JP5506472B2

JP5506472B2 - 蛍光内視鏡装置

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Description

本発明は、例えば、生体等の観察対象の形態情報を取得するために用いる白色光画像と、生体内の病変部等、観察対象の変性部位の情報を取得するために用いる複数種類の蛍光画像とを、一つの観察モードで取得する蛍光内視鏡装置に関する。

内視鏡を用いた蛍光観察においては、蛍光画像により生体内における蛍光の分布を病変部の位置情報として取得するが、その際に観察対象の形態情報を把握することは必須である。

ところで形態情報は、観察対象に可視光を照射したときの反射画像により取得できる。従って、観察対象である生体に対しては、励起光を用いた蛍光画像観察と、例えば、白色光などの可視光を用いた反射画像観察の２つの観察モードを用いれば、生体内における病変部の位置情報と生体の形態情報とを取得することができることになる。

しかし、内視鏡を用いた観察では、観察者が生体内に挿入部を挿入し、挿入部先端を移動させながら生体組織の観察対象部位をライブで観察する。このため、蛍光画像観察と反射画像観察とを観察モードの切替え操作で行うようにしたのでは、切替え操作が煩雑化して観察者の負担が大きくなり、しかも、観察モードの切替え操作に要する時間の経過により、形態情報を取得したときの観察対象と病変部の位置情報を取得したときとで観察対象部位のずれを起こし易くなる。
このため、内視鏡を用いた蛍光観察においては、反射画像による観察対象の形態情報の取得と、蛍光画像による病変部の位置情報の取得とを一つの観察モードで行うことができるようにすることが望まれる。

従来、一つの観察モードで反射画像と蛍光画像を取得する蛍光内視鏡装置として、内視鏡の照明部に光源と回転フィルタを備えたものが知られている（例えば、次の特許文献１参照）。
この種の蛍光内視鏡装置では、回転フィルタは、白色光透過フィルタと、励起光透過フィルタとを同一の円周方向に備えている。そして、照明部は、回転フィルタを回転させながら、白色光透過フィルタ、励起光透過フィルタの照明部の光路への挿入を切り替えることで、白色光と励起光とを面順次式に観察対象に照射する。そして、内視鏡の撮像部が、観察対象で反射した白色光の画像と観察対象において励起光により励起されて発した蛍光の画像を時分割で取得するようになっている。

特開平０７−１５５２９１号公報

ところで、白色光と励起光とを面順次式に観察対象に照射することによって白色光画像と蛍光画像とを取得する内視鏡装置においては、複数種類の蛍光画像と白色光画像とを取得する場合、ある時点での白色光画像の取得からその次の白色光画像の取得までの時間的な間隔が大きくなる。しかし、白色光画像は、観察対象の形態情報の観察に用いるため、時間的な間隔が大きいと、例えば、内視鏡を移動しながら生体内を観察するような場合や、生体内の器官等の動きが大きい場合などにおいて、ある時点で取得した白色光画像から得られる観察対象の形態と次の時点で取得した白色光画像から得られる観察対象の形態との差異が大きくなり、取得時点が前後する白色光画像同士が互いにコマ飛びの大きな画像のようにフレームレートが低い画像となってしまい易く、観察対象の形態情報が取得し難くなるという問題があった。

この点に関し、図１３、図１４を用いて詳述する。
図１３は従来の蛍光内視鏡装置において一般に行われている回転フィルタを用いた面順次方式での白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングの一例を概念的に示す説明図、図１４は図１３の蛍光内視鏡装置に用いられる回転フィルタにおける各フィルタの配置を示す説明図である。なお、図１３、図１４の例では、説明の便宜上、白色光画像と、３種類の蛍光画像（第１の蛍光画像〜第３の蛍光画像）を取得する場合を示している。

回転フィルタは、図１４に示すように、第１の励起光透過フィルタ５１ａと、第２の励起光透過フィルタ５１ｂと、第３の励起光透過フィルタ５１ｃ、白色光透過フィルタ５１ｄとが、同一の円周上に配置されている。
第１の励起光透過フィルタ５１ａは、第１の蛍光物質を励起するための第１の励起光を透過させる。第２の励起光透過フィルタ５１ｂは、第２の蛍光物質を励起するための第２の励起光を透過させる。第３の励起光透過フィルタ５１ｃは、第３の蛍光物質を励起するための第３の励起光を透過させる。
蛍光内視鏡装置の撮像部（図示省略）では、図１３に示すように、第１の蛍光画像、第２の蛍光画像、第３の蛍光画像、白色光画像を、順に繰り返し撮像する。
このため、全種類の画像は、全て等しいフレームレート（単位時間当たりの回数）で取得されることになる。

