JP5320233B2 - 蛍光画像撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光薬剤が投与された被観察部に励起光を照射することによって、被観察部の蛍光薬剤から発せられた蛍光を受光して蛍光画像を撮像する蛍光画像撮像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システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部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内視鏡システムが広く実用化されている。

また、上記のような内視鏡システムとして、たとえば、特許文献１や特許文献２には、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）などの蛍光薬剤を予め生体内に投与し、励起光を被観察部に照射して血管内のＩＣＧの蛍光を検出することによって血管の蛍光画像を取得する蛍光内視鏡システムも提案されている。

ところで、ＩＣＧは血中からのクリアランスが速いため、時間の経過とともに血中ＩＣＧ濃度が低下してしまい、鮮明な蛍光画像が得られなくなるという問題がある。

そこで、特許文献３においては、蛍光薬剤の濃度を常時測定し、濃度が一定値以下になった場合に自動投与装置によってＩＣＧを自動的に投与する方法が提案されている。

特開２００１−２９９６７６号公報 特開２００７−２４４７４６号公報 特開２００７−１２５３５５号公報

しかしながら、特許文献３に記載の方法では、たとえば、脂肪下にある太い動脈などの蛍光強度を維持できるものの、その周囲にある静脈からの蛍光発光も大きいため、この静脈の蛍光発光が周囲にある脂肪により拡散されて不要なバックグラウンド光になり、結果的に観察したい動脈の蛍光画像のコントラストが著しく低下する問題がある。また、特許文献３に記載の方法では、必要な観察時間だけ蛍光薬剤を投与し続ける必要があるため、蛍光薬剤の総投与量が多くなるという問題もある。

また、特許文献３に記載の方法では、長い観察時間の間、蛍光画像を撮像し続けるのでそのデータ量が膨大になる問題もある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、蛍光薬剤の投与量を増加させることなく、コントラストの高い動脈の蛍光画像を確実に撮像することができるとともに、蛍光画像のデータ量を削減することができる蛍光画像撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光画像撮像装置は、蛍光薬剤が投与された被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、その励起光の照射によって被観察部の蛍光薬剤から発せられた蛍光を受光して所定の撮像間隔で蛍光画像を撮像する撮像部とを備えた蛍光画像撮像装置において、撮像部が、蛍光薬剤が投与された後、第１の撮像間隔で蛍光画像を撮像し、その後、第１の撮像間隔よりも長い第２の撮像間隔に切り替えて蛍光画像を撮像するものであることを特徴とする。

また、上記本発明の蛍光画像撮像装置においては、蛍光薬剤が投与された時点からの経過時間を計測する経過時間計測部をさらに設け、撮像部を、予め設定された経過時間が経過時間計測部によって計測されるまでの間、第１の撮像間隔で蛍光画像の撮像を行った後、第２の撮像間隔での蛍光画像の撮像に切り替えるものとすることができる。

また、撮像部を、撮像した蛍光画像の輝度情報に基づいて、第１の撮像間隔での撮像と第２の撮像間隔での撮像とを切り替えるものとすることができる。

また、撮像部を、蛍光薬剤が投入され、撮像した蛍光画像の輝度情報が最初に極大値になった後、輝度情報が所定の閾値以下になったときに第２の撮像間隔での撮像に切り替えるものとすることができる。

また、撮像部を、蛍光薬剤が投入され、撮像した蛍光画像の輝度情報が最初に極大値になった後、輝度情報の減少率が所定の閾値以下になったときに第２の撮像間隔での撮像に切り替えるものとすることができる。

また、撮像部を、蛍光薬剤が投入され、撮像した蛍光画像の輝度情報が最初に極大値になった後、輝度情報の増加率が所定の閾値以上になったときに第２の撮像間隔での撮像に切り替えるものとすることができる。

また、撮像部を、第１の撮像間隔での撮像と第２の撮像間隔での撮像との間において、第２の撮像間隔よりも長い第３の撮像間隔で蛍光画像の撮像を行うものとすることができる。

