JP5584601B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、特殊光観察可能な内視鏡装置の発光制御及び撮像制御に関するものである。

近年、特殊光観察可能な内視鏡装置を用いて、ＰＤＤ（Photodynamic Diagnosis：光線力学的診断）と称される診断や、ＰＤＤによって診断を行った腫瘍組織等の病変に対してＰＤＴ（Photodynamic Therapy：光線力学的治療）と称される治療が行われている。

ＰＤＤでは、ヘマトポルフィリン誘導体等の光感受性物質を腫瘍組織に予め蓄積させておき、腫瘍組織に４０５ｎｍ近傍の青色光を励起光として照射する。励起光を照射すると、光感受性物質から波長６３５ｎｍの赤色光が蛍光光として発生する。そして、発生した蛍光光を観察することにより、腫瘍組織の位置や大きさを特定することができる。ＰＤＤでは、従来、通常光として白色光を照射して撮像した画像では把握が困難であった治療位置の識別性を向上させることができる。

ＰＤＤで用いる光感受性物質は、例えば６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色光を照射すると腫瘍組織内に活性酸素が発生することが知られている。このような現象を利用し、ＰＤＴでは、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色のＰＤＴ光を治療光として腫瘍組織に照射し、活性酸素の殺細胞作用によって腫瘍組織を消滅させる。ＰＤＴは、腫瘍組織の大きさや治療光のパワーにもよるが、概ね１０分程度と、電子内視鏡を用いた治療としては比較的長い治療時間を要する。

ところで、ＰＤＴで照射される治療光は、通常光と比較して極めて高出力のものが用いられる。このため、治療光を照射しながら通常光を照射して被写体内を撮像すると、いわゆるハレーションが生じて治療光の照射位置やその周辺が白くぼやけることがあり、ＰＤＴによる治療中に被写体内を観察することは困難になる。また、上述したように、ＰＤＤで観察する蛍光光は治療光と同程度の波長帯であり、蛍光光及び治療光ともに赤色光であることから、各光を区別することが困難であり、ＰＤＤとＰＤＴを同時に行うことができない。しかし、例えば、被検体が動く、あるいは術者の手ブレで内視鏡の挿入部が動くなどの要因で治療光の照射位置が移動してしまうことがある。このためＰＤＴによる治療中にも治療光の照射位置を確認できるようにすることが望まれている。

こうしたことから、特許文献１には、第１フィールド期間でＰＤＴを行い、第２フィールド期間でＰＤＤを行うことで、１フレーム期間中にＰＤＴとＰＤＤを両立させ、腫瘍組織の位置をＰＤＤによって特定しながらＰＤＴを行うことが提案されている。また、特許文献２では、通常光による通常光撮像、ＰＤＤ、ＰＤＴを１フレーム期間が経過するごとに順に行い、ＰＤＴを行うフレーム期間では１フレーム期間の途中で蓄積電荷をリセットすることによりハレーションを抑えた撮像を行うことが提案されている。

また、前述のように光感受性物質を腫瘍組織に予め蓄積させることなく、腫瘍組織に４０５ｎｍ近傍の青色光を励起光として照射しても、組織自体が緑色の自家蛍光光を発生することが、ＡＦＩ（Auto-Fluorescence Imaging）として知られている。

特開２００６−１３０１８３号公報 特開２００６−０９４９０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明の構成、及び特許文献２に記載の発明の構成を実現すると、通常光撮影の場合とＰＤＤ光撮影の場合とのそれぞれにおいて、最適な露光光量を実現することが困難であった。
また、この問題は、特許文献１及び２のように、光源としてキセノンランプを前提として考えており、露光光量を機械絞りによって調節しているために起こる問題であるが、問題となるのはそれだけではなく、例えば、優れた応答性能を備えるレーザ光源を使用した場合によっても、撮像素子側の電子シャッタの制御の応答遅れの問題から実現することが困難であった。

一般的な内視鏡装置において、光源及び内視鏡（スコープ）は、プロセッサからの指示により動作する。図１１に示すように、プロセッサ内には、露光条件（露光時間及び露光光の強度）の演算等を行うメインＣＰＵと内視鏡との通信を行う（３）サブＣＰＵとがあり、内視鏡内には、撮像素子の露光時間の調整や、撮像信号のゲイン調整に対する指示を行う（４）スコープＣＰＵがある。
そして、メインＣＰＵと（３）サブＣＰＵとの間の通信は、（１）シリアル通信であり、また、（３）サブＣＰＵと（４）スコープＣＰＵとの間の通信も、（２）シリアル通信であるため、プロセッサと内視鏡との間では通信速度がそれほど出ない。

本課題は、例えば、図１２に示すように、白色光と励起光とをフレーム毎に交互に切り替えて照射し、撮像素子側の露光時間をフレーム毎に切り替えることで解決することも可能である。
しかし、この場合、プロセッサのメインＣＰＵで算出した露光条件に基づいて撮像素子側の露光時間を調整するためには、１フレーム中に、（１）、（２）シリアル通信に加えて、（３）サブＣＰＵでの演算、（４）スコープＣＰＵでの演算を行い、更に撮像素子の電子シャッタの設定（Ｈ／Ｗ設定）を終わらせる必要がある。
図１３に示す「ＯＫ時」のように、１フレーム中に全ての処理が終了すればよいが、（１）、（２）のシリアル通信は通信速度が遅く、また、（３）サブＣＰＵ、（４）スコープＣＰＵでは、様々な割り込み処理が入る可能性があるため、実際には、「ＮＧ時」に示すとおり、（３）サブＣＰＵ、（４）スコープＣＰＵでの処理が長く掛かり、１フレーム内に処理が終わらない場合がある。このように１フレーム処理が遅れた場合、白色光観察のみであれば特に問題とならないが、白色光観察とＰＤＤ光による蛍光観察とを交互に行うような場合には、それぞれの観察において画像処理を切り替えているため、この遅れが致命的な欠陥となる。