この場合、蛍光画像の種類が多ければ多いほど白色光画像のフレームレートは低くなる。
即ち、図１３、図１４に示す例では、最初の白色光画像の取得から次の白色光画像の取得までに、３個の蛍光画像を取得するための時間を要することになる。ところで、蛍光は光強度が微弱であるため、蛍光画像の取得にはある程度の露光時間を必要とする。仮に、一つの蛍光画像の取得に要する時間が１００ｍｓであるとすると、３個の蛍光画像の取得のために要する時間は３×１００ｍｓになる。ここで、回転フィルタの回転速度は、撮像部での夫々の蛍光画像の取得速度に同期させる必要がある。また、白色光透過フィルタは、回転フィルタにおいて他の蛍光フィルタと同一の円周方向に配置されているため、回転フィルタの１回転において白色光透過フィルタが照明部の光路上に位置する時間を他の蛍光フィルタが照明部の光路上に位置する時間に比べて長くなるように速度を調整することは非常に困難である。このため、白色光画像の取得に要する時間も夫々の蛍光画像と同様の時間がかかることになる。その結果、白色光画像のフレームレートは、１／（０．１＋３×０．１）Ｈｚとなり、動画観察においては非常にフレームレートが低いものとなってしまう。しかも、白色光画像の取得終了から次の白色光画像の取得開始までに要する時間は３×１００ｍｓかかるため、時間が前後する白色光画像同士では、時間的な間隔が大きく、互いにコマ飛びの大きな画像となってしまい易い。しかるに、白色光画像同士のコマ飛びが大きいような低フレームレートの画像であると、内視鏡の画像診断において形態情報が把握し難くなってしまう。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、白色光画像のフレームレート低下を極力小さく抑えることが可能な、白色光画像と複数種類の蛍光画像とを一つの観察モードで取得する蛍光内視鏡装置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、本発明による蛍光内視鏡装置は、観察対象の形態を観察するための白色光と該観察対象内に存在する複数種類の蛍光物質を励起するための複数種類の励起光とを含む光を出射させる光源と、前記光源を出射した光のうち前記白色光成分を透過させる白色光成分透過部と該光源を出射した光のうち前記複数種類の励起光成分をそれぞれ透過させる複数種類の励起光成分透過部とを同一の円周方向に備えてなる回転フィルタと、前記観察対象で反射した白色光と該観察対象が発した複数種類の蛍光を夫々受光し、前記白色光による白色光画像と前記複数種類の蛍光による複数の蛍光画像を夫々出力する撮像部を有し、前記撮像部で出力される前記白色光画像のフレームレートが夫々の前記蛍光画像のフレームレートよりも大きくなるようにしたことを特徴としている。

また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記回転フィルタが、複数個の白色光成分透過部を有し、夫々の前記白色光成分透過部が、異なる前記励起光成分透過部の間に配置されているのが好ましい。

また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記撮像部は、前記観察対象からの光を前記白色光の光路と前記複数種類の蛍光の光路との２光路に分割する光路分割手段と、前記光路分割手段により分割された前記白色光の光路上に配置された白色光撮像素子と、前記光路分割手段により分割された前記複数種類の蛍光の光路上に配置された蛍光撮像素子と、前記光路分割手段と前記蛍光撮像素子との間に配置された可変分光素子を有しているのが好ましい。

また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記光源が、前記白色光と前記観察対象内に存在する第１の蛍光物質を励起するための第１の励起光と該観察対象内に存在する第２の蛍光物質を励起するための第２の励起光とを含む光を出射させるように構成され、前記回転フィルタが、２つの前記白色光成分透過部と前記光源を出射した光のうち第１の励起光成分を透過させる第１の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第２の励起光成分を透過させる第２の励起光成分透過部とを有し、夫々の前記白色光成分透過部が、前記第１の励起光成分透過部と前記第２の励起光成分透過部との間に位置するように配置され、前記撮像部は、前記回転フィルタの１回転ごとに、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第１の蛍光画像と、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第２の蛍光画像とを、時系列に出力するのが好ましい。

また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記光源が、前記白色光と前記観察対象内に存在する第１の蛍光物質及び第２の蛍光物質を励起するための第１の励起光と該観察対象内に存在する第３の蛍光物質及び第４の蛍光物質を励起するための第２の励起光とを含む光を出射させるように構成され、前記回転フィルタが、２つの前記白色光成分透過部と前記光源を出射した光のうち第１の励起光成分を透過させる第１の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第２の励起光成分を透過させる第２の励起光成分透過部とを有し、夫々の前記白色光成分透過部が、前記第１の励起光成分透過部と前記第２の励起光成分透過部との間に位置するように配置され、前記白色光撮像素子が、前記回転フィルタの１回転ごとに、前記白色光画像を２フレーム出力し、前記可変分光素子が、前記回転フィルタの１回転ごとに、第１の蛍光のみを透過させる第１の状態と第３の蛍光のみを透過させる第３の状態とに切替える第１の分光モードと、第２の蛍光のみを透過させる第２の状態と第４の蛍光のみを透過させる第４の状態とに切替える第２の分光モードとに分光モードを切り替え、前記蛍光撮像素子が、前記回転フィルタの１回転ごとに、前記可変分光素子により切り替えられた分光モードに対応して、１フレームの前記第１の蛍光画像と１フレームの前記第３の蛍光画像、又は、１フレームの前記第２の蛍光画像と１フレームの前記第４の蛍光画像を出力するのが好ましい。

また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記光源が、前記白色光と前記観察対象内に存在する第１の蛍光物質を励起するための第１の励起光と該観察対象内に存在する第２の蛍光物質を励起するための第２の励起光とを含む光と該観察対象内に存在する第３の蛍光物質を励起するための第３の励起光とを出射させるように構成され、前記回転フィルタが、３個の前記白色光成分透過部と前記光源を出射した光のうち第１の励起光成分を透過させる第１の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第２の励起光成分を透過させる第２の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第３の励起光成分を透過させる第３の励起光成分透過部とを有し、夫々の前記白色光成分透過部が、前記第１の励起光成分透過部と前記第２の励起光成分透過部との間、該第２の励起光成分透過部と前記第３の励起光成分透過部との間、該第３の励起光成分透過部と該第１の励起光成分透過部との間に位置するように配置され、前記撮像部は、前記回転フィルタの１回転ごとに、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第１の蛍光画像と、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第２の蛍光画像と、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第３の蛍光画像とを、時系列に出力するのが好ましい。

