蛍光重畳画像信号を生成し、その表示用蛍光重畳画像信号をモニタ１１へ出力する。

光量制御部１８６は、通常画像処理部１７４に接続され、通常画像信号に基づく輝度信号に基づいて、照明光Ｌ１および励起光Ｌ２の光量を制御する。なお、照明光Ｌ１および励起光Ｌ２の光量制御の方法については、後で詳述する。

さらにプロセッサ部１７２には、キーボード型の入力部１９２およびスコープユニット１１０のコネクタ１２７と着脱自在に接続されるコネクタ１９４が接続されている。コネクタ１９４には、コネクタ１２７と接続されているか否かを検知する接続検知部１９５が設けられている。また、プロセッサ部１７２は、スコープユニット１１０の制御部１２１、照明光ユニット１５０の制御部１６７および励起光ユニット１３０に制御部１４０と接続されている。

次に、本実施形態の蛍光内視鏡装置の動作について説明する。まず、被観察体１０へ照明光Ｌ１を照射して取得したカラー通常画像を動画として表示する通常画像モードの際の動作について説明する。

本蛍光内視鏡装置の使用に先立って、洗浄および殺菌されたスコープユニット１１０がプロセッサユニット１７０および照明光ユニット１５０へ取り付けられる。スコープユニット１１０の画像信号ライン１２５および制御信号ライン１２６の先端に設けられているコネクタ１２７は、プロセッサユニット１７０のコネクタ１９４へ接続される。また、ライトガイド１１２に先端に設けられている光コネクタ１１３は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と接続される。コネクタ１９４に設けられている接続検知部１９５は、コネクタ１９４へコネクタ１２７が接続された場合には、接続信号をプロセッサ部１７２へ出力する。また、光コネクタ１５３へ設けられている接続検知部１５４は、光コネクタ１５３へ光コネクタ１１３が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

プロセッサ部１７２は、接続検知部１９５および接続検知部１５４から接続信号が入力された場合に、照明光ユニット１５０のロータリーシャッタ１５９を回転し、通常画像モードにおける動作を可能とし、プロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２を介して入力部１９２の所定のキーの機能形態を設定し、かつプロセッサ部１７２およびスコープユニット１１０の制御部１２１を介して、スイッチ１２２の機能形態を設定する。プロセッサ部１７２の制御により、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を押圧すると、動作モードが停止状態と通常画像モードとの間で切り替る。

使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を一回押圧すると、通常画像モードにおける動作が開始される。照明光ユニット１５０では、駆動回路１５２によりキセノンランプ１５１が点灯し、照明光Ｌ１が連続的に射出される。照明光Ｌ１は、波長フィルタ１５５、絞り１５６、ダイクロイックミラー１５７を経て、集光レンズ１５８により光コネクタ１１３の端面へ集光され、ライトガイド１１２へ入射する。ライトガイド１１２内を伝播した照明光Ｌ１は、ライトガイド１１２の先端から射出して、照明用光学系１１１を介して被観察体１０へ連続的に照射される。

なお、照明光Ｌ１の波長帯域は、波長フィルタ１５５により４１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下へ制限され、照明光Ｌ１の光量は絞り１５６により制御されている。絞り１５６による照明光Ｌ１の光量制御動作については後述する。

ＣＣＤ駆動回路１１８によって駆動されたＣＣＤ１１７がこの被観察体１０の通常像を撮像し、撮像信号を出力する。この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１２０でＡ／Ｄ変換されてプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２の通常画像処理部１７４へ入力される。通常画像処理部１７４では、通常画像モードが選択されている場合に、スコープユニット１１０から出力された信号に基づいてＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号からなる通常画像信号を生成し、その通常画像各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号（カラー通常画像信号）を生成し、表示処理部１７６へ出力する。表示処理部１７６では、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施し、モニタ１１へ出力する。