そして、光源の発光強度及び発光時間を調整する場合、図１１に示すように、プロセッサと光源（光源ＣＰＵ）との間では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によるリアルタイム通信が行われており、メインＣＰＵと光源ＣＰＵとが直接通信を行っているため、図１３の場合と異なり図１４に示すように、前述のような処理遅れの問題は発生しない。

なお、通常光撮影と自家蛍光撮影（ＡＦＩ）とをそれぞれ切り替えて行う場合においても、基本的な構成はＰＤＤ光撮影の場合と同じであるため、ＰＤＤ光撮影の場合と同じ課題が存在していた。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、通常光撮影とＰＤＤ光撮影、及び通常光撮影と自家蛍光撮影（ＡＦＩ）それぞれ切り替えて行う場合において、最適な露光光量を実現することを目的とする。
また、ＰＤＴを行う際に、通常光撮影された撮像画像において、ＰＤＴ光の照射範囲を確認でき、ＰＤＤ光撮影された撮像画像によりＰＤＴの治療経過を確認しつつ、ＰＤＴを行うことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、可視領域を含む波長帯域を持つ広帯域光を出射する第１の光源部と、被写体とする生体の構造・成分の分光スペクトル特性に応じて狭帯域化された波長帯域幅を持つ狭帯域光を出射する第２の光源部と、前記第１の光源部及び前記第２の光源部の各発光及び前記広帯域光及び前記狭帯域光の前記被写体への各照射光量を制御する光源制御部と、前記第１の光源部から照射された前記広帯域光の前記被写体からの戻り光、及び前記第２の光源部から照射された前記狭帯域光に応じて前記被写体から発生する蛍光光により、それぞれ前記被写体の通常光画像及び蛍光画像をフレーム毎に撮像し、画像情報を各フレーム毎に出力する撮像部と、該撮像部の各フレーム毎の撮像において、前記蛍光光による撮像が所要の露光光量となるように、前記蛍光光の強度に応じて前記フレーム内における撮像時間を決定する撮像時間決定部と、該撮像時間決定部で決定された前記撮像時間で各フレーム毎に撮像が行われるように前記撮像部を制御する撮像制御部と、前記撮像時間内において前記広帯域光による撮像が所要の露光光量となるように、前記第１の光源の発光条件を決定する発光条件決定部と、を有し、前記光源制御部は、１つのフレームを第１のフレームとするとき、該第１のフレームにおいて、前記発光条件決定部で決定された前記第１の光源の前記発光条件で前記第１の光源部を発光させて前記広帯域光を出射し、前記第１のフレームに続く次の第２のフレームにおいて前記第２の光源部を発光させて前記狭帯域光を出射するように、前記第１の光源部及び前記第２の光源部を制御し、前記撮像部による前記第１のフレームの前記広帯域光による前記被写体の前記通常光画像の撮像と前記第２のフレームの前記狭帯域光により発生する前記蛍光光による前記被写体の前記蛍光画像の撮像とを少なくとも含む一連の撮像として順次に繰り返すことを特徴とする内視鏡装置を提供する。

また、前記光源制御部は、前記広帯域光及び前記狭帯域光の前記被写体への各照射光量を制御するために、前記第１の光源部から出射される前記広帯域光の発光時間及び発光強度の少なくとも一方、及び前記第２の光源部から出射される前記狭帯域光の発光時間及び発光強度の少なくとも一方を制御することが好ましい。

また、前記撮像時間決定部は、前記蛍光光による前記被写体の撮像が適正に行えるように、前記撮像部における前記撮像時間を決定するものであり、
前記蛍光光による前記所要の露光光量は、前記蛍光光の強度と前記撮影時間とによって定まるものであることが好ましい。

また、前記撮像時間は、前記撮像部における電子シャッタの開放時間であることが好ましい。

また、前記撮像部は、撮像素子を含み、前記撮像時間は、前記撮像素子の蓄積時間であることが好ましい。

また、前記発光条件決定部は、前記撮像部において前記撮像時間内に前記広帯域光による前記被写体の撮像が適正に行える前記所要の露光光量となるように、前記第１の光源の前記発光条件を決定するものであることが好ましい。

また、前記発光条件決定部は、前記撮像時間内において、前記広帯域光による前記所要の露光光量となるように、前記第１の光源の発光時間及び発光強度の少なくとも一方を決定するものであり、前記広帯域光による前記所要の露光光量は、前記広帯域光の強度と前記撮影時間とによって定まるものであることが好ましい。

また、前記第２の光源部から照射される前記狭帯域光は、前記被写体内の治療対象部位に予め投与された薬品に作用する波長であり、前記狭帯域光の照射に応じて前記被写体から発生する前記蛍光光は、前記狭帯域光により励起された、前記治療対象部位に蓄積された前記薬品の蛍光光であり、前記第２のフレームの撮影は、前記治療対象部位から発生する前記薬品の蛍光光を撮像する光線力学的診断用撮影であることが好ましい。