本発明によれば、白色光画像の低フレームレート化を極力小さく抑えることが可能な、白色光画像と複数種類の蛍光画像とを一つの観察モードで取得する蛍光内視鏡装置が得られる。

本発明の蛍光内視鏡装置における白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングを概念的に示す説明図である。本発明の第一実施形態にかかる蛍光内視鏡装置全体の構成を概略的に示すブロック図である。図２の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は単板式のカラーＣＣＤに備わる各フィルタの透過波長帯域、(b)は励起光カットフィルタの透過波長帯域、(c)は白色光成分透過フィルタの透過波長帯域、(d)は第１の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域及び第１の蛍光物質が発する第１の蛍光の波長帯域、(e)は第２の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域及び第２の蛍光物質が発する第２の蛍光の波長帯域を夫々示している。図２の蛍光内視鏡装置に備わる回転フィルタにおける各フィルタの配置を示す説明図である。第一実施形態の蛍光内視鏡装置における白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングを概念的に示す説明図である。第一実施形態の蛍光内視鏡装置に備わる表示ユニットでの表示態様を示す図で、(a)は白色光画像のみを表示した一例を示す図、(b)は第１の蛍光画像のみを表示した一例を示す図、(c)は第２の蛍光画像のみを表示した一例を示す図、(d)は第１の蛍光画像と第２の蛍光画像とを重ね合わせて表示した一例を示す図、(e)は白色光画像に対して第１の蛍光画像、第２の蛍光画像を重ね合わせて表示した一例を示す図、(f)は白色光画像に対して第１の蛍光画像を重ね合わせて表示した一例を示す図、(g)は白色光画像に対して第２の蛍光画像を重ね合わせて表示した一例を示す図である。本発明の第二実施形態にかかる蛍光内視鏡装置全体の構成を概略的に示すブロック図である。図７の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は単板式のカラーＣＣＤに備わる各フィルタの透過波長帯域、(b)は励起光カットフィルタの透過波長帯域、(c)は第１の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域及び第２の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域、(d)は白色光成分透過フィルタの透過波長帯域、(e)は第１の蛍光物質が発する第１の蛍光の波長帯域、第２の蛍光物質が発する第２の蛍光の波長帯域、第３の蛍光物質が発する第３の蛍光の波長帯域、第４の蛍光物質が発する第４の蛍光の波長帯域、(f)は可変分光素子が第１〜第４の状態のときにおける夫々の透過波長帯域を夫々示している。図７の蛍光内視鏡装置に備わる回転フィルタにおける各フィルタの配置を示す説明図である。第二実施形態の蛍光内視鏡装置における白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングを概念的に示す説明図である。第一実施形態の一変形例にかかる蛍光内視鏡装置に備わる回転フィルタにおける各フィルタの配置を示す説明図である。図１３の蛍光内視鏡装置における白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングを概念的に示す説明図である。従来の蛍光内視鏡装置において一般に行われている面順次方式での白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングの一例を概念的に示す説明図である。図１３の蛍光内視鏡装置に用いられる回転フィルタにおける各フィルタの配置を示す説明図である。

実施形態の説明に先立ち、本発明の特徴的な構成の概念及び作用効果について説明する。
図１は本発明の蛍光内視鏡装置における白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングを概念的に示す説明図である。
本発明の蛍光内視鏡装置では、例えば、図１に示すように、種類の異なる夫々の蛍光画像を取得する単位時間当たりの回数（フレームレート）に比べて、白色光画像を取得する単位時間当たりの回数（フレームレート）が大きくなるようにしている。図１の例では、種類の異なる夫々の蛍光画像を取得するごとに白色光画像を取得するようにしている。図１の例のようにすると、蛍光画像の種類がｎ種類のときは、白色光画像のフレームレートは、種類の異なる夫々の蛍光画像のフレームレートのｎ倍になる。
白色光画像のフレームレートが増大すれば、次の白色光画像までの時間的な間隔が短くなり、コマ飛びを極力小さくすることができるため、白色光画像を動画として見やすくなる。
一方、夫々の蛍光画像はもともと形態のはっきりし難いぼんやりとした画像であって、白色光画像に重ね合わせて観察対象における病変部の位置情報を得るための画像であるため、フレームレートが減少して画像がコマ飛びを生じても、観察に与える影響は小さい。

第一実施形態
図２は本発明の第一実施形態にかかる蛍光内視鏡装置全体の構成を概略的に示すブロック図である。図３は図２の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は単板式のカラーＣＣＤに備わる各フィルタの透過波長帯域、(b)は励起光カットフィルタの透過波長帯域、(c)は白色光成分透過フィルタの透過波長帯域、(d)は第１の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域及び第１の蛍光物質が発する第１の蛍光の波長帯域、(e)は第２の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域及び第２の蛍光物質が発する第２の蛍光の波長帯域を夫々示している。図４は図２の蛍光内視鏡装置に備わる回転フィルタにおける各フィルタの配置を示す説明図である。なお、ここでは白色光成分透過フィルタを設けることにより図３(c)のような白色光のスペクトルが得られるようにしているが、波長分布が図３(c)の光源を用いて、白色光成分透過フィルタを省略することも可能である。図５は第一実施形態の蛍光内視鏡装置における白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングを概念的に示す説明図である。図６は第一実施形態の蛍光内視鏡装置に備わる表示ユニットでの表示態様を示す図で、(a)は白色光画像のみを表示した一例を示す図、(b)は第１の蛍光画像のみを表示した一例を示す図、(c)は第２の蛍光画像のみを表示した一例を示す図、(d)は第１の蛍光画像と第２の蛍光画像とを重ね合わせて表示した一例を示す図、(e)は白色光画像に対して第１の蛍光画像、第２の蛍光画像を重ね合わせて表示した一例を示す図、(f)は白色光画像に対して第１の蛍光画像を重ね合わせて表示した一例を示す図、(g)は白色光画像に対して第２の蛍光画像を重ね合わせて表示した一例を示す図である。