そして、モニタ１１は、入力されたカラー通常画像信号に基づいてカラー通常画像を動画として表示する。

また、通常画像処理部１７４は、画素毎の輝度信号Ｙ、または隣接する複数画素の平均輝度信号Ｙ’を光量制御部１８６へ出力する。光量制御部１８６では、入力された輝度信号Ｙまたは平均輝度信号Ｙ’に基づいて、１フレーム毎に指定エリア内の画素の平均輝度値Ｙａを算出し、予めメモリ（図示省略）へ記憶されている基準輝度値Ｙｒと比較して、比較結果に基づいて絞り制御信号を選択し、照明光ユニット１５０の制御部１６７へ出力する。この絞り制御信号としては、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより大きければ絞り１５６の絞り量を小さくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより小さければ絞り１５６の絞り量を大きくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒと略等しい場合には、絞り量を維持する信号が選択される。

照明光ユニット１５０の制御部１６７では、この絞り制御信号に基づいて、絞り１５６の絞り量を制御する。

次に、蛍光画像モードの際の動作について説明する。蛍光画像モードを使用する前には、まず、洗浄および殺菌されたスコープユニット１１０がプロセッサユニット１７０および照明光ユニット１５０へ取り付けられる。スコープユニット１１０の画像信号ライン１２５および制御信号ライン１２６の先端に設けられているコネクタ１２７は、プロセッサユニット１７０のコネクタ１９４へ接続される。コネクタ１９４に設けられている接続検知部１９５は、コネクタ１９４へコネクタ１２７が接続された場合には、接続信号をプロセッサ部１７２へ出力する。また、ライトガイド１１２に先端に設けられている光コネクタ１１３は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と接続される。光コネクタ１５３へ設けられている接続検知部１５４は、光コネクタ１５３へ光コネクタ１１３が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

さらに、励起光ユニット１３０が照明光ユニット１５０へ接続される。励起光ユニット１３０の信号ライン１４１の先端に設けられているコネクタ１４２は、照明光ユニット１５０のコネクタ１６５へ接続される。コネクタ１６５に設けられている接続検知部１６６は、コネクタ１６５へコネクタ１４２が接続された場合には、接続信号を制御部１６７へ出力する。また、ライトガイド１３３の先端に設けられている光コネクタ１３６は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１６１へ接続される。光コネクタ１６１に設けられている接続検知部１６２は、光コネクタ１６１へ光コネクタ１３６が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

励起光ユニット１３０の制御部１４０は、照明光ユニット１５０の制御部１６７と通信を行い、接続検知部１６６および接続検知部１６２から接続信号が入力された場合に、励起光ユニット１３０のスイッチ１３４を閉じ、半導体レーザ１３１と駆動回路１３２との間を電気的に接続し、駆動回路１３２による半導体レーザ１３１の駆動を可能とし、また、またプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２を介して入力部１９２の所定のキーの機能形態を設定し、かつプロセッサ部１７２およびスコープユニット１１０の制御部１２１を介して、スイッチ１２２の機能形態を設定する。プロセッサ部１７２の制御により、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を押圧すると、動作モードが停止状態、通常画像モードと蛍光画像モードの間で切り替る。なお、接続検知部１６６および接続検知部１６２に両方から接続信号が入力されていない場合、すなわち両者から接続信号が入力されていない、あるいはどちらか一方から接続入力信号が入力されていない場合には、励起光ユニット１３０においては、常にスイッチ１３４は開状態となっている。このため、励起光ユニット１３０が、照明光ユニット１５０へ接続されていない状態で、半導体レーザ１３１が駆動されることはない。

通常画像モードにおいて動作している際に、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を一回押圧すると、蛍光画像モードにおける動作が開始される。照明光ユニット１５０に加え励起光ユニット１３０が動作を開始する。駆動回路１３２から出力された駆動パルス信号に基づいて半導体レーザ１３１がパルス駆動され、波長４０５ｎｍの励起光Ｌ２が射出される。具体的には、図２に示すように、周期Ｔで発光可能期間Ｔ２にパルス幅Ｔ３のパルス励起光が射出される。

励起光Ｌ２は、集光レンズ１３５により集光され、ライトガイド１３３の端面へ入射する。ライトガイド１３３を伝播した励起光Ｌ２は、光コネクタ１３６、光コネクタ１６１を介してライトガイド１６３へ入射する。ライトガイド１６３を伝播し、その端部から射出した励起光Ｌ２は、コリメータレンズ１６４により平行光へ変換され、ダイクロイックミラー１５７へ入射する。励起光Ｌ２の波長が４０５ｎｍであるため、励起光Ｌ２はダイクロイックミラー１５７で直角に反射し、集光レンズ１５８により光コネクタ１１３の端面へ集光され、ライトガイド１１２へ入射する。