また、撮像部によって第１の撮像間隔で所定期間撮像された複数の蛍光画像のうち、輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を最大輝度蛍光画像として取得する最大輝度蛍光画像取得部をさらに設けることができる。

また、撮像部によって第２の撮像間隔で所定期間撮像された複数の蛍光画像のうち、輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を次最大輝度蛍光画像として取得する次最大輝度蛍光画像取得部をさらに設けることができる。

本発明の蛍光画像撮像装置によれば、蛍光薬剤が投与された後、第１の撮像間隔で蛍光画像を撮像し、その後、第１の撮像間隔よりも長い第２の撮像間隔に切り替えて蛍光画像を撮像するようにしたので、静脈よりも早く蛍光発光を開始するとともに血流速度の速い動脈の蛍光画像の撮像時においては、相対的に短い第１の撮像間隔で蛍光画像を撮像することによってより多くの蛍光画像を取得してコントラストの高い動脈の蛍光画像を確実に取得することができ、動脈の後に蛍光発光するとともに血流速度の遅い静脈の蛍光画像の撮像時においては、相対的に長い第２の撮像間隔で蛍光画像を撮像することによって蛍光画像のデータ量を少なくすることができる。

また、特許文献３に記載の方法のように、継続的に蛍光薬剤を投与する必要がなく、最初の一回だけ蛍光薬剤を投与すればよいので、蛍光薬剤の総投与量を少なくすることができる。

また、動脈の蛍光発光と静脈の蛍光発光との間には、一旦暗くなる期間がある。そして、このような期間に撮像されるデータはあまり必要のないものである。

したがって、第１の撮像間隔での撮像と第２の撮像間隔での撮像との間において、第２の撮像間隔よりも長い第３の撮像間隔で蛍光画像の撮像を行うようにした場合には、暗く期間において無駄に蛍光画像を撮像するのを回避することができ、さらにデータ量を削減することができる。

また、撮像部によって第１の撮像間隔で所定期間撮像された複数の蛍光画像のうち、輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を最大輝度蛍光画像として取得するようにした場合には、コントラストが良好な動脈の蛍光画像を容易に取得することができる。

また、撮像部によって第２の撮像間隔で所定期間撮像された複数の蛍光画像のうち、輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を次最大輝度蛍光画像として取得するようにした場合には、コントラストが良好な静脈の蛍光画像を容易に取得することができる。

本発明の蛍光画像撮像装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムの概略構成図 硬質挿入部の概略構成図 撮像ユニットの概略構成図 画像処理装置および光源装置の概略構成を示すブロック図 画像処理部の概略構成を示すブロック図 薬剤自動注入装置の概略構成を示す図 高感度撮像素子の撮像間隔の切替タイミングを示す図 蛍光画像、通常画像および合成画像の一例を示す図

以下、図面を参照して本発明の蛍光画像撮像装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本実施形態の腹腔鏡システム１の概略構成を示す外観図である。

本実施形態の腹腔鏡システム１は、図１に示すように、白色の通常光および特殊光を同時に射出する光源装置２と、光源装置２から射出された通常光および特殊光を導光して被観察部に照射するとともに、通常光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像および特殊光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施す画像処理装置３と、画像処理装置３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の通常画像および蛍光画像を表示するモニタ４とを備えている。

硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、腹腔内に挿入される硬質挿入部３０と、硬質挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。

また、硬性鏡撮像装置１０は、図２に示すように、硬質挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、硬質挿入部３０は接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、ケーブル接続口３０ｃ、および照射窓３０ｄを備えている。

接続部材３０ａは、硬質挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の一端側３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０側に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と硬質挿入部３０とが着脱可能に接続される。