第一実施形態の蛍光内視鏡装置は、光源部１と、内視鏡先端挿入部２と、画像処理部３と、表示ユニット４を有している。

光源部１は、光源１ａと回転フィルタ１ｂを有している。
光源１ａは、図３(c)に示す４００ｎｍ〜６９０ｎｍの波長帯域を持つ白色光と、図３(d)に示すピーク波長が５００ｎｍであって４７５ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域を持つ第１の蛍光を発する第１の蛍光物質を励起するための３６０ｎｍ〜３８０ｎｍの波長帯域を持つ第１の励起光と、図３(e)に示すピーク波長が５２０ｎｍであって４７５ｎｍ〜６１５ｎｍの波長帯域を持つ第２の蛍光を発する第２の蛍光物質を励起するための４１０ｎｍ〜４３０ｎｍの波長帯域を持つ第２の励起光とを含む光を出射させるようになっている。

回転フィルタ１ｂは、図４に示すように、２つの白色光成分透過フィルタ１ｂ２，１ｂ４と、第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１と、第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３を同一の円周方向に備えている。
白色光成分透過フィルタ１ｂ２，１ｂ４は、光源１ａを出射した光のうち、図３(c)に示すように、白色光成分を透過させる光学特性を有している。
第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１は、光源１ａを出射した光のうち、図３(d)に示すように、第１の励起光成分を透過させる光学特性を有している。
第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３は、光源１ａを出射した光のうち、図３(e)に示すように、第２の励起光成分を透過させる光学特性を有している。
また、回転フィルタ１ｂにおいて、夫々の白色光成分透過フィルタ１ｂ２，１ｂ４は、第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１と第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３との間に位置するように配置されている。

内視鏡先端挿入部２は、照明光学系２１と、撮像光学系２２を有している。
照明光学系２１は、ライトガイド２３を経由した光源部１からの光を生体５に照射するように構成されている。

撮像光学系２２は、対物光学系２２ａと、結像光学系２２ｂと、励起カットフィルタ２２ｃと、撮像素子２２ｄを有し、本発明における撮像部としての機能を有し、生体５からの画像を取得することができるように構成されている。

励起光カットフィルタ２２ｃは、図３(b)に示すように、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域において、３５０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長帯域の光をカットし、それ以外の波長帯域の光を透過する光学特性を有している。

撮像素子２２ｄは、モザイクフィルタ（図示省略）と、単板式イメージセンサ（図示省略）とを備えた単板式のカラーＣＣＤで構成されている。
モザイクフィルタは、図３(a)に示すように、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域において、Ｂ（３７５ｎｍ〜５００ｎｍ）の波長帯域の光を透過させるフィルタ（図示省略）と、Ｇ（４７０ｎｍ〜５９０ｎｍ）の波長帯域の光を透過するフィルタ（図示省略）と、Ｒ（５６０ｎｍ以上）の波長帯域の光を透過するフィルタを、モザイク状に多数配置して構成されている。

画像処理部３は、フレームメモリ３１と、画像処理装置３２を有している。
フレームメモリ３１は、白色光画像フレームメモリ３１₁と、第１の蛍光画像フレームメモリ３１₂と、第２の蛍光画像フレームメモリ３１₃を有している。
白色光画像フレームメモリ３１₁、第１の蛍光画像フレームメモリ３１₂、第２の蛍光画像フレームメモリ３１₃は、夫々が、撮像光学系２２を介して取得された各画像信号を別々に記憶する。
画像処理装置３２は、フレームメモリ３１に記憶された各画像信号に対して所定の画像処理を施す。

表示ユニット４は、画像処理装置３２を介して処理された画像を表示する。
生体５には、第１の蛍光物質である第１の蛍光薬剤及び第２の蛍光物質である第２の蛍光薬剤が蛍光プローブとして標識されている。図２中、５ａは生体５における蛍光薬剤集積部である。

このように構成された第一実施形態の蛍光内視鏡装置では、光源１ａを出射した光は、回転フィルタ１ｂから、第１の励起光、白色光、第２の励起光、白色光を一つのサイクルとして順に透過する。回転フィルタ１ｂを透過した夫々の光は、ライトガイド２３、照明光学系２１を経て観察対象である生体５を照射する。

ここで、生体５は、第１の励起光が照射されたときは、第１の蛍光物質集積部からピーク波長が５００ｎｍであって４７５ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域を持つ第１の蛍光を発する。
また、生体５は、白色光が照射されたときは、白色光を反射させる。
また、生体５は、第２の励起光が照射されたときは、第２の蛍光物質集積部からピーク波長が５２０ｎｍであって４７５ｎｍ〜６１５ｎｍの波長帯域を持つ第２の蛍光を発する。