さらに、前記被写体内の治療対象部位に予め投与された薬品に作用して前記治療対象部位を治療する赤色光を照射する第３の光源部と、を有し、前記光源制御部は、前記第１のフレームにおいて、前記第１の光源部から前記広帯域光を前記被写体に照射すると同時に、前記第３の光源部を前記第１の光源部の発光時間よりも短時間または前記第１の光源部の発光強度よりも弱い強度で発光させて前記赤色光を出射し、前記第２のフレームにおいて、前記第２の光源部から前記狭帯域光を前記被写体に照射し、前記第２のフレームに続く前記第３のフレームにおいて、前記第３の光源部から前記赤色光を照射するように、前記第１の光源部及び前記第２の光源部に加えて、前記第３の光源部の発光及び前記赤色光の前記被写体への照射光量を制御し、前記撮像部による、前記第１のフレームの前記広帯域光による前記被写体の前記通常光画像に前記赤色光の照射範囲が重畳した重畳画像の撮像と、前記第２のフレームの前記蛍光光による前記被写体の前記蛍光画像の撮像とを少なくとも含む一連の撮像と、前記第３の光源部からの前記赤色光の照射とを順次繰り返すことが好ましい。

また、前記第２の光源部からの前記狭帯域光は、中心波長を４０５ｎｍとする青紫色レーザ光であり、前記第３の光源部からの前記赤色光は、中心波長を６３０ｎｍとする赤色レーザ光であることが好ましい。

また、前記第２の光源部から照射される前記狭帯域光は、被写体組織の自家蛍光観察に用いられる波長であり、前記第２のフレームの撮影は、前記狭帯域光により励起された、前記被写体の自家蛍光光を撮像する自家蛍光撮影であることが好ましい。

本発明によれば、通常光撮影とＰＤＤ光撮影、及び通常光撮影と自家蛍光撮影（ＡＦＩ）をそれぞれ切り替えて行う場合において、それぞれの撮影に最適な露光を実現し、それぞれの撮影において最適な撮像画像を得ることができる。
また、通常光撮影された撮像画像において、ＰＤＴ光の照射範囲を確認でき、ＰＤＤ光撮影された撮像画像により治療経過を確認しつつ、ＰＤＴを行うことができる。

本発明に係る内視鏡装置の構成を示す外観図である。 本発明に係る内視鏡装置の内部構成を示すブロック図である。 ＬＤ（レーザダイオード）を光源として用いた内視鏡の先端部の正面図である。 ＬＤを光源として用いた内視鏡の投光ユニットの縦断面図である。 励起光、蛍光光、治療光の波長を薬剤毎に比較した表である。 本発明の第１の撮影モードのステップを示すフローチャートである。 本発明の第１の撮影モードに係る、白色照明光、ＰＤＤ励起光、及び電子シャッタのタイミングチャートである。 本発明の第２の撮影モードのステップを示すフローチャートである。 本発明の第２の撮影モードに係る、白色照明光、ＰＤＤ励起光、ＰＤＴ光、及び電子シャッタのタイミングチャートである。 本発明の第３の撮影モードに係る、白色照明光、ＡＦＩ励起光、及び電子シャッタのタイミングチャートである。 本発明を含む一般的な内視鏡装置の情報伝達構成を示すブロック図である。 撮像素子の露光時間を可変とした場合の、白色照明光、ＰＤＤ励起光、及び電子シャッタのタイミングチャートである。 一般的な内視鏡装置において、撮像素子の露光時間を変更した場合の各要素の処理時間を示すタイミングチャートである。 一般的な内視鏡装置において、光源の発光時間及び発光強度を変更した場合の各要素の処理時間を示すタイミングチャートである。

本発明に係る内視鏡装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係る内視鏡装置１１は、内視鏡１２、プロセッサ装置１３、及び光源装置１４からなる。

内視鏡１２は、被写体の体内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に連結された操作部１７と、プロセッサ装置１３及び光源装置１４に接続されるコネクタ１８と、操作部１７−コネクタ１８間を繋ぐユニバーサルコード１９とを有する。挿入部１６の先端（以下、先端部という）２０内には被写体内撮像用のＣＣＤ型イメージセンサ（図２参照。以下、ＣＣＤという）２１が設けられている。

操作部１７には、先端部２０を上下左右に湾曲させるためのアングルノブや挿入部１６の先端からエアーや水を噴出させるための送気／送水ボタン、観察画像を静止画像記録するためのレリーズボタン、モニタ２２に表示された観察画像の拡大／縮小を指示するズームボタン、通常光による観察とＰＤＤ光による蛍光観察との切り替えを行うボタンが設けられている。また、操作部１７の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口２３が設けられている。

プロセッサ装置１３は光源装置１４と電気的に接続されており、内視鏡装置全体の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１３は、ユニバーサルコード１９や挿入部１６内に挿通された伝送ケーブルを介して内視鏡１２に給電を行い、ＣＣＤ２１の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１３は、伝送ケーブルを介してＣＣＤ２１から出力された撮像信号を取得し、各種画像処理を施して画像データを生成する。モニタ２２からはプロセッサ装置１３で生成された画像データに基づいて観察画像が表示される。

図２は、図１の本発明に係る内視鏡装置の内部構成を表すブロック図である。図２に示すように、内視鏡１２の内視鏡先端部２０には、被観察領域へ光を照射する２つの照射窓３８Ａ、３８Ｂと、被観察領域からの反射光ないし蛍光光を撮像する観察窓４０が配置されている。観察窓４０の奥には対物光学系４４が設けられている。対物光学系４４は、レンズ群及びプリズムからなる。観察窓４０から入射した被写体内の像はＣＣＤ２１の撮像面で結像される。