挿入部材３０ｂは、腹腔内の撮影を行う際に腹腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略５ｍｍの円柱形状を有している。挿入部材３０ｂの内部には、被観察部の像を結像するための対物レンズ群が収容されており、他端側３０Ｙから入射された被観察部の通常像および蛍光像は対物レンズ群を介して一端側３０Ｘの撮像ユニット２０側に射出される。

挿入部材３０ｂの側面にはケーブル接続口３０ｃが設けられており、このケーブル接続口３０ｃに光ケーブルＬＣが機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとが光ケーブルＬＣを介して光学的に接続されることになる。

照射窓３０ｄは、硬質挿入部３０の他端側３０Ｙに設けられており、光ケーブルＬＣによって導光された通常光および特殊光を被観察部に対し照射するものである。なお、挿入部材３０ｂ内にはケーブル接続口３０ｃから照射窓３０ｄまで通常光および特殊光を導光するライトガイドが収容されており（図示せず）、照射窓３０ｄはライトガイドによって導光された通常光および特殊光を被観察部に照射するものである。

図３は、撮像ユニット２０の概略構成を示す図である。撮像ユニット２０は、硬質挿入部３０内のレンズ群により結像された被観察部の蛍光像を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、硬質挿入部３０内の対物レンズ群により結像された被観察部の通常像を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像を反射するとともに、蛍光像を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。

第１の撮像系は、被観察部において反射し、ダイクロイックプリズム２１を透過した特殊光をカットする特殊光カットフィルタ２２と、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１および特殊光カットフィルタ２２を透過した蛍光像Ｌ４を結像する第１結像光学系２３と、第１結像光学系２３により結像された蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２４とを備えている。

第２の撮像系は、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３を結像する第２結像光学系２５と、第２結像光学系２５により結像された通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２６を備えている。

高感度撮像素子２４は、蛍光像の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。高感度撮像素子２４はモノクロの撮像素子である。

撮像素子２６は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２６の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。

また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号および撮像素子２６から出力された通常画像信号に対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブル７（図１参照）を介して画像処理装置３に出力するものである。また、撮像制御ユニット２７は、撮像素子２６および高感度撮像素子２４を駆動制御するものである。

画像処理装置３は、図４に示すように、通常画像入力コントローラ３１、蛍光画像入力コントローラ３２、画像処理部３３、メモリ３４、ビデオ出力部３５、操作部３６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）３７およびＣＰＵ３８を備えている。

通常画像入力コントローラ３１および蛍光画像入力コントローラ３２は、所定容量のラインバッファを備えており、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム分の通常画像信号および蛍光画像信号をそれぞれ一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ３１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ３２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ３４に格納される。

画像処理部３３は、メモリ３４から読み出された１フレーム分の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。画像処理部３３のより具体的な構成を図５に示す。

画像処理部３３は、図５に示すように、入力された通常画像信号に対し、通常画像に適した所定の画像処理を施して出力する通常画像処理部３３ａと、入力された蛍光画像信号に対し、縮小処理を施すとともに、蛍光画像に適した所定の画像処理を施して出力する蛍光画像処理部３３ｂと、蛍光画像処理部３３ｂにおいて画像処理の施された蛍光画像信号に対して、血管を表す画像信号を抽出する処理を施して蛍光血管画像信号を生成する血管抽出部３３ｃと、血管抽出部３３ｃにおいて生成された蛍光血管画像信号と通常画像処理部３３ａから出力された通常画像信号とを合成して合成画像信号を生成する画像合成部３３ｄとを備えている。

ビデオ出力部３５は、画像処理部３３から出力された通常画像信号、蛍光画像信号および合成画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。

操作部３６は、種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。また、ＴＧ３７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４、撮像素子２６および後述する光源装置２のＬＤドライバ４５を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。また、ＣＰＵ３６は装置全体を制御するものである。