生体５からの光は、撮像部２２の対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由し、第１及び第２の励起光が励起光カットフィルタ２２ｃで遮断されるとともに、それ以外の光が蛍光カットフィルタ２２ｃを透過して、撮像素子２２ｄの撮像面に結像する。撮像素子２２ｄは、結像された観察対象の画像を出力する。

これにより、フレームメモリ３１には、図５に示すようなタイミングで、第１の蛍光画像、白色光画像、第２の蛍光画像、白色光画像が１つのサイクルとして繰り返し記憶される。

フレームメモリ３１に記憶された夫々の画像は、表示ユニット４に表示される。
なお、表示ユニット４は、図６(a)に示すような白色光画像と、図６(b)〜(d)に示すような第１の蛍光画像及び第２の蛍光画像とを、夫々別の表示領域に（例えば、並列した状態に）表示してもよいし、あるいは、図６(e)〜(g)に示すように、白色光画像に対して、第１の蛍光画像と第２の蛍光画像のいずれかを重ね合わせて表示するように構成してもよい。

第一実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、第１の蛍光画像、白色光画像、第２の蛍光画像、白色光画像を１つのサイクルとして画像が連続的に撮像されるので、白色光画像のフレームレートは、第１の蛍光画像、第２の蛍光画像のフレームレートの２倍となり、また、１回の白色光画像の撮像から次の白色光画像の撮像までの時間的な間隔が短縮される。
このため、第一実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、白色光画像のコマ飛びを極力小さく抑えながら、白色光画像、第１及び第２の蛍光画像とを一つの観察モードで取得することができる。その結果、表示ユニット４に白色光画像を表示したときに、白色光画像を動画として見易くなり、観察対象の形態情報が把握し易くなる。
一方、夫々の蛍光画像はもともと形態のはっきりし難いぼんやりとした画像であって、白色光画像に重ね合わせて観察対象における病変部の位置情報を得るための画像であるため、フレームレートが減少して画像がコマ飛びを生じても、観察に与える影響は小さい。

第二実施形態
図７は本発明の第二実施形態にかかる蛍光内視鏡装置全体の構成を概略的に示すブロック図である。図８は図７の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は単板式のカラーＣＣＤに備わる各フィルタの透過波長帯域、(b)は励起光カットフィルタの透過波長帯域、(c)は第１の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域及び第２の励起光成分透過フィルタの透過波長帯域、(d)は白色光成分透過フィルタの透過波長帯域、(e)は第１の蛍光物質が発する第１の蛍光の波長帯域、第２の蛍光物質が発する第２の蛍光の波長帯域、第３の蛍光物質が発する第３の蛍光の波長帯域、第４の蛍光物質が発する第４の蛍光の波長帯域、(f)は可変分光素子が第１〜第４の状態のときにおける夫々の透過波長帯域を夫々示している。図９は図７の蛍光内視鏡装置に備わる回転フィルタにおける各フィルタの配置を示す説明図である。図１０は第二実施形態の蛍光内視鏡装置における白色光画像と複数種類の蛍光画像の取得タイミングを概念的に示す説明図である。なお、第一実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

第二実施形態の蛍光内視鏡装置は、光源部１は、光源１ａ’と回転フィルタ１ｂ’を有している。
光源１ａ’は、図８(d)に示す３９５ｎｍ〜７１５ｎｍの波長帯域を持つ白色光と、図８(c)に示すピーク波長が５２０ｎｍであって５１０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長帯域を持つ第１の蛍光を発する第１の蛍光物質（色素Ａ）を励起するとともに、ピーク波長が５５０ｎｍであって５４０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長帯域を持つ第２の蛍光を発する第２の蛍光物質（色素Ｂ）を励起するための４６０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯域を持つ第１の励起光と、ピーク波長が６９０ｎｍであって６８０ｎｍ〜７６０ｎｍの波長帯域を持つ第３の蛍光を発する第３の蛍光物質（色素Ｃ）を励起するとともに、ピーク波長が７７０ｎｍであって７６０ｎｍ〜８４０ｎｍの波長帯域を持つ第４の蛍光を発する第４の蛍光物質（色素Ｄ）を励起するための６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの波長帯域を持つ第２の励起光とを含む光を出射させるようになっている。

回転フィルタ１ｂ’は、図９に示すように、２つの白色光成分透過フィルタ１ｂ２’，１ｂ４’と、第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１’と、第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３’を同一の円周方向に備えている。
白色光成分透過フィルタ１ｂ２’，１ｂ４’は、光源１ａ’を出射した光のうち、図８(d)に示すように、白色光成分を透過させる光学特性を有している。
第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１’は、光源１ａ’を出射した光のうち、図８(c)に示す第１の励起光成分を透過させる光学特性を有している。
第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３’は、光源１ａ’を出射した光のうち、図８(c)に示す第２の励起光成分を透過させる光学特性を有している。
また、回転フィルタ１ｂ’において、夫々の白色光成分透過フィルタ１ｂ２’，１ｂ４’は、第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１’と第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３’との間に位置するように配置されている。

撮像光学系２２は、対物光学系２２ａと、結像光学系２２ｂと、光路分割手段２２ｅ’と、白色光撮像素子２２ｄ１’と、可変分光素子２２ｆ’と、励起カットフィルタ２２ｃ’と、蛍光撮像素子２２ｄ２’を有し、本発明における撮像部としての機能を有し、生体５からの画像を取得することができるように構成されている。