ＣＣＤ２１は、対物光学系４４によって撮像面に結像された被写体内の像を光電変換する。ＣＣＤ２１は、複数の画素を有し、各画素は入射光量に応じた画素値である撮像信号を出力する。撮像面は、中央の受光部と、受光部を囲むように設けられたオプティカルブラックとからなる。受光部には、複数の色セグメントからなるカラーフィルタが形成された画素が配列されている。カラーフィルタとしては、例えばベイヤー配列の原色（ＲＧＢ）あるいは補色（ＣＭＹ又はＣＭＹＧ）カラーフィルタが用いられている。オプティカルブラックには、遮光膜によって遮光された画素が配列されている。オプティカルブラックは暗電流ノイズに応じた撮像信号を出力する。従って、ＣＣＤ２１が出力する撮像信号には、受光部の画素から出力される撮像信号とオプティカルブラックの画素から出力される撮像信号とが含まれる。受光部の画素から出力される撮像信号は、観察画像の生成に用いられ、オプティカルブラックの画素から出力される撮像信号は、受光部の画素から出力される撮像信号の暗電流補正に用いられる。

光源装置１４からの照明光は、ユニバーサルコード１９及び挿入部１６に挿通されたライトガイド４２Ａ〜４２Ｄによって導光される。ライトガイドとしては、例えば複数の石英製光ファイバを巻回テープ等でバンドル化したものを用いている。ライトガイド４２Ｂ、４２Ｃの出射端には蛍光体６０が配置され、ライトガイド４２Ａ、４２Ｄの出射端には光拡散部材６１が配置されている。ライトガイド４２Ｂ、４２Ｃで導かれた励起光は、ライトガイド先端に設けられた蛍光体６０を励起し、それぞれの照明窓を介して被写体内に白色光として照射される。

操作部１７やユニバーサルコード１９、コネクタ１８内には、スコープＣＰＵ３４、タイミングジェネレータ（以下、ＴＧ）３５、撮像後にＣＣＤ２１からの撮像画像の画像信号の信号処理系として、アナログ信号である撮像画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）や自動利得制御（ＡＧＣ）を行うためのＣＤＳ・ＡＧＣ回路３６と、ＣＤＳ・ＡＧＣ回路３６でサンプリングと利得制御が行われたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）３７とを有する。Ａ／Ｄ変換器３７でＡ／Ｄ変換されたデジタル画像信号は、コネクタ部１８Ｂを介してプロセッサ１６のサブＣＰＵ５３に入力され、画像処理部５４に入力される。

スコープＣＰＵ３４は、プロセッサ１３のサブＣＰＵ５３とのシリアル通信により、プロセッサ１３の制御部５２の演算結果を受けて、ＴＧ３５への動作信号の入力、ＣＣＤ２１の撮像時間、ＣＤＳ・ＡＧＣ回路３６におけるゲイン調整などを行う。

ＴＧ３５は、ＣＣＤ２１にクロック信号を与える。ＣＣＤ２１は、ＴＧ３５から入力されたクロックに応じてＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号電荷を蓄積して所定のフレームレートで撮像動作を行い、撮像信号を出力する。また、ＣＣＤ２１の撮像時間、つまり、信号電荷の蓄積時間は電子シャッタにより調整される。また、スコープＣＰＵ３４は、プロセッサ装置１３のサブＣＰＵ５３から入力される動作信号に基づいてＴＧ３５を駆動する。

ＣＣＤ２１から出力される撮像信号はアナログ信号であるため、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、自動ゲイン調節（ＡＧＣ）回路（ＣＤＳ・ＡＧＣ）３６によってノイズ除去処理やゲイン補正処理が施され、Ａ／Ｄ変換器３７によってデジタル信号とされる。具体的には、ＣＤＳは、ＣＣＤ２１が出力する撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ２１を駆動することによって生じるノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによってノイズが除去された撮像信号を増幅する。スコープＣＰＵは、プロセッサ装置１３のサブＣＰＵ５３から入力される動作信号に基づいて、ＡＧＣ回路による撮像信号の増幅率（ゲイン）を調節する。Ａ／Ｄ変換器３７は、ＡＧＣで撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換する。

ＣＣＤ２１、ＣＤＳ・ＡＧＣ３６及びＡ／Ｄ変換器３７は、後述する観察窓４０及び対物光学系４４も含め、本発明における撮像部として動作し、スコープＣＰＵ３４及びＴＧ３５は、本発明における撮像制御部として動作する。また、スコープＣＰＵ３４は、撮像信号及びフレームレートに基づいてＣＣＤ２１の撮像時間を決定する本発明の撮像時間決定部として動作する。

プロセッサ装置１３は、制御部（メインＣＰＵ）５２、サブＣＰＵ５３、画像処理部５４、記憶部５６を有する。
記憶部５６には、プロセッサ装置１３の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）や各種データ（グラフィックデータ等）が格納されている。また、記録部５６には、制御部５２が操作部４３やＬＡＮ等のネットワークより取得した検査日時、被検体や術者の情報等の文字情報と言った検査毎に変わる情報が書き込まれる。

制御部５２は、操作部１７及び入力装置４３の操作を受けて、記憶部５６から必要なプログラムやデータを読み出し、また、読み出したプログラムを逐次処理することによって、プロセッサ装置１３全体の動作を統括的に制御する。具体的には、操作部１７の指示により後述する撮影モードの切り替えを行う。
また、制御部５２は、画像処理部５４により処理された画像データに基づいて、所要の露光光量で撮像が可能なように、照射光の照射時間及び照射強度（光源の発光時間及び発光強度）の算出を行い、ＣＣＤ２１及び後述する光源ＬＤ１〜ＬＤ３の動作指示を、それぞれの制御を行うスコープＣＰＵ３４及び後述する光源制御部７２に伝達する。また、制御部５２は、スコープＣＰＵ３４に代わって、前述の撮像信号に基づいてＣＣＤ２１の必要な撮像時間の決定を行う本発明の撮像時間決定部として動作してもよい。
さらに、制御部５２は、入力装置４３の操作を受けて、前述の画像データを表示装置２２に出力し、表示する。