光源装置２は、図４に示すように、約４００〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を射出する通常光源４０と、通常光源４０から射出された通常光Ｌ１を集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２によって集光された通常光Ｌ１を透過するとともに、後述する特殊光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および特殊光Ｌ２とを光ケーブルＬＣの入射端に入射させるダイクロイックミラー４３とを備えている。なお、通常光源４０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。また、通常光源４０と集光レンズ４２との間には、絞り４１が設けられており、ＡＬＣ（Automatic light control）からの制御信号に基づいてその絞り量が制御される。

また、光源装置２は、７００ｎｍ〜８００ｎｍの可視から近赤外帯域の光であり、たとえば蛍光色素としてＩＣＧ（インドシアニングリーン）を用いた場合には７５０〜７９０ｎｍの近赤外光を特殊光Ｌ２として射出するＬＤ光源４４と、ＬＤ光源４４を駆動するＬＤドライバ４５と、ＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２を集光する集光レンズ４６と、集光レンズ４６によって集光された特殊光りＬ２をダイクロイックミラー４３に向けて反射するミラー４７とを備えている。

なお、特殊光Ｌ２としては、広帯域の波長からなる通常光よりも狭帯域の波長が用いられる。そして、特殊光Ｌ２としては上記波長域の光に限定されず、蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類によって適宜決定される。

ＬＤドライバ４５は、画像処理装置３のＣＰＵ３８およびＴＧ３７から出力された制御信号に基づいてＬＤ光源４４を駆動するものであり、画像処理装置３のＣＰＵ３８は、画像処理装置３に接続されたフットスイッチ６の押下信号に基づいてＴＧ３７に制御信号を出力し、ＴＧ３７はフットスイッチ６が踏まれているときにＬＤ光源４４から特殊光Ｌ２が射出されるようにＬＤドライバ４５に駆動パルス信号を出力するものである。

また、光源装置２は、光ケーブルＬＣを介して硬性鏡撮像装置１０に光学的に接続されている。

また、本実施形態の腹腔鏡システムは、被検者の体内に薬剤を自動的に注入する薬剤自動注入装置５を備えている。図６に、薬剤自動注入装置５の概略構成を示す。薬剤自動注入装置５は、薬剤が充填されるシリンジ５０と、シリンジ５０がセットされる薬剤自動注入装置本体５１と、制御部５２とを備えている。薬剤自動注入装置本体５１は、シリンジ５０の押し子５３を移動させるための送りねじ５４、キャリッジ５５およびパルスモータ５６を備えている。制御部５２は、画像処理装置３のＣＰＵ３８から蛍光薬剤の投与量を示す制御信号に基づいてパルスモータ５６を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。

そして、蛍光薬剤が充填されたシリンジ５０が薬剤自動注入装置本体５１にセットされ、制御部５２からの駆動パルス信号によりパルスモータ５６が駆動されると、送りねじ５４によりキャリッジ５５が移動し、これにより押し子５３が移動し、シリンジ５０から被検者の体内に向けて蛍光薬剤が送出される。

なお、画像処理装置３のＣＰＵ３８は、画像処理装置３に接続されたフットスイッチ６の押下信号に基づいて制御部５２に制御信号を出力し、制御部５２はフットスイッチ６が踏まれたときに蛍光薬剤が送出されるように駆動パルス信号を出力するものである。

また、本実施形態の腹腔鏡システムの画像処理装置３にはタイマー３９が設けられており、タイマー３９は、画像処理装置３に接続されたフットスイッチ６の押下信号に基づいて、蛍光薬剤の投入開始時点からの経過時間を計測するものである。

そして、画像処理装置３のＣＰＵ３８は、タイマー３９によって計測された経過時間が、所定時間になったときにＴＧ３７に制御信号を出力し、ＴＧ３７は、その入力された制御信号に基づいて、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４の撮像間隔（フレームレート）を切り替えるものである。より具体的な作用については後で詳述する。

次に、本実施形態の腹腔鏡システムの作用について説明する。

まず、光ケーブルＬＣが接続された硬質挿入部３０およびケーブル７が撮像ユニット２０に取り付けられた後、光源装置２および撮像ユニット２０および画像処理装置３の電源が投入され、これらが駆動される。