光路分割手段２２ｅ’は、ビームスプリッタからなる。ビームスプリッタ２２ｅ’は、例えば反射率２０％のミラーである。

白色光撮像素子２２ｄ１’は、モザイクフィルタ（図示省略）と、単板式イメージセンサ（図示省略）とを備えた単板式のカラーＣＣＤで構成され、光路分割手段２２ｅ’により反射される光路上に配置されている。モザイクフィルタは、図８(a)に示すように、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域において、Ｂ（３７５ｎｍ〜５００ｎｍ）の波長帯域の光を透過させるフィルタ（図示省略）と、Ｇ（４７０ｎｍ〜５９０ｎｍ）の波長帯域の光を透過させるフィルタ（図示省略）と、Ｒ（５６０ｎｍ以上）の波長帯域の光を透過させるフィルタを、図３(a)に示した第一実施形態の蛍光内視鏡装置に用いられている撮像素子２２ｄに備わるモザイクフィルタと同様、モザイク状に多数配置して構成されている。

蛍光撮像素子２２ｄ２’は、単板式の白黒ＣＣＤで構成され、光路分割手段２２ｅ’を透過する光路上に配置されている。

励起光カットフィルタ２２ｃ’は、光路分割手段２２ｅ’と蛍光撮像素子２２ｄ２’との間に配置され、図８(b)に示すように、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域において、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長帯域の光、及び６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの光をカットし、それ以外の波長帯域の光を透過させる光学特性を有している。

可変分光素子２２ｆ’は、光路分割手段２２ｅ’と励起光カットフィルタ２２ｃ’との間に配置されている。なお、可変分光素子２２ｆ’は、励起光カットフィルタ２２ｃ’と蛍光撮像素子２２ｄ２’との間に配置してもよい。
可変分光素子２２ｆ’は、対向配置された２つの反射コートが施された光学基板（図示省略）と２つの光学基板の対向面に設けられた面間センサ（図示省略）と、２つの光学基板間の間隔を変動させるアクチュエータ（図示省略）を有して構成された、いわゆる公知の透過波長可変エタロンであり、この２つの光学基板の間隔を変えることにより透過スペクトルを変化できる機能を備えている。
そして、可変分光素子２２ｆ’は、回転フィルタ１ｂ’の回転ごとに、第１の蛍光のみを透過させる第１の状態と第３の蛍光のみを透過させる第３の状態とに切替える第１の分光モードと、第２の蛍光のみを透過させる第２の状態と第４の蛍光のみを透過させる第４の状態とに切替える第２の分光モードとに分光モードを切り替えるように構成されている。

詳しくは、図１０に示すように、例えば、回転フィルタ１ｂ’の１回転目において、可変分光素子２２ｆ’は、第１の分光モードでの分光制御を行う。第１の分光モードでは、可変分光素子２２ｆ’は、白色光成分透過フィルタ１ｂ４’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を変動させる。次いで、第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を第１の間隔に固定して第１の蛍光のみを透過させる（第１の状態）。次いで、白色光成分透過フィルタ１ｂ２’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を変動させる。次いで、第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を第３の面間隔に固定して第３の蛍光のみを透過させる（第３の状態）。

回転フィルタ１ｂ’の次の回転（２回転目）において、可変分光素子２２ｆ’は、第２の分光モードでの分光制御を行う。第２の分光モードでは、可変分光素子２２ｆ’は、白色光成分透過フィルタ１ｂ４’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を変動させる。次いで、第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を第２の間隔に固定して第２の蛍光のみを透過させる（第２の状態）。次いで、白色光成分透過フィルタ１ｂ２’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を変動させる。次いで、第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３’が光源部１の光路上に位置するときに、可変分光素子２２ｆ’に設けられている２つの光学基板（図示省略）の間隔を第４の面間隔に固定して第４の蛍光のみを透過させる（第４の状態）。

画像処理部３は、フレームメモリ３１’と、画像処理装置３２を有している。
フレームメモリ３１’は、白色光画像フレームメモリ３１₁’と、第１の蛍光画像フレームメモリ３１₂’と、第２の蛍光画像フレームメモリ３１₃’と、第３の蛍光画像フレームメモリ３１₄’と、第４の蛍光画像フレームメモリ３１₅’を有している。
白色光画像フレームメモリ３１₁’、第１の蛍光画像フレームメモリ３１₂’、第２の蛍光画像フレームメモリ３１₃’、第３の蛍光画像フレームメモリ３１₄’、第４の蛍光画像フレームメモリ３１₅’は、夫々が、撮像光学系２２を介して取得された各画像信号を別々に記憶する。
画像処理装置３２は、フレームメモリ３１’に記憶された各画像信号に対して所定の画像処理を施す。

生体５には、第１の蛍光物質である第１の蛍光薬剤、第２の蛍光物質である第２の蛍光薬剤、第３の蛍光物質である第３の蛍光薬剤及び第４の蛍光物質である第４の蛍光薬剤が蛍光プローブとして標識されている。図７中、５ａは生体５における蛍光薬剤集積部である。

このように構成された第二実施形態の蛍光内視鏡装置では、光源１ａ’を出射した光は、回転フィルタ１ｂ’から、白色光、第１の励起光、白色光、第２の励起光を一つのサイクルとして順に透過する。回転フィルタ１ｂ’を透過した夫々の光は、ライトガイド２３、照明光学系２１を経て観察対象である生体５を照射する。