サブＣＰＵ５３は、制御部５２からの内視鏡１２の操作指示を受け、スコープＣＰＵ３４へ、ＴＧ３５の動作信号の入力、ＣＤＳ・ＡＧＣ３６のゲイン調整指示、ＣＣＤ２１の撮像時間の指示等を行う。また、サブＣＰＵ５３は、内視鏡１２から、ＣＣＤ２１が撮像した撮像信号を受け、その撮像信号を画像処理部５４へ出力する。

画像処理部５４は、サブＣＰＵ５３から入力される撮像信号に対して、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施し、画像データを生成する。また、画像処理部５４は、例えばこうして生成された画像データに対して、各画素の輝度を平均した平均輝度値等、照射光量の自動制御（ＡＬＣ制御）に必要なＡＬＣ制御用データを生成し、制御部５２に入力する。
さらに、画像処理部５４は、画像データに対して、電子変倍、色強調処理、エッジ強調処理等の各種画像処理を施す。各種画像処理が施された画像データは、観察画像として、制御部５２を通して記憶部５６に記憶され、また、制御部５２を通してモニタ２２で表示される。また、画像データには、観察画像のうち被写体が映された有効画素領域のみを表示させる表示マスク、検査日時、被写体や術者の情報等の文字情報、ＧＵＩといったものがある。また、画像データは制御部５２により、モニタ２２の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換され、モニタ２２に出力される。これによりモニタ２２に観察画像が表示される。

以上、制御部（メインＣＰＵ）５２は、サブＣＰＵ５３、画像処理部５４、及び記憶部５６と協働して、所要の露光光量で撮像が可能なように光源の発光時間及び発光強度を決定する発光条件決定部として動作する。

操作部４３は、プロセッサ装置１３の筺体に設けられた操作パネル、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスの他に、ＰＤＴにおける治療光の照射及び停止を指示するペダルスイッチを備えている。制御部５２は、操作部４３や内視鏡１２の操作部１７からの操作信号に応じて、内視鏡装置１１の各部を動作させる。

プロセッサ装置１３には、上記の他にも、画像データに所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮処理を施す圧縮処理回路や、レリーズボタンの操作に連動して、圧縮された画像をリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらは、データバス等を介して制御部５２と接続されている。

光源装置１４は、光源制御部（光源ＣＰＵ）７２を備えている。光源制御部７２は、光源装置１４全体の動作を制御する。光源装置１４は、内視鏡先端２０に設置された蛍光体６０を励起し、内視鏡先端より白色光（広帯域光）を照射し通常観察を行うための中心波長４４５ｎｍのレーザダイオード１（以下、ＬＤ１：第１の光源部を構成）、予め被写体に投与される光感受性物質を励起し、蛍光光を発生させる励起光（狭帯域光）として機能する中心波長４０５ｎｍのレーザダイオード２（以下、ＬＤ２：第２の光源部を構成）、そして、予め被写体に投与された光感受性物質が蓄積された腫瘍に照射されることで治療光として機能する６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色のＰＤＴ光を出射するレーザダイオード３（以下、ＬＤ３：第３の光源部を構成）をそれぞれ備える。ＬＤ１〜ＬＤ３の出射制御、及び出射光量の制御は、発光条件決定部として動作する制御部５２からの指示により、光源制御部７２で行われる。具体的には、ＬＤ１〜ＬＤ３に電流を流すこと、及び流れる電流値を調整することや、電流を流す時間により制御される。また、ＬＤ２は、ＡＦＩにおいても用いることができる。

照射口３８Ａの奥には、２系統の光ファイバ４２Ａ、４２Ｃが収納され、照射口３８Ｂの奥には、２系統の光ファイバ４２Ｂ、４２Ｄが収納されている。光ファイバ４２Ａ〜４２Ｄは、マルチモードファイバであり、一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用できる。光ファイバ４２Ａ〜４２Ｄは、光源装置１４からコネクタ部１８Ａを介して内視鏡先端部２０まで敷設されており、光源装置１４から発せられる３系統の照明光は、それぞれ対応する光ファイバ４２Ａ〜４２Ｄによって照射口３８Ａ、３８Ｂまで導かれる。

なお、ＬＤ１からのレーザ光は分波部７６により分波して２系統の光路とされ、コネクタ１８Ａを介して、光ファイバ４２Ｂ、４２Ｃへ伝送される。また、ＬＤ２又はＬＤ３からのレーザ光は分波部７６により分波して２系統の光路とされ、コネクタ１８Ａを介して、光ファイバ４２Ａ、４２Ｄへ伝送される。

内視鏡先端部２０は、長手方向に沿って複数の穿設孔が形成されたステンレス鋼等からなる先端硬性部に投光ユニット６２Ａ〜６２Ｄ等の各種部品が取り付けられて構成される。内視鏡先端２０は、正面から見ると、図３に示すように、照射窓３８Ａに、投光ユニット６２Ａ及び６２Ｄが配置され、照射窓３８Ｂに、投光ユニット６２Ｃ及び６２Ｂが配置される。また、照射窓３８Ａと３８Ｂとの間には、観察窓４０が配置され、その奥には対物光学系４４が設けられる。対物光学系４４は、その中心が、投光ユニット６２Ａ及び６２Ｄの中心が成す直線と投光ユニット６２Ｃ及び６２Ｂの中心が成す直線との交点と重なるように構成される。

