JP6299770B2

JP6299770B2 - 赤外光イメージング装置

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Publication number: JP6299770B2
Application number: JP2015553274A
Authority: JP
Inventors: 進一郎石田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: US20160310007A1; CN105828727A; WO2015092882A1; CN105828727B; JPWO2015092882A1

Description

この発明は、被写体の赤外画像を表示部に表示するための赤外光イメージング装置に関する。

近年、近赤外蛍光イメージングと呼称される手法が外科手術に利用されている。この近赤外蛍光イメージングにおいては、蛍光色素としてのインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を患部に注入する。そして、このインドシアニングリーンに７５０〜８１０ｎｍ（ナノメータ）の励起光を照射すると、インドシアニングリーンは８４５ｎｍをピークとする赤外領域の蛍光を発する。この蛍光を赤外光を検出可能なカメラで撮影し、その画像を液晶表示パネル等の表示部に表示する。この近赤外蛍光イメージングによれば、体表から２０ｍｍ程度までの深さに存在する血管やリンパ管等の観察が可能となる。

特許文献１には、インドシアニングリーンが投与された生体の被検臓器に対して、インドシアニングリーンの励起光を照射して得られた、近赤外蛍光の強度分布イメージと、インドシアニングリーン投与前の被検臓器に対して、Ｘ線、核磁気共鳴または超音波を作用させて得られた、癌病巣分布イメージと、を比較し、近赤外蛍光の強度分布イメージで検出されるが、癌病巣分布イメージでは検出されない領域のデータを、癌の副病巣領域データとして収集するデータ収集方法が開示されている。

国際公開第２００９／１３９４６６号

例えば、乳腺外科における乳癌の手術を行う場合には、センチネルリンパ節の位置を特定する必要がある。このセンチネルリンパ節は、癌細胞がリンパ流に乗って最初に到達するリンパ節のことである。このセンチネルリンパ節に癌細胞が発見されない場合には、リンパ節に乳癌の転移がないと判断することができる。

ところで、近赤外蛍光イメージングに使用されるインドシアニングリーンは、分子量が小さく、リンパ管内で流動性が高いことから、短時間で拡散するという特徴を有する。このため、インドシアニングリーン投与後、時間が経過するとリンパ管全体が蛍光を発し、どのリンパ節がセンチネルリンパ節であるのかを特定することが困難となるという問題が生ずる。このような時間の経過とともに患部の特定が困難となるという問題は、乳癌の手術だけではなく、その他の近赤外蛍光イメージングを実行するときに一般的に生ずる問題である。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、蛍光色素の注入後時間が経過した場合であっても、患部を容易に認識することが可能な赤外光イメージング装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、被写体に注入された蛍光色素を励起させるための赤外線を、前記被写体に向けて照射する赤外光源と、前記被写体に向けて可視光を照射する可視光源と、赤外線が照射されることにより前記蛍光色素から発生した赤外光と、前記被写体表面で反射した可視光とを撮影するための、赤外光と可視光とを検出可能なカメラと、前記カメラにより撮影した前記被写体の赤外画像と可視画像とを融合させることにより、フュージョン画像を作成するフュージョン部と、前記カメラにより撮影した前記被写体の赤外画像を記憶する、または、前記カメラにより撮影され前記フュージョン部によって作成された前記被写体の赤外画像及び可視画像のフュージョン画像を記憶するための画像記憶部と、前記画像記憶部に記憶されたフュージョン画像のうち前記被写体に前記蛍光色素が注入された後の被写体の特定部分を認識できるフュージョン画像と、現在撮影されている可視画像あるいは現在のフュージョン画像とを、表示部に同時に表示させる画像処理部と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、前記画像処理部は、現在の画像を動画で表示させるとともに、過去の画像を静止画で表示させる。

第３の発明は、前記被写体は乳癌であり、前記画像処理部は、過去のセンチネルリンパ節の画像を前記表示部に表示させる。

第１の発明によれば、（１）現在のフュージョン画像と過去のフュージョン画像とを表示部に同時に表示させる、または、（２）現在の可視画像と過去のフュージョン画像とを表示部に同時に表示させることにより、蛍光色素の注入後時間が経過した場合であっても、被写体の特定部分を容易に認識することが可能となる。