次に、操作者により硬質挿入部３０が腹腔内に挿入され、硬質挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される。

そして、まず、通常画像の撮像および表示が行われる。具体的には、光源装置２の通常光源４０から射出された通常光Ｌ１が、集光レンズ４２、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に照射される。

そして、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像される。具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、第２結像光学系２５により撮像素子２６の撮像面上に結像され、撮像素子２６によって撮像される。

撮像素子２６から出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル７を介して画像処理装置３に出力される。

画像処理装置３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ３１において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号は、画像処理部３３の通常画像処理部３３ａにおいて階調補正処理およびシャープネス補正処理が施された後、ビデオ出力部３５に出力される。

そして、ビデオ出力部３５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する。

次に、蛍光画像を撮像および表示する作用について説明する。

蛍光画像の撮像は、操作者がフットスイッチ６を踏むことによって開始される。具体的には、操作者によってフットスイッチ６が踏まれるとその押下信号が画像処理装置のＣＰＵ３８に入力される。

そして、ＣＰＵ３８は、入力された押下信号に応じてＴＧ３７に制御信号を出力し、ＴＧ３７は、入力された制御信号に応じて光源装置２のＬＤドライバ４５に駆動パルス信号を出力するとともに、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４に駆動パルス信号を出力する。

そして、ＬＤドライバ４５が、入力された駆動パルス信号に応じてＬＤ光源４４が駆動してＬＤ光源４４からの特殊光Ｌ２の射出が開始されるとともに、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４による撮像が開始される。

また、このときＣＰＵ３８は、薬剤自動注入装置５の制御部５２にも制御信号を出力する。制御部５２からの駆動パルス信号によりパルスモータ５６が駆動され、送りねじ５４によりキャリッジ５５が移動し、これにより押し子５３が移動し、シリンジ５０から被検者の体内に向けて蛍光薬剤が送出される。

本実施形態においては、蛍光薬剤としてＩＣＧが用いられ、蛍光薬剤の投与量は、予め操作部３６によって設定入力されており、その投与量の蛍光薬剤が１回送出される。

一方、このときＣＰＵ３８は、タイマー３９にも制御信号を出力し、タイマー３９によって蛍光薬剤投入開始時からの経過時間の計測を開始する。

すなわち、上記のように操作者によってフットスイッチ６が踏まれることによって、特殊光の被観察部への照射、高感度撮像素子２４による蛍光像の撮像およびタイマー３９による経過時間の計測が同時に開始される。

蛍光像の撮像は、具体的には、特殊光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１および特殊光カットフィルタ２２を通過した後、第１結像光学系２３により高感度撮像素子２４の撮像面上に結像され、高感度撮像素子２４によって撮像される。

ここで、高感度撮像素子２４は、第１の撮像間隔と第２の撮像間隔とを切り替え可能に構成されている。本実施形態においては、第１の撮像間隔として３０ｆｐｓ、第２の撮像間隔として１０ｆｐｓが予め設定されている。そして、高感度撮像素子２４は、タイマー３９によって計測された経過時間に基づいて、図７（ａ）に示すように、蛍光薬剤の投入開始時（ｔ０）から所定時間経過時（ｔ１）までは、第１の撮像期間３０ｆｐｓで撮像を行うように制御され、所定時間経過時（ｔ１）以降は、第２の撮像間隔１０ｆｐｓで撮像を行うように制御される。

ここで、蛍光薬剤投入開始時（ｔ０）から撮像間隔の切替タイミング（ｔ１）までの時間は１０秒以下に設定することが望ましく、本実施形態では１０秒に設定されている。このように設定する理由を以下に示す。