図４（Ａ）に示すように、投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃは、それぞれ同一の構成であって、蛍光体６０と、蛍光体６０の外周を覆う筒状のスリーブ部材６４と、スリーブ部材６４の一端側を封止する保護ガラス（照明窓）６６と、スリーブ部材６４に挿入された光ファイバ４２Ｂ（、４２Ｃ）を中心軸に保持するフェルール６８とを備えている。また、フェルール６８の後端側から外皮に覆われて送出される光ファイバ４２Ｂ（、４２Ｃ）には、その外皮の外側を覆うフレキシブルスリーブ７０との間に挿入されている。

投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃの蛍光体６０は、レーザ光源ＬＤ１からの青色レーザ光の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する蛍光物質（例えばＹＡＧ蛍光体、あるいはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光体）を含んで構成される。これにより、青色レーザ光を励起光とする緑色〜黄色の励起発光光と、蛍光体６０により吸収されず透過した青色レーザ光とが合わされて白色の通常光が生成される。

また、図４（Ｂ）に示すように、投光ユニット６２Ａ、６２Ｄも同一構成であり、投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃの蛍光体６０に代えて光拡散部材６１が配設され、光ファイバ４２Ｂ、４２Ｄから導光される点以外は、投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃと同様の構成となっている。

前述のとおり、図３に示すように、投光ユニット６２Ａ、６２Ｄの対と、投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃの対は、先端部２０の先端面における対物光学系４４を挟んだ両脇側に対として配置される。そして例えば、投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃに対してＬＤ１から青色レーザ光（例えば、中心波長４４５ｎｍ）を導入することにより、白色光（通常光）が生成され、投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃから被写体内に照射される。また、投光ユニット６２Ａ、６２Ｄに対してＬＤ２から中心波長４０５ｎｍのレーザ光（ＰＤＤ用の励起光）と、ＬＤ３からの中心波長が６６５ｎｍのレーザ光（治療光）とを選択的に導入することにより、投光ユニット６２Ａ、６２Ｄから励起光と治療光のいずれかが被写体内に照射される。

ＬＤ１は、蛍光体６０を含む投光ユニット６２Ｂ、６２Ｃと共に本発明の第１の光源部を構成する。また、同様に、ＬＤ２は、投光ユニット６２Ａ、６２Ｄと共に本発明の第２の光源部を構成し、ＬＤ３は、投光ユニット６２Ａ、６２Ｄと共に本発明の第３の光源部を構成する。

なお、ＰＤＤ用の励起光、励起光の照射によって生じる蛍光光（ＰＤＤ蛍光光）、ＰＤＴ用の治療光の波長を薬剤毎に図５に示す。ＰＤＤの励起光としては、フォトフリン、レザフィリン、ビスダイン、５−ＡＬＡ（アミノレブリン酸）のいずれの蛍光薬剤を使用した場合でも中心波長３５０〜４５０ｎｍのレーザ光が利用可能であり、中心波長が４０５ｎｍのレーザ光が好適に用いられる。５−ＡＬＡはプロトポルフィリンＩＸの蓄積によるもので、病巣の進行によって蛍光の波長比が変化する。
以上が、本発明の実施形態に係る内視鏡装置の構成である。

次に、上述のように構成された内視鏡装置１１で、ＰＤＤ及びＰＤＴを行う際の動作について説明する。通常光観察とＰＤＤとを交互に行う場合を第１の撮影モード、通常光観察、ＰＤＤ、ＰＤＴを順番に行う場合を第２の撮影モードとして、図６〜図９に沿ってそれぞれ説明する。

内視鏡装置１１において、ＰＤＤ及びＰＤＴを行う場合、術者は、ＰＤＤ及びＰＤＴに先立って被験者に光感受性物質を投与しておく。術者は、内視鏡１２と、プロセッサ装置１３及び光源装置１４を接続し、プロセッサ装置１３及び光源装置１４の電源をオンにする。そして、操作部４３を操作して、被写体に関する情報等を入力するとともに、先端部２０へのフードの取り付け後、挿入部１６を被写体内に挿入する。このとき、内視鏡装置１１は通常光撮影モードに設定されており、ＬＤ１から４４５ｎｍ励起光を出射し、蛍光体６０を励起させ、内視鏡先端２０の投光ユニット６２Ｂ及び６２Ｃから白色光を照射して被写体内を撮像しながら挿入部１６が挿入される。

図６に示すように、挿入部１６が腫瘍組織付近に到達したことを識別したときには、術者は、操作部１７を操作して通常光撮影モードからＰＤＤ光撮影を行う第１の撮影モードへの切り替え操作を行う（ステップＳ１０）。第１の撮影モードに切り替えられると、光源制御部７２は、ＬＤ２から中心波長４０５ｎｍの励起光を出射し、４０５ｎｍの励起光が内視鏡先端２０の投光ユニット６２Ａ及び６２Ｄから腫瘍組織に照射される（ステップＳ１２）。

励起光が腫瘍組織に照射されると、腫瘍組織に蓄積された光感受性物質から蛍光光が発生する。撮像制御部（スコープＣＰＵ）３４は、この腫瘍組織からの蛍光光が撮像可能なように、ＣＣＤ２１の撮像時間を調整し、ＣＣＤ２１の撮像時間を固定する（ステップＳ１４）。また、このＣＣＤ２１の撮像時間の決定は、撮像制御部（スコープＣＰＵ）３４ではなく、制御部（メインＣＰＵ）５２で行われてもよい。
ＣＣＤ２１の撮像時間が固定されると、固定された撮像時間の情報がプロセッサ１３のサブＣＰＵを介して制御部５２へ伝送される。制御部５２は、固定された撮像時間の情報に基づいて光源制御部７２を制御し、白色照明光（中心波長４４５ｎｍの狭帯域光を出射するＬＤ１）の照射強度及び照射時間が調整、固定する（ステップＳ１６）。