第２の発明によれば、現在の画像を動画で表示することで、現在の被写体の状態をリアルタイムに正確に認識することができる。

第３の発明によれば、多数のリンパ節のうちからセンチネルリンパ節を容易に認識することが可能となる。

この発明に係る赤外光イメージング装置の概要図である。照明・撮影部１２の斜視図である。この発明に係る赤外光イメージング装置の主要な制御系を示すブロック図である。表示部１４、１５に表示された画像を示す模式図である。表示部１４、１５に表示された画像を示す模式図である。表示部１４、１５に表示された画像を示す模式図である。表示部１４、１５に表示された画像を示す模式図である。表示部１４、１５に表示された画像を示す模式図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る赤外光イメージング装置の概要図である。

この赤外光イメージング装置は、タッチパネル等の入力部１１を備え、後述する制御部３０等を内蔵した本体１０と、アーム１３により移動可能に支持された照明・撮影部１２と、液晶表示パネル等から構成される一対の表示部１４、１５と、患者１７を載置する治療台１６とを備える。なお、照明・撮影部１２はアーム１３によって支持されたものに限定されず、術者が手に携帯するものであってもよい。

図２は、上述した照明・撮影部１２の斜視図である。

この照明・撮影部１２は、赤外線および可視光を検出可能なカメラ２１と、このカメラ２１の外周部に配設された赤外光源２２と、赤外光源２２の外周部に配設された可視光源２３とを備える。なお、赤外画像のみを表示する場合には、可視光源２３を備えなくてもよい。

図３は、この発明に係る赤外光イメージング装置の主要な制御系を示すブロック図である。

この赤外光イメージング装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等から構成され、装置全体を制御する制御部３０を備える。この制御部３０は、後述するように、フュージョン部３２を有する画像処理部３１を備える。また、この制御部３０は、上述した入力部１１および表示部１４、１５と接続されている。また、この制御部３０は、カメラ２１、赤外光源２２および可視光源２３を備えた照明・撮影部１２と接続されている。さらに、この制御部３０は、カメラ２１により撮影された画像を記憶する画像記憶部３３とも接続されている。この画像記憶部３３は、赤外画像を記憶する赤外画像記憶部３４と、可視画像を記憶する可視画像記憶部３５とから構成される。なお、赤外画像記憶部３４及び可視画像記憶部３５を備える代わりに、可視画像と赤外画像とをフュージョンした画像を記憶するフージョン画像記憶部を備えていても良い。

以下、この発明に係る赤外光イメージング装置を使用して外科の手術を行う場合の動作について説明する。なお、以下の説明においては、患者１７に対して乳癌の手術を行う場合について説明する。

この発明に係る赤外光イメージング装置を使用して乳癌の手術を行う場合には、治療台１６上の仰臥した患者１７の乳房にインドシアニングリーンを注射により注入する。しかる後、患部を含む被写体に向けて、赤外光源２２から赤外線を照射するとともに可視光源２３から可視光を照射する。なお、赤外線としては、インドシアニングリーンが蛍光を発するための励起光として作用する７５０〜８５０ｎｍの近赤外光が採用される。これにより、インドシアニングリーンは、８４５ｎｍをピークとする赤外領域の蛍光を発生させる。

そして、患者１７の患部付近をカメラ２１により撮影する。このカメラ２１は、赤外光と可視光とを検出することが可能となっている。カメラ２１により撮影された赤外画像および可視画像は、図３に示す画像処理部３１に送られる。画像処理部３１においては、赤外画像および可視画像を表示部１４、１５に表示可能な画像データに変換する。赤外画像のデータは画像記憶部３３における赤外画像記憶部３４に記憶される。また、可視画像のデータは、画像記憶部３３における可視画像記憶部３５に記憶される。

また、画像処理部３１におけるフュージョン部３２は、赤外画像データと可視画像データとを利用して、可視画像と赤外画像とを融合させたフュージョン画像を作成する。そして、画像処理部３１は、表示部１４、１５に、赤外画像、可視画像およびフュージョン画像を選択的に表示する。

図４から図８は、表示部１４、１５に表示された画像を示す模式図である。

図４は、この発明の第１実施形態を示している。この実施形態においては、表示部１４には、患者１７の患部付近の現在のフュージョン画像が動画で表示されており、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去のフュージョン画像が静止画で表示されている。すなわち、画像処理部３１は、カメラ２１により撮影された赤外画像および可視画像を取り込み、フュージョン部３２においてそれらを融合させて、患者１７の患部付近の現在のフュージョン画像を動画として表示部１４に表示する。また、画像処理部３１は、赤外画像記憶部３４に記憶した過去の赤外画像と可視画像記憶部３５に記憶した過去の可視画像を読み出し、フュージョン部３２においてそれらを融合させて、患者１７の患部付近の過去のフュージョン画像を静止画として表示部１４に表示する。なお、フージョン画像記憶部に過去のフージョン画像が記憶されている場合には、フージョン画像記憶部から過去のフージョン画像を読み出して、表示部１４に表示すればよい。