ブタを用いた実験で耳静脈から蛍光薬剤を急速静注して蛍光観察を行ったところ、以下のような現象が確認できた。

まず、蛍光薬剤投入した時点から数秒間にわたって被観察部の動脈が蛍光発光し、その後一旦全体的に視野が暗くなった後、次に、被観察部の静脈が１０数秒間だけ蛍光発光した。そして、再び全体的に視野が暗くなった後、弱い強度で血管の蛍光発光が持続し、このとき動脈は明確には視認できなかった。そして、徐々に血管の蛍光発光が弱まっていった。

すなわち、被観察部の動脈が数秒間蛍光発光した後に被観察部の静脈が蛍光発光することがわかった。

一方、一般的に、直径２ｍｍ〜６ｍｍ程度の動脈の血流速度は２０ｃｍ/ｓ〜５０ｃｍ/ｓ、直径５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の静脈の血流速度は１５ｃｍ/ｓ〜２０ｃｍ/ｓと言われている。すなわち、動脈の血流速度の方が静脈の血流速度よりも早いことがわかっている。

したがって、上記実験結果と血流速度と考慮すると、蛍光薬剤投入開始から１０秒間（図７（ａ）のｔ０〜ｔ１）は、蛍光薬剤が動脈内を早い速度で通過することになるので、この間の蛍光画像を逃さず確実に取得するため、相対的に短い第１の撮像間隔３０ｆｐｓで撮像を行うこととした。

一方、蛍光薬剤投入開始から１０秒間を経過した後は、静脈の蛍光発光を撮像する必要があるが、蛍光薬剤が静脈内を通過する速度は動脈内を通過する速度よりも遅くなるので、動脈を撮像するときの第１の撮像間隔３０ｆｐｓよりも相対的に長い第２の撮像間隔１０ｆｐｓで撮像を行うこととした。これにより必要以上にデータを取得することがないのでメモリの節約にもなる。

また、特殊光Ｌ２の照射と蛍光画像の撮像の時間は、蛍光薬剤の投入開始時点から約５４秒〜６０秒に設定することが望ましく、本実施形態では６０秒に設定している。その理由を以下に示す。

成人男子の循環血液量は７５ｍｌ/ｋｇで、体重６０ｋｇの場合、４５００ｍｌとなる。一方、成人男子の安静時の心拍出量は７０ｍｌ〜８０ｍｌ/ｓなので、体全体を血液が１回循環するのに要する時間は約５４秒〜６０秒となる。したがって、血液中に投入された蛍光薬剤は、投入開始時から５４秒〜６０秒の間に被観察部を通過することになる。

したがって、この５４秒〜６０秒の間さえ撮影しておけば十分であり、その後も継続して特殊光Ｌ２を照射したのでは被観察部が特殊光Ｌ２の照射によって受けるダメージが大きくなり、また、データ量も無駄に多くなってしまうからである。

よって、本実施形態では、タイマー３９によって計測された経過時間に基づいて、蛍光薬剤の投入開始時点から６０秒経過したときに、ＬＤ光源４４からの特殊光の射出と高感度撮像素子２４における撮像動作が停止される。

そして、蛍光薬剤の投入開始時点から６０秒までの間に高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル７を介して画像処理装置３に出力される。

そして、画像処理装置３に入力された蛍光画像信号は、蛍光画像入力コントローラ３２において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から１フレーム毎の蛍光画像信号が順次読み出され、画像処理部３３の蛍光画像処理部３３ｂにおいて所定の画像処理が施された後、ビデオ出力部３５に出力される。

そして、ビデオ出力部３５は、入力された蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する。

なお、蛍光画像については、上述したように、蛍光薬剤の投入開始時点から６０秒までの間しか撮像を行わないが、通常画像は継続して撮像が行われる。したがって、蛍光画像については６０秒間の間に撮像した動脈の蛍光画像および/または動脈の蛍光画像を、６０秒経過後も静止画として表示し、通常画像については動画として表示することが望ましい。