ＣＣＤ２１の撮像時間、及び白色照明光（ＬＤ１）の照射強度及び照射時間が決定されると、これらに基づいて、図７のタイムチャートに示すとおり、第１フレームで通常光撮影がなされる（ステップＳ１８）そして、次に、第２フレームでＰＤＤがなされる（ステップＳ２０）。ステップＳ１８及びステップＳ２０は、繰り返し交互になされる。
そして、フレーム毎に交互になされた通常光撮影とＰＤＤ光撮影とによって、通常光画像とＰＤＤ蛍光画像とが撮像され、モニタ２２に表示される（ステップＳ２２）。

以上が、本発明の実施形態において、通常光撮影とＰＤＤとを交互に行う第１の撮影モードの動作の説明である。

次に、図８のフローチャートに基づいて、本発明の実施形態における第２の撮影モードについて説明する。

まず、術者は、操作部１７を操作してＰＤＴを行う第２の撮影モードへの切り替え操作を行う（ステップＳ１１０）。
第２の撮影モードに切り替えた際、直前の撮影モードが第１の撮影モードであるか否かを判断する（ステップＳ１１２）。
ここで、直前の撮影モードが第１の撮影モードでない場合は、図７の第１の撮影モードのステップＳ１２〜Ｓ１６が実行され、ＣＣＤの撮像時間、並びに白色照明光の照射強度及び照射時間（ＬＤ１の出射強度及び出射時間）が調整される（ステップＳ１１４）。

また、直前の撮影モードが第１の撮影モードである場合には、前述のＣＣＤの撮像時間、並びに白色照明光の照射強度及び照射時間はすでに調整済みである。
そして、図９のタイムチャートに示すように、第１フレームでＬＤ１の出射と同時にＬＤ３（治療光）をごく短時間発光させる（ステップＳ１１６）。
通常光撮影の際にＰＤＴに使用する治療光をごく短時間発光させることで、通常光画像上にＰＤＴの治療光の照射範囲が重なった重畳画像が表示される。
また、治療光をごく短時間発光させるかわりにごく弱く発光させてもよい。この場合も前述と同様、通常光画像上にＰＤＴの治療光の照射範囲が重なった重畳画像が表示される。

次に第２フレームで、ＬＤ２を出射し、ＰＤＤを行う（ステップＳ１１８）。前述のステップＳ２０と同様に、光感受性物質を蓄積した腫瘍が発光する蛍光光の画像が取得できる。
そして、第１フレームで取得されたＰＤＴの照射範囲が重なった重畳画像、及び第２フレームで取得された腫瘍部分のＰＤＤ蛍光画像を確認しつつ、第３フレームでＬＤ３を出射し、ＰＤＴを行う（ステップＳ１２０）。

図９に示すように、第１フレーム（ステップＳ１１６）〜第３フレーム（ステップＳ１２０）は繰り返し行われ、第１フレーム及び第２フレームで取得された重畳画像及びＰＤＤ蛍光画像がモニタ２２に表示される（ステップＳ１２２）。
こうして術者は、モニタ２２を観察し、ＰＤＴの効果を確認しつつ施術を行うことができる。

以上が、本発明の実施形態において、通常光撮影、ＰＤＤ、ＰＤＴを順番に繰り返し行う第２の撮影モードの動作の説明である。

本発明の実施形態は、ＰＤＤではなくＡＦＩ（自家蛍光観察）を行う場合にも有効である。被写体に予め前述の光感受性物質を投与しなければ、第１の撮影モードで、図１０のタイムチャートに示すように、通常光観察とＡＦＩとフレーム毎に交互に行い、通常光画像と表層血管を強調したＡＦＩ蛍光画像とを取得することができる。

以上、本発明の実施形態における第１及び第２の撮影モードについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。

１１ 内視鏡装置
１２ 内視鏡（スコープ）
１３ プロセッサ
１４ 光源装置
１６ 挿入部
１７ 操作部
１８、１８Ａ、１８Ｂ コネクタ
１９ ユニバーサルコード
２０ 内視鏡先端部（先端部）
２１ ＣＣＤ（撮像素子）
２２ モニタ
２８ 軟性部
３０ 湾曲部
３４ スコープＣＰＵ
３５ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
３６ ＣＤＳ・ＡＧＣ（相関二重サンプリング・自動利得制御）
３７ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）
３８Ａ、３８Ｂ 照射口
４０ 観察窓
４２Ａ〜４２Ｄ 光ファイバ
４３ 入力装置
４４ 対物光学系
４８Ａ、４８Ｂ スコープケーブル
５２ 制御部（メインＣＰＵ）
５３ サブＣＰＵ
５４ 画像処理部
５６ 記憶部
６０ 蛍光体
６１ 光拡散部材
６２Ａ〜６２Ｄ 投光ユニット
６４ スリーブ部材
６６ 保護ガラス（照明窓）
６８ フェルール
７０ フレキシブルスリーブ
７２ 光源制御部（光源ＣＰＵ）
７４ 合波部
７６ 分波部

Claims (11)