ここで、生体５は、第１の励起光が照射されたときは、第１の蛍光物質集積部からピーク波長が５２０ｎｍであって５１０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長帯域を持つ第１の蛍光を発するとともに、第２の蛍光物質集積部からピーク波長が５５０ｎｍであって５４０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長帯域を持つ第２の蛍光を発する。
また、生体５は、白色光が照射されたときは、白色光を反射させる。
また、生体５は、第２の励起光が照射されたときは、第３の蛍光物質集積部からピーク波長が６９０ｎｍであって６８０ｎｍ〜７６０ｎｍの波長帯域を持つ第３の蛍光を発するとともに、第４の蛍光物質集積部からピーク波長が７７０ｎｍであって７６０ｎｍ〜８４０ｎｍの波長帯域を持つ第４の蛍光を発する。

生体５からの光は、撮像部２２の対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由し、光路分割手段２２ｅ’に入射する。光路分割手段２２ｅ'に入射した光のうち、白色光は、光路分割手段２２ｅ’で反射し、白色光撮像素子２２ｄ１’の撮像面に結像する。白色光撮像素子２２ｄ１’は、結像された観察対象の白色光画像を出力する。

一方、第１〜第４の蛍光は、光路分割手段２２ｅ’を透過し、可変分光素子２２ｆ’に入射する。可変分光素子２２ｆ’は、上述したように、回転フィルタ１ｂ’が１回転するごとに、第１の分光モードと第２の分光モードとに分光モードを切り替えて、１回転目では第１の蛍光と第３の蛍光とに、２回転目では第２の蛍光と第４の蛍光とに、夫々透過波長を切り替える。可変分光素子２２ｆ’を透過した光は、励起光カットフィルタ２２ｃ’に入射し、第１及び第２の励起光が励起光カットフィルタ２２ｃ’で遮断されるとともに、それ以外の光が蛍光カットフィルタ２２ｃを透過して、蛍光撮像素子２２ｄ２’の撮像面に結像する。蛍光撮像素子２２ｄ２’は、結像された観察対象の蛍光画像を出力する。

これにより、フレームメモリ３１’には、図１０に示すようなタイミングで、第１の蛍光画像、白色光画像、第３の蛍光画像、白色光画像、第２の蛍光画像、白色光画像、第４の蛍光画像、白色光画像が１つのサイクルとして繰り返し記憶される。

フレームメモリ３１’に記憶された夫々の画像は、表示ユニット４に表示される。
なお、表示ユニット４は、図６に示したのと同様に、白色光画像と第１の蛍光画像〜第４の蛍光画像を、夫々別の表示領域に（例えば、並列した状態に）表示してもよいし、あるいは、白色光画像に対して、第１の蛍光画像〜第４の蛍光画像のいずれかを重ね合わせて表示するように構成してもよい。

第二実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、第１の蛍光画像、白色光画像、第３の蛍光画像、白色光画像、第２の蛍光画像、白色光画像、第４の蛍光画像、白色光画像を１つのサイクルとして画像が連続的に撮像されるので、白色光画像のフレームレートは、第１の蛍光画像、第２の蛍光画像、第３の蛍光画像、第４の蛍光画像のフレームレートの４倍となり、また、１回の白色光画像の撮像から次の白色光画像の撮像までの時間的な間隔が短縮される。
このため、第二実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、白色光画像のフレームレート低下を極力小さく抑えながら、白色光画像、第１〜第４の蛍光画像とを一つの観察モードで取得することができる。その結果、表示ユニット４に白色光画像を表示したときに、白色光画像を動画として見易くなり、観察対象の形態情報が把握し易くなる。
また、第二実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、可変分光素子２２ｆ'を用いて、透過させる蛍光の切り替えを行うようにしたので、波長帯域領域が近接し共通の励起波長によって夫々蛍光を発する複数の蛍光物質からの蛍光画像を夫々別個に取得することができ、回転フィルタに配置する白色光成分透過以外の励起光成分透過フィルタの個数を少なく抑えることができるので、その分、白色光画像のフレームレート低下をより小さく抑えることができる。

以上、本発明の蛍光内視鏡装置の実施形態及び実施例を説明したが、本発明の蛍光内視鏡装置は、これらに限定されるものではない。例えば、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と同様の構成において、図１１に示すように、回転フィルタ１ｂを、３つの白色光成分透過フィルタ１ｂ２，１ｂ４，１ｂ６と、第１の励起光成分透過フィルタ１ｂ１と、第２の励起光成分透過フィルタ１ｂ３と、第３の励起光成分透過フィルタ１ｂ５を同一の円周方向に備えた構成とし、図１２に示すような取得タイミングで、白色光画像と３種類の蛍光画像を取得するようにしてもよい。また、例えば、各実施形態及び実施例における特徴的な構成を組み合わせたものであってもよい。

本発明の蛍光内視鏡装置は、生体組織に励起光を照射し前記生体組織から発生する蛍光により生体組織の病変部を観察する蛍光内視鏡装置に有用である。

１光源部
１ａ、１ａ’ 光源
１ｂ、１ｂ’ 回転フィルタ
１ｂ１、１ｂ１’ 第１の励起光成分透過フィルタ
１ｂ２、１ｂ４、１ｂ６、１ｂ２’、１ｂ４’ 白色光成分透過フィルタ
１ｂ３、１ｂ３’ 第２の励起光成分透過フィルタ
１ｂ５第３の励起光成分透過フィルタ
２内視鏡先端挿入部
２１照明光学系
２２撮像光学系
２２ａ対物光学系
２２ｂ結像光学系
２２ｃ，２２ｃ’ 励起光カットフィルタ
２２ｄ撮像素子
２２ｄ１’ 白色光撮像素子
２２ｄ２’ 蛍光撮像素子
２２ｅ’ 光路分割手段
２２ｆ’ 可変分光素子
２３ライトガイド
３画像処理部
３１、３１’ フレームメモリ
３１₁、３１₁’ 白色光画像フレームメモリ
３１₂、３１₂’ 第１の蛍光画像フレームメモリ
３１₃、３１₃’ 第２の蛍光画像フレームメモリ
３１₄’ 第３の蛍光画像フレームメモリ
３１₅’ 第４の蛍光画像フレームメモリ
３２画像処理装置
４表示ユニット
５生体
５ａ蛍光薬剤集積部