ライトガイド１１２内を伝播した励起光Ｌ２は、ライトガイド１１２の先端から射出して、照明用光学系１１１を介して被観察体１０へ照射される。なお、この際には、被観察体１０の励起光Ｌ２の照射位置へは照明光Ｌ１も照射されている。

そして、ＣＣＤ駆動回路１１８により駆動されたＣＣＤ１１７は、図２に示す照射光Ｌ１のみが照射されている期間Ｔ１においては、被観察体１０で反射された照明光Ｌ１の反射光からなる通常像を撮像し、図２に示す発光可能期間Ｔ２においては、被観察体１０で反射された照明光Ｌ１の反射光と励起光Ｌ２の照射により被観察体１０から発せられた蛍光とからなる合波像を撮像する。なお、ＣＣＤ１１７の先端には、波長４１０ｎｍ以下の光をカットする励起光カットフィルタが設けられているため、励起光Ｌ２の反射光はほとんどＣＣＤ１１７へは入射しない。

ＣＣＤ１１７は、期間Ｔ１で取得した撮像信号と発光可能期間Ｔ２で取得した撮像信号を交互に出力し、これらの撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１２０でＡ／Ｄ変換されて、ＲＧＢ画像信号としてプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２へ入力される。このとき期間Ｔ１で取得された通常像に基づくＲＧＢ画像信号は通常画像処理部１７４に入力され、発光可能期間Ｔ２で取得された合波像に基づくＲＧＢ画像信号は蛍光画像処理部１８２に入力される。

そして、通常画像処理部１７４は、入力されたＲＧＢ画像信号から通常画像信号を生成し、その通常画像信号を蛍光画像処理部１８２に出力する。

一方、蛍光画像処理部１８２は、入力されたＲＧＢ画像信号から合波画像信号を生成し、その合波画像信号から通常画像信号を減算して蛍光画像信号を生成する。そして、上記蛍光画像信号に各種の信号処理を施した上、通常画像信号を重畳して蛍光重畳画像信号を生成し、その蛍光重畳画像信号にさらに各種の信号処理を施した上、輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、表示処理部１８４へ出力する。表示処理部１８４では、Ｙ／Ｃ信号に各種の信号処理を施し、表示用蛍光重畳画像信号を生成し、その表示用蛍光重畳画像信号をモニタ１１へ出力する。

そして、モニタ１１は、入力された表示用蛍光重畳画像信号に基づいて、蛍光画像と通常画像とが重ねあわされた蛍光重畳画像を動画として表示する。

また、通常画像処理部１７４は、画素毎の輝度信号Ｙ、または隣接する複数画素の平均輝度信号Ｙ’を光量制御部１８６へ出力する。光量制御部１８６では、１フレーム毎に指定エリア内の画素の平均輝度値Ｙａを算出し、予めメモリ（図示省略）へ記憶されている基準輝度値Ｙｒと比較して、比較結果に基づいて絞り制御信号を選択し、照明光ユニット１５０の制御部１６７へ出力する。この絞り制御信号としては、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより大きければ絞り１５６の絞り量を小さくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより小さければ絞り１５６の絞り量を大きくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒと略等しい場合には、絞り量を維持する信号が選択される。

また、照明光Ｌ１の光量と励起光Ｌ２の光量との比率が所定の値になるように、絞り制御信号と対応する駆動パルス制御信号が光量制御部１８６から駆動回路１３２に出力される。そして、駆動回路１３２は、入力された駆動パルス制御信号に基づいて、駆動パルス信号のパルス幅を変更する、または所定の発光可能期間Ｔ２の間に生成する駆動パルス信号の数を変更する。そして、半導体レーザ１３１はその駆動パルス信号に基づいてパルス状の励起光を射出する。具体的には、図３に示す励起光Ｌ２の発光パターン１のように発光可能期間Ｔ２の間に発光するパルス励起光の数が変更されるか、あるいは発光パターン２のように、パルス励起光のパルス幅（パルス励起光発光時間）が変更されることにより、発光可能期間Ｔ２における励起光Ｌ２の光量が変更される。このとき、照明光Ｌ１に対する絞り１５６への制御信号が光量減少の信号である場合には、パルス励起光のパルス幅を狭くする、もしくは発光可能期間Ｔ２の間に発光するパルス励起光の数を減少させることによって、発光可能期間Ｔ２における励起光Ｌ２の光量が減らされる。また、照明光Ｌ１に対する絞り１５６への制御信号が光量増大の信号である場合には、パルス励起光のパルス幅を広くする、もしくは発光可能期間Ｔ２の間に発光するパルス励起光の数を増加させることによって、発光可能期間Ｔ２における励起光Ｌ２の光量が増やされる。なお、上記説明では、図２に示す発光パターンからまず説明したが、パルス励起光の発光パターンの初期設定としては、図３の発光パターン１や発光パターン２にしておき、パルス励起光の数または幅を増減させることによって光量を制御することができる。