1. 可視領域を含む波長帯域を持つ広帯域光を出射する第１の光源部と、
   被写体とする生体の構造・成分の分光スペクトル特性に応じて狭帯域化された波長帯域幅を持つ狭帯域光を出射する第２の光源部と、
   前記第１の光源部及び前記第２の光源部の各発光及び前記広帯域光及び前記狭帯域光の前記被写体への各照射光量を制御する光源制御部と、
   前記第１の光源部から照射された前記広帯域光の前記被写体からの戻り光、及び前記第２の光源部から照射された前記狭帯域光に応じて前記被写体から発生する蛍光光により、それぞれ前記被写体の通常光画像及び蛍光画像をフレーム毎に撮像し、画像情報を各フレーム毎に出力する撮像部と、
   該撮像部の各フレーム毎の撮像において、前記蛍光光による撮像が所要の露光光量となるように、前記蛍光光の強度に応じて前記フレーム内における撮像時間を決定する撮像時間決定部と、
   該撮像時間決定部で決定された前記撮像時間で各フレーム毎に撮像が行われるように前記撮像部を制御する撮像制御部と、
   前記撮像時間内において前記広帯域光による撮像が所要の露光光量となるように、前記第１の光源の発光条件を決定する発光条件決定部と、を有し、
   前記光源制御部は、１つのフレームを第１のフレームとするとき、該第１のフレームにおいて、前記発光条件決定部で決定された前記第１の光源の前記発光条件で前記第１の光源部を発光させて前記広帯域光を出射し、前記第１のフレームに続く次の第２のフレームにおいて前記第２の光源部を発光させて前記狭帯域光を出射するように、前記第１の光源部及び前記第２の光源部を制御し、
   前記撮像部による前記第１のフレームの前記広帯域光による前記被写体の前記通常光画像の撮像と前記第２のフレームの前記狭帯域光により発生する前記蛍光光による前記被写体の前記蛍光画像の撮像とを少なくとも含む一連の撮像として順次に繰り返すことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記光源制御部は、前記広帯域光及び前記狭帯域光の前記被写体への各照射光量を制御するために、前記第１の光源部から出射される前記広帯域光の発光時間及び発光強度の少なくとも一方、及び前記第２の光源部から出射される前記狭帯域光の発光時間及び発光強度の少なくとも一方を制御する請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記撮像時間決定部は、前記蛍光光による前記被写体の撮像が適正に行えるように、前記撮像部における前記撮像時間を決定するものであり、
   前記蛍光光による前記所要の露光光量は、前記蛍光光の強度と前記撮影時間とによって定まるものである請求項１又は２に記載の内視鏡装置。
4. 前記撮像時間は、前記撮像部における電子シャッタの開放時間である請求項１〜３のいずれかに記載の内視鏡装置。
5. 前記撮像部は、撮像素子を含み、前記撮像時間は、前記撮像素子の蓄積時間である請求項１〜４のいずれかに記載の内視鏡装置。
6. 前記発光条件決定部は、前記撮像部において前記撮像時間内に前記広帯域光による前記被写体の撮像が適正に行える前記所要の露光光量となるように、前記第１の光源の前記発光条件を決定するものである請求項１〜５のいずれかに記載の内視鏡装置。
7. 前記発光条件決定部は、前記撮像時間内において、前記広帯域光による前記所要の露光光量となるように、前記第１の光源の発光時間及び発光強度の少なくとも一方を決定するものであり、
   前記広帯域光による前記所要の露光光量は、前記広帯域光の強度と前記撮影時間とによって定まるものである請求項１〜６のいずれかに記載の内視鏡装置。
8. 前記第２の光源部から照射される前記狭帯域光は、前記被写体内の治療対象部位に予め投与された薬品に作用する波長であり、前記狭帯域光の照射に応じて前記被写体から発生する前記蛍光光は、前記狭帯域光により励起された、前記治療対象部位に蓄積された前記薬品の蛍光光であり、
   前記第２のフレームの撮影は、前記治療対象部位から発生する前記薬品の蛍光光を撮像する光線力学的診断用撮影である請求項１〜７のいずれかに記載の内視鏡装置。
9. さらに、前記被写体内の治療対象部位に予め投与された薬品に作用して前記治療対象部位を治療する赤色光を照射する第３の光源部と、
   を有し、
   前記光源制御部は、前記第１のフレームにおいて、前記第１の光源部から前記広帯域光を前記被写体に照射すると同時に、前記第３の光源部を前記第１の光源部の発光時間よりも短時間または前記第１の光源部の発光強度よりも弱い強度で発光させて前記赤色光を出射し、前記第２のフレームにおいて、前記第２の光源部から前記狭帯域光を前記被写体に照射し、前記第２のフレームに続く前記第３のフレームにおいて、前記第３の光源部から前記赤色光を照射するように、前記第１の光源部及び前記第２の光源部に加えて、前記第３の光源部の発光及び前記赤色光の前記被写体への照射光量を制御し、
   前記撮像部による、前記第１のフレームの前記広帯域光による前記被写体の前記通常光画像に前記赤色光の照射範囲が重畳した重畳画像の撮像と、前記第２のフレームの前記蛍光光による前記被写体の前記蛍光画像の撮像とを少なくとも含む一連の撮像と、
   前記第３の光源部からの前記赤色光の照射と
   を順次繰り返すことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置。
10. 前記第２の光源部からの前記狭帯域光は、中心波長を４０５ｎｍとする青紫色レーザ光であり、前記第３の光源部からの前記赤色光は、中心波長を６３０ｎｍとする赤色レーザ光であることを特徴とする請求項８又は９に記載の内視鏡装置。
11. 前記第２の光源部から照射される前記狭帯域光は、被写体組織の自家蛍光観察に用いられる波長であり、
    前記第２のフレームの撮影は、前記狭帯域光により励起された、前記被写体の自家蛍光光を撮像する自家蛍光撮影であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の内視鏡装置。

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