Claims

観察対象の形態を観察するための白色光と該観察対象内に存在する複数種類の蛍光物質を励起するための複数種類の励起光とを含む光を出射させる光源と、
前記光源を出射した光のうち前記白色光成分を透過させる白色光成分透過部と該光源を出射した光のうち前記複数種類の励起光成分をそれぞれ透過させる複数種類の励起光成分透過部とを同一の円周方向に備えてなる回転フィルタと、
前記観察対象で反射した白色光と該観察対象が発した複数種類の蛍光を夫々受光し、前記白色光による白色光画像と前記複数種類の蛍光による複数の蛍光画像を夫々出力する撮像部を有し、
前記撮像部で出力される前記白色光画像のフレームレートが夫々の前記蛍光画像のフレームレートよりも大きくなるようにしたことを特徴とする蛍光内視鏡装置。
前記回転フィルタが、複数個の白色光成分透過部を有し、
夫々の前記白色光成分透過部が、異なる前記励起光成分透過部の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光内視鏡装置。
前記撮像部は、
前記観察対象からの光を前記白色光の光路と前記複数種類の蛍光の光路との２光路に分割する光路分割手段と、
前記光路分割手段により分割された前記白色光の光路上に配置された白色光撮像素子と、前記光路分割手段により分割された前記複数種類の蛍光の光路上に配置された蛍光撮像素子と、
前記光路分割手段と前記蛍光撮像素子との間に配置された可変分光素子
を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光内視鏡装置。
前記光源が、前記白色光と前記観察対象内に存在する第１の蛍光物質を励起するための第１の励起光と該観察対象内に存在する第２の蛍光物質を励起するための第２の励起光とを含む光を出射させるように構成され、
前記回転フィルタが、２つの前記白色光成分透過部と前記光源を出射した光のうち第１の励起光成分を透過させる第１の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第２の励起光成分を透過させる第２の励起光成分透過部とを有し、
夫々の前記白色光成分透過部が、前記第１の励起光成分透過部と前記第２の励起光成分透過部との間に位置するように配置され、
前記撮像部は、前記回転フィルタの１回転ごとに、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第１の蛍光画像と、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第２の蛍光画像とを、時系列に出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蛍光内視鏡装置。
前記光源が、前記白色光と前記観察対象内に存在する第１の蛍光物質及び第２の蛍光物質を励起するための第１の励起光と該観察対象内に存在する第３の蛍光物質及び第４の蛍光物質を励起するための第２の励起光とを含む光を出射させるように構成され、
前記回転フィルタが、２つの前記白色光成分透過部と前記光源を出射した光のうち第１の励起光成分を透過させる第１の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第２の励起光成分を透過させる第２の励起光成分透過部とを有し、
夫々の前記白色光成分透過部が、前記第１の励起光成分透過部と前記第２の励起光成分透過部との間に位置するように配置され、
前記白色光撮像素子が、前記回転フィルタの１回転ごとに、前記白色光画像を２フレーム出力し、
前記可変分光素子が、前記回転フィルタの１回転ごとに、第１の蛍光のみを透過させる第１の状態と第３の蛍光のみを透過させる第３の状態とに切替える第１の分光モードと、第２の蛍光のみを透過させる第２の状態と第４の蛍光のみを透過させる第４の状態とに切替える第２の分光モードと分光モードとに分光モードを切り替え、
前記蛍光撮像素子が、前記回転フィルタの１回転ごとに、前記可変分光素子により切り替えられた分光モードに対応して、１フレームの前記第１の蛍光画像と１フレームの前記第３の蛍光画像、又は、１フレームの前記第２の蛍光画像と１フレームの前記第４の蛍光画像を出力することを特徴とする請求項３に記載の蛍光内視鏡装置。
前記光源が、前記白色光と前記観察対象内に存在する第１の蛍光物質を励起するための第１の励起光と該観察対象内に存在する第２の蛍光物質を励起するための第２の励起光とを含む光と該観察対象内に存在する第３の蛍光物質を励起するための第３の励起光とを出射させるように構成され、
前記回転フィルタが、３個の前記白色光成分透過部と前記光源を出射した光のうち第１の励起光成分を透過させる第１の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第２の励起光成分を透過させる第２の励起光成分透過部と該光源を出射した光のうち第３の励起光成分を透過させる第３の励起光成分透過部とを有し、
夫々の前記白色光成分透過部が、前記第１の励起光成分透過部と前記第２の励起光成分透過部との間、該第２の励起光成分透過部と前記第３の励起光成分透過部との間、該第３の励起光成分透過部と該第１の励起光成分透過部との間に位置するように配置され、
前記撮像部は、前記回転フィルタの１回転ごとに、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第１の蛍光画像と、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第２の蛍光画像と、１フレームの前記白色光画像と、１フレームの前記第３の蛍光画像とを、時系列に出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蛍光内視鏡装置。