なお、照明光Ｌ１の光量と励起光Ｌ２の光量との比率は、予め入力部１９２からの入力操作により設定可能であり、光量制御部１８６ではこの設定された比率と、照明光Ｌ１の絞り量とに基づいて、パルス励起光のパルス幅と発光可能期間Ｔ２におけるパルス励起光の数を決定し、これらに基づいて駆動パルス制御信号を出力する。

照明光ユニット１５０の制御部１６７では、この絞り制御信号に基づいて、絞り１５６の絞り量を制御する。また、励起光ユニット１３０の制御部１４０では、この駆動パルス制御信号に基づいて、駆動回路１３２から半導体レーザ１３１へ供給される駆動パルス信号が制御される。

なお、上記実施形態においては、発光可能期間Ｔ２におけるパルス励起光のパルス幅またはパルス励起光の数を制御することにより、発光可能期間Ｔ２における励起光Ｌ２の光量を制御するようにしたが、発光可能期間Ｔ２におけるパルス励起光の数とパルス励起光のパルス幅を同時に制御することによって励起光Ｌ２の光量を制御するようにしてもよい。

また、上記説明においては、蛍光画像信号と通常画像信号を重畳して蛍光重畳画像信号を生成し、その蛍光重畳画像信号に基づいて表示用蛍光重畳画像を表示するようにしたが、これに限らず、たとえば、蛍光画像信号を通常画像信号の輝度信号Ｙの値で除算することにより蛍光収率を求め、この蛍光収率に対して、その大きさに応じて赤、黄、緑の色を順次割り当てて、表示用蛍光画像を作成し、その表示用蛍光画像をモニタ１１に表示させるようにしてもよい。

また、正常組織から発せられる蛍光と病変組織から発せられる蛍光とでは強度が異なることを利用して、上記のようにして求めた蛍光収率に基づいて被観察体１０が病変組織であるか正常組織であるかを判断する判断部を設けるようにしてもよい。そして、判断部において、正常組織であると判断された場合には、通常画像を表示し、病変組織であると判断された場合には、蛍光収率に応じて該当画素の通常画像色を変更した新規蛍光画像を生成して表示するようにしてもよい。

なお、通常画像についても、所定のゲインおよび／またはオフセットをかけて新規通常画像を生成して表示するようにしてもよい。なお、この場合、通常画像に対するゲインおよび／またはオフセットは、蛍光画像に対するゲインおよび／またはオフセットと異なるものとすることが望ましく、たとえば、蛍光画像に対するゲインＧＡＩＮｆ＞通常画像に対するゲインＧＡＩＮｎ、蛍光画像に対するオフセットＯＦＦＳＥＴｆ＞通常画像に対するオフセットＯＦＦＳＥＴｎとすることができる。

また、蛍光強調のために合波画像信号に蛍光画像信号を加算して表示用蛍光画像を生成するようにしてもよい。

また、上記実施形態の蛍光内視鏡装置においては、上述したように通常画像信号は照明光Ｌ１のみが照射されている期間に撮像された通常像に基づいて生成し、蛍光画像信号は照明光Ｌ１と励起光Ｌ２の両方が照射されている期間に撮像された合波像に基づいて生成するようにしているが、通常像が撮像された期間と合波像が撮像された期間とが異なるので、それぞれの像に対応する被観察体１０における撮像位置が異なる場合がある。このような場合には、たとえば、通常像に基づく通常画像信号と合波像に基づく合波画像信号とに基づいて撮像位置のずれを検出し、その位置ずれ量に応じて、たとえば、いずれか一方の画像信号にシフト補正などを施して位置合わせをするようにしてもよい。