そして、静止画として表示させる蛍光画像としては、たとえば、ＣＰＵ３８が、第１の撮像間隔で１０秒間撮像した複数の蛍光画像のうちその輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を動脈の蛍光画像として取得し、第２の撮像間隔で撮像した複数の蛍光画像のうちその輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像を静脈の蛍光画像として取得するようにすればよい。なお、上記輝度情報としては、たとえば、蛍光画像の各画素の輝度値の最大値、平均輝度値などを用いることができ、コントラストはＣＰＵ３８において算出するものとする。

次に、上記のようにして取得した通常画像信号および蛍光画像信号に基づいて、合成画像を表示する作用について説明する。

まず、上記のようにして取得した蛍光画像信号が、画像処理部３３の血管抽出部３３ｃに入力される。そして、血管抽出部３３ｃにおいて血管抽出処理が施される。なお、このとき血管抽出処理が施される蛍光画像信号としては、第１の撮像間隔で１０秒間撮像した複数の蛍光画像信号のうちその輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像信号を動脈の蛍光画像信号として用い、第２の撮像間隔で撮像した複数の蛍光画像信号のうちその輝度情報またはコントラストが最大となる蛍光画像信号を静脈の蛍光画像信号として利用することが望ましい。

血管抽出処理は、たとえば、エッジ検出を用いた線分抽出処理を行うことによって行われる。エッジ検出方法としては、たとえば、１次微分を用いたキャニー法や、ノイズを減らすためのガウシアンフィルタ処理と２次微分処理とを行ってエッジを抽出するラプラシアンフィルタを組み合わせたＬＯＧ（Laplace of Gaussian）フィルタを用いた方法などがある。

そして、蛍光画像信号に対して血管抽出処理を施すことによって蛍光血管画像信号が生成され、この蛍光血管画像信号は画像合成部３３ｄに出力される。そして、画像合成部３３ｄには、通常画像処理部３３ａから出力された通常画像信号も入力され、この通常画像信号と蛍光血管画像信号とが合成されて合成画像信号が生成される。

そして、画像合成部３３ｄにおいて生成された合成画像信号は、ビデオ出力部３５に出力される。

ビデオ出力部３５は、入力された合成画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて合成画像を表示する。図８に、通常画像、蛍光画像および合成画像の一例を示す。

なお、合成画像については、通常画像に動脈の蛍光画像と静脈の蛍光画像との両方を合成し、１つの合成画像を生成するようにしてもよいし、動脈の蛍光画像または静脈の蛍光画像の一方のみを合成するようにしてもよい。また、通常画像に動脈の蛍光画像を合成した合成画像と通常画像に静脈の蛍光画像を合成した合成画像とを別個に生成し、これらを別個に表示するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、動脈が蛍光発光している時間、すなわち、蛍光薬剤の投入開始時点から１０秒間経過した時点で第１の撮像間隔３０ｆｐｓから第２の撮像間隔１０ｆｐｓに切り替えるようにしたが、これに限らず、たとえば、図７（ｂ）に示すように、静脈が蛍光発光を開始する時点（ｔ２）で第１の撮像間隔から第２の撮像間隔に切り替えるようにしてもよい。なお、図７の輝度情報のグラフは、蛍光薬剤の投入開始時点（ｔ０）からの蛍光画像の輝度情報の時間変化を模式的に示したものである。蛍光薬剤を投入してから最初の輝度情報のピークが動脈の蛍光画像を表し、２番目の輝度情報のピークが静脈の蛍光画像を表している。

また、動脈の蛍光発光の期間と静脈の蛍光発光の期間との間は、上述したように全体的に暗くなりデータを取得する必要性があまりないので、図７（ｃ）に示すように、第２の撮像間隔１０ｆｐｓよりもさらに長い第３の撮像間隔５ｆｐｓに切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、画像処理装置３のタイマー３９によって計測された経過時間に基づいて撮像間隔を切り替えるようにしたが、これに限らず、撮像した蛍光画像信号の輝度情報に基づいて撮像間隔を切り替えようにしてもよい。