図４に示すように、表示部１４に表示された動画のフュージョン画像には、インドシアニングリーンから発生する蛍光により、リンパ管４１、４２が表示される。なお、図４における符号５１は、手術のために患者１７の体表面に記載されたマークである。図４に示すように、リンパ管４２には、複数のリンパ節４２ａ、４２ｂ、４２ｃが存在している。これらのうち、乳房からリンパ液が最初の到達するリンパ節４２ａがセンチネルリンパ節である。

乳癌の手術においては、このセンチネルリンパ節４２ａを特定する必要があるが、インドシアニングリーンは、分子量が小さく、リンパ管４２内ので流動性が高いことから、短時間で拡散するという特徴を有する。このため、インドシアニングリーン投与後時間が経過するとリンパ管４２全体が蛍光を発し、リンパ管４２のどこにセンチネルリンパ節４２ａがあるのか、あるいは、どのリンパ節がセンチネルリンパ節４２ａであるのかを特定することが困難となる。

このため、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去のフュージョン画像が、静止画として表示される。この患者１７の患部付近の過去のフュージョン画像は、例えば、実際に撮影が行われた時間や、インドシアニングリーンが注入された後の時間とともに記憶される。あるいは、術者またはオペレータが表示部１４に表示された動画のフュージョン画像を確認しながら、フュージョン画像にタイムスタンプを付与する。そして、それらの時間やタイムスタンプを利用して、リンパ管４２を流れるインドシアニングリーンが最初のリンパ節であるセンチネルリンパ節４２ａに到達した時点の画像を特定し、このときのフュージョン画像を静止画として表示部１５に表示する。これにより、センチネルリンパ節４２ａの位置を容易に特定することが可能となる。

術者は、患者１７を目視しても見えないセンチネルリンパ節４２ａを、表示部１４に表示される現在のフュージョン画像を確認することで特定し、その除去手術を行う。このときには、表示部１５に表示された過去の静止画のフュージョン画像に基づいて、どの蛍光部分がセンチネルリンパ節４２ａであるかを特定することができる。除去されたセンチネルリンパ節４２ａは、病理検査される。センチネルリンパ節４２ａに癌の転移がなかった場合には、乳癌の除去のみで手術は完了する。一方、センチネルリンパ節４２ａに癌の転移があった場合にはリンパ管全体の除去手術が行われる。

このように、この発明に係る赤外光イメージング装置によれば、表示部１４に患者１７の患部付近の現在のフュージョン画像を動画で表示するとともに、表示部１５に患者１７の患部付近の過去のフュージョン画像を静止画で表示することから、手術中にセンチネルリンパ節４２ａの位置を容易に特定することができ、センチネルリンパ節４２ａの摘出手術を適切に実行することが可能となる。

なお、図４に示す実施形態においては、表示部１４に対して、現在の赤外画像と可視画像とを、各々、融合させた状態でフュージョン画像による動画として表示し、表示部１５に対して、過去の赤外画像と可視画像とを、各々、融合させた状態でフュージョン画像による静止画として表示している。しかしながら、表示部１４、１５には、赤外画像、あるいは、可視画像を表示するようにしてもよい。以下、このような実施形態について説明する。

図５は、この発明の第２実施形態を示している。この実施形態においては、表示部１４には、患者１７の患部付近の現在のフュージョン画像が動画で表示されており、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去の赤外画像が静止画で表示されている。このような実施形態においても、手術中にセンチネルリンパ節４２ａの位置を容易に特定することができ、センチネルリンパ節４２ａの摘出手術を適切に実行することが可能となる。

図６は、この発明の第３実施形態を示している。この実施形態においては、表示部１４には、患者１７の患部付近の現在の可視画像が動画で表示されており、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去の赤外画像が静止画で表示されている。このような実施形態においては、可視画像により実際の患者１７と表示部１４に表示された可視画像との関係を対応付けて容易に認識することが可能となる。