また、図４に示すように、上記実施形態の蛍光内視鏡装置にさらに分光画像処理部１８８を設け、通常画像処理部１７４において取得されたＲＧＢ画像信号からなる通常画像信号、蛍光画像処理部１８２において取得されたＲＧＢ画像信号からなる合波画像信号および蛍光画像信号のうちの少なくとも一つに分光画像処理を施すようにしてもよい。なお、分光画像処理を施すか否かは入力部１９２からの入力操作により選択可能である。

以下、通常画像信号、蛍光画像信号または合波画像信号に分光画像処理を施す場合の作用について説明する。

分光画像処理部１８８では、各画素毎に、通常画像信号、蛍光画像信号または合波画像信号の３色画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂに対して、メモリ（図示省略）に記憶されている推定マトリクスデータの全てのパラメータからなる３×５９のマトリクスを用いて、次式（１）で示すマトリクス演算を行って、分光推定データ（ｑ１〜ｑ５９）を作成する。

ここで、推定マトリクスデータは、上述したようにテーブルとしてメモリ（図示省略）にあらかじめ記憶されている。なお、この推定マトリクスデータの詳細は、特開２００３−９３３３６号公報あるいは特開２００７−２０２６２１号公報などに開示されている。本実施形態において、このメモリに格納されている推定マトリクスデータの一例は次の表１のようになる。

この表１の推定マトリクスデータは、例えば４１０ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた５９の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ５９からなる。パラメータｐ１〜ｐ５９は各々、マトリクス演算のための係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ（ｐ＝１〜５９）から構成されている。

そして、たとえば、入力部１９２の操作によってλ１，λ２，λ３の３つの波長域が選択され、メモリに記憶されている推定マトリクスデータの中からそれらの３つの選択波長域に対応するパラメータをメモリから読み出す。

例えば、３つの波長域λ１，λ２，λ３として波長５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択された場合は、それぞれの波長に対応する表１のパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１の係数が用いられて、通常画像信号、蛍光画像信号または合波画像信号のＲＧＢ信号に上式（１）のマトリクス演算が施され、分光推定データλ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが算出される。

そして、この算出された分光推定データλ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓにそれぞれ適切なゲイン、オフセットを加味して擬似色分光推定データλ１ｔ，λ２ｔ，λ３ｔが算出され、この擬似色分光推定データλ１ｔ，λ２ｔ，λ３ｔがそれぞれＲ’、Ｇ’、Ｂ’の画像信号とされる。

そして、この擬似３色画像信号Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’を用いて、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、表示処理部１８４へ出力する。表示処理部１８４では、Ｙ／Ｃ信号に各種の信号処理を施し、擬似カラー画像信号を生成し、その擬似カラー画像信号をモニタ１１へ出力する。

なお、分光画像処理部１８８においても、蛍光収率を求め、該蛍光収率に基づいて蛍光画像を生成するようにしてもよい。

具体的には、分光画像処理部１８８は、参照光強度として通常画像信号に対する分光画像処理で取得した輝度信号Ｙの値を使用し、蛍光画像に対する分光画像処理で取得した輝度信号Ｙ’を輝度信号Ｙの値で除算することにより、推定蛍光収率を求め、この推定蛍光収率に対して、例えば、図５に示すように、赤、黄、緑の色を順次割り当てて、表示用蛍光画像を作成する。この場合には推定蛍光収率が小さくなる病変組織は赤色に、推定蛍光収率が大きい正常組織は緑色に表示される。なお、推定蛍光収率が所定の下限値以下である場合には、赤のみを割り当て、所定の上限値以上である場合には緑を割り当てる。あるいは、図６に示すように、推定蛍光収率に対して、赤、黄、緑、シアン、青を割り当て、推定蛍光収率が所定の下限値以下である場合、あるいは所定の上限値以上である場合には無彩色を割り当ててもよい。

なお、本実施の形態においては、参照光強度として通常画像信号に対する分光画像処理で取得した輝度信号Ｙの値を用いたが、例えば、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との差が少ない長波長帯域、例えば６２０ｎｍにおける分光推定データから求めた光強度などを用いてもよい。