具体的には、たとえば、蛍光薬剤が投入され、撮像した蛍光画像信号の輝度情報が最初に極大値になった後、その輝度情報が所定の閾値以下になった時点で撮像間隔を切り替えるようにすることができる。

また、蛍光薬剤が投入され、撮像した蛍光画像信号の輝度情報が最初に極大値になった後、その輝度情報の減少率が所定の閾値以下になったときに撮像間隔を切り替えるようにしてもよい。

また、蛍光薬剤が投入され、撮像した蛍光画像信号の輝度情報が最初に極大値になった後、その輝度情報の増加率が所定の閾値以上になったときに撮像間隔を切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、通常光源としてキセノンランプを用いるようにしたがこれに限らず、ＧａＮ系半導体レーザーを用いた高輝度白色光源(商品名：マイクロホワイト、日亜化学工業（株）製)を用いるようにしてもよい。この高輝度白色光源は、波長４４５ｎｍの半導体レーザーから出射する光を，光学レンズを用いて光ファイバーに導光し，蛍光体材料を塗布した光ファイバーのもう一方の端面から，全光束が５０１ｎｍの白色光を放出させるものである。

また、上記実施形態においては、特殊光源としてＬＤ光源を用いるようにしたが、これに限らず、キセノンランプに励起フィルタを付加し、通常光と特殊光とを時系列に照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、第１の撮像系により蛍光画像を撮像するようにしたが、これに限らず、被観察部への特殊光の照射による被観察部の吸光特性に基づく画像を撮像するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、血管画像を抽出するようにしたが、これに限らず、たとえば、リンパ管などのその他の管部分を表す画像を抽出するようにしてもよい。

また、上記実施形態は、本発明の内視鏡装置を腹腔鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡装置を有するシステムに適用してもよい。

１ 腹腔鏡システム
２ 光源装置
３ 画像処理装置
４ モニタ
５ 薬剤自動注入装置
６ フットスイッチ
１０ 硬性鏡撮像装置
２０ 撮像ユニット
２４ 高感度撮像素子
２６ 撮像素子
３０ 硬質挿入部
３３ 画像処理部
３３ｃ 血管抽出部
３３ｄ 画像合成部
３９ タイマー
４０ 通常光源
４４ ＬＤ光源

Claims (4)

1. 蛍光薬剤が投与された被観察部に励起光を照射する励起光照射部と、該励起光の照射によって前記被観察部の蛍光薬剤から発せられた蛍光を受光して所定の撮像間隔で蛍光画像を撮像する撮像部とを備えた蛍光画像撮像装置において、
   前記蛍光薬剤が投与された時点からの経過時間を計測する経過時間計測部を備え、
   前記撮像部が、前記蛍光薬剤が投与された時点から予め設定された経過時間が前記経過時間計測部によって計測されるまでの間、第１の撮像間隔で前記蛍光画像を撮像し、その後、前記第１の撮像間隔よりも長い第２の撮像間隔に切り替えて前記蛍光画像を撮像するものであることを特徴とする蛍光画像撮像装置。
2. 前記撮像部が、前記第１の撮像間隔での撮像と前記第２の撮像間隔での撮像との間において、前記第２の撮像間隔よりも長い第３の撮像間隔で前記蛍光画像の撮像を行うものであることを特徴とする請求項１記載の蛍光画像撮像装置。
3. 前記撮像部によって前記第１の撮像間隔で所定期間撮像された複数の蛍光画像のうち、輝度情報またはコントラストが最大となる前記蛍光画像を最大輝度蛍光画像として取得する最大輝度蛍光画像取得部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の蛍光画像撮像装置。
4. 前記撮像部によって前記第２の撮像間隔で所定期間撮像された複数の蛍光画像のうち、輝度情報またはコントラストが最大となる前記蛍光画像を次最大輝度蛍光画像として取得する次最大輝度蛍光画像取得部を備えたことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。

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