図７は、この発明の第４実施形態を示している。この実施形態においては、表示部１４には、患者１７の患部付近の現在の赤外画像が動画で表示されており、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去の赤外画像が静止画で表示されている。このような実施形態においては、赤外画像を互いに比較することにより、複数のリンパ節４２ａ、４２ｂ、４２ｃのうちから、センチネルリンパ節４２ａをより容易に特定することが可能となる。

図８は、この発明の第５実施形態を示している。この実施形態においては、表示部１４には、患者１７の患部付近の現在のフュージョン画像が動画で表示されており、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去の複数の赤外画像６１、６２、６３、６４が静止画で、経時的に並べられた状態で同時に縮小表示されている。このような実施形態においては、過去の複数の赤外画像６１、６２、６３、６４を比較することで、センチネルリンパ節４２ａを容易に特定することが可能となる。

すなわち、図５から図８に示すいずれの実施形態においても、図４に示す実施形態の場合と同様、手術中にセンチネルリンパ節４２ａの位置を容易に特定することができ、センチネルリンパ節４２ａの摘出手術を適切に実行することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、表示部１４に動画を表示するとともに、表示部１５に静止画を表示している。しかしながら、必要に応じ、動画と静止画とを選択的に表示するようにしてもよい。また、表示部１４には、患者１７の患部付近の現在の赤外画像が動画で表示され、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去のフュージョン画像が静止画で表示されてもよい。また、表示部１４には、患者１７の患部付近の現在の可視画像が動画で表示され、表示部１５には、患者１７の患部付近の過去のフュージョン画像が静止画で表示されてもよい。また、赤外画像、可視画像、フュージョン画像の全てを同時に表示するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、一対の表示部１４、１５に対して赤外画像、可視画像およびフュージョン画像を選択的に表示しているが、比較的大型の単一の表示部を使用し、この表示部に対して複数の画像を分割して表示するようにしてもよく、あるいは、３個以上の表示部を使用し、これらの表示部に赤外画像、可視画像およびフュージョン画像を選択的に表示するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、励起光として作用する赤外光として、７５０〜８５０ｎｍの近赤外光を使用しているが、その他の赤外光を使用するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、蛍光色素としてインドシアニングリーンを使用した場合について説明したが、その他の蛍光色素を使用してもよい。例えば、５−アミノレブリンサン（５−ＡＬＡ）を利用して腫瘍部を蛍光させて表示する場合等にこの発明を適用してもよい。

上記の実施形態では説明の便宜上、患部を撮影する場合を例に説明したが、本発明を使用して正常部の血流観測等を行うことも可能である。従って、本発明によって撮影される患部や正常部を総称して被写体を定義する。

１０本体
１１入力部
１２照明・撮影部
１３アーム
１４表示部
１５表示部
１６治療台
１７患者
２１カメラ
２２赤外光源
２３可視光源
３０制御部
３１画像処理部
３２フュージョン部
３３画像記憶部
３４赤外画像記憶部
３５可視画像記憶部

Claims

被写体に注入された蛍光色素を励起させるための赤外線を、前記被写体に向けて照射する赤外光源と、
前記被写体に向けて可視光を照射する可視光源と、
赤外線が照射されることにより前記蛍光色素から発生した赤外光と、前記被写体表面で反射した可視光とを撮影するための、赤外光と可視光とを検出可能なカメラと、
前記カメラにより撮影した前記被写体の赤外画像と可視画像とを融合させることにより、フュージョン画像を作成するフュージョン部と、
前記カメラにより撮影した前記被写体の赤外画像を記憶する、または、前記カメラにより撮影され前記フュージョン部によって作成された前記被写体の赤外画像及び可視画像のフュージョン画像を記憶するための画像記憶部と、
前記画像記憶部に記憶されたフュージョン画像のうち前記被写体に前記蛍光色素が注入された後の被写体の特定部分を認識できるフュージョン画像と、現在撮影されている可視画像あるいは現在のフュージョン画像とを、表示部に同時に表示させる画像処理部と、
を備えることを特徴とする赤外光イメージング装置。
請求項１に記載の赤外光イメージング装置において、
前記画像処理部は、現在の画像を動画で表示させるとともに、過去の画像を静止画で表示させる赤外光イメージング装置。
請求項１に記載の赤外光イメージング装置において、
前記被写体は乳癌であり、
前記画像処理部は、過去のセンチネルリンパ節の画像を前記表示部に表示させる赤外光イメージング装置。