そして、たとえば、分光画像処理部１８８では、観察者が、推定蛍光収率が小さくなる病変組織の位置を確認しやすいように、通常画像の輝度信号Ｙを反映させた画像、すなわち白黒通常画像へ、上述の推定蛍光収率に任意のゲイン、オフセットを加味したデータをＲ、Ｇ、Ｂの１つもしくは２つに割り当てて生成した蛍光画像を重畳して表示用蛍光重畳画像を生成し、表示処理部１８４へ出力する。表示処理部１８４では、分光画像処理部１８８から出力されたカラー通常画像と表示用蛍光重畳画像を並べて表示した表示画像を生成し、モニタ１１へ出力して表示させても良い。

さらに、本発明の形態は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、例えばスコープ部先端にＬＥＤ等の光源部を備えた内視鏡装置、あるいはカプセル内視鏡装置等であってもよい。

また、ＣＣＤ１１７のモザイクフィルタとしては、原色型の３色フィルタを用いて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、４色型あるいは補色型等のモザイクフィルタ等を用いることもできる。

なお、本実施の形態においては、生体組織そのものから発せられる自家蛍光を取得したが、取得する蛍光は例えば蛍光薬剤であるインドシアニングリーン（Indocyanine green）、光感受性物質である(ATX-S10、5-ALA、NPe6、HAT-D01、Photofrin-2等)等が注入、吸収された観察部から発せられる薬剤蛍光であってもよい。また、励起光として４０５ｎｍの光を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、蛍光薬剤としてインドシアニングリーン（Indocyanine green）を用いる場合であれば、７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光を励起光として使用することができ、８００ｎｍ以上の波長帯域の薬剤蛍光が発せられる。さらに、励起光光源の種類はレーザに限らず、ＬＥＤでも良い。

本発明の蛍光内視鏡装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図本発明の蛍光内視鏡装置の一実施形態における照明光と励起光の発光パターンを示す図本発明の蛍光内視鏡装置の一実施形態における照明光と励起光の発光パターンを示す図本発明の蛍光内視鏡装置のその他の実施形態の概略構成を示すブロック図蛍光収率に対する色の割り当て方法の説明図他の蛍光収率に対する色の割り当て方法の説明図

符号の説明

１０被観察体
１１モニタ
１００蛍光内視鏡装置
１１０スコープユニット
１１１照明用光学系
１１８ＣＣＤ駆動回路
１１９ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
１２０Ａ／Ｄ変換器
１２１制御部
１２２スイッチ
１３０励起光ユニット
１３１半導体レーザ
１３２駆動回路
１３４スイッチ
１４０制御部
１５０照明光ユニット
１５１キセノンランプ
１５２駆動回路
１６７制御部
１７０プロセッサユニット
１７２プロセッサ部
１７４通常画像処理部
１７６表示処理部
１８２蛍光画像処理部
１８４表示処理部
１８６光量制御部
１８８分光画像処理部
１９２入力部

Claims

照明光を連続的に射出する照明光源手段と、
パルス信号に基づいてパルス駆動され、パルス状の励起光を射出する励起光源手段と、
前記照明光と前記励起光とを被観察体の略同一箇所へ照射する照射手段と、
前記照明光の照射により前記被観察体から反射された反射光からなる像および前記励起光の照射により前記被観察体から発せられた蛍光を含む像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された前記反射光からなる像に基づいて通常画像を生成するとともに、前記撮像手段により撮像された前記蛍光を含む像に基づいて蛍光画像を生成する画像処理手段と、
前記通常画像の代表輝度値が所定輝度値となるように前記照明光の光量を制御するとともに、前記照明光の光量に対して前記励起光の光量が予め設定された比率となるように前記パルス信号を制御することによって前記励起光の光量を制御する光量制御手段とを備えたことを特徴とする蛍光画像取得装置。
前記励起光源手段が、所定の周期で所定の発光可能期間の間に１または複数のパルス状の励起光を射出するものであり、
前記光量制御手段が、前記所定の発光可能期間の間のパルス励起光の数および/またはパルス励起光発光時間を変化させることにより前記励起光の光量を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の蛍光画像取得装置。
前記照明光の光量に対する前記励起光の光量の比率を入力操作により設定する設定手段を備えて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装置。