JP6485284B2 - イメージング装置 - Google Patents

Description

この発明は、被検者の体内に浸入させた蛍光物質に対し励起光を照射し、この蛍光物質から放射される蛍光を撮影するイメージング装置に関する。

近赤外蛍光イメージングと呼称される手法が、外科手術における血管造影に利用されている。この近赤外蛍光イメージングにおいては、蛍光色素である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その波長が８１０ｎｍ（ナノメータ）程度の近赤外光を励起光として照射すると、インドシアニングリーンはおおよそ８４５ｎｍの波長の近赤外蛍光を発する。この蛍光を、近赤外光を検出可能な撮像素子で撮影し、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。

また、近年、腫瘍を蛍光標識して手術ナビゲーションに利用する手法が注目されている。腫瘍を蛍光標識するための蛍光標識剤としては、５−アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ／５−Ａｍｉｎｏｌｅｖｕｌｉｎｉｃ Ａｃｉｄ）が使用される。この５−アミノレブリン酸（以下、これを略称するときは「５−ＡＬＡ」という）を被検者に投与した場合、５−ＡＬＡは蛍光物質であるＰｐＩＸ（ｐｒｏｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎＩＸ／プロトポルフィリンナイン）に代謝される。なお、このＰｐＩＸは癌細胞に特異的に蓄積する。そして、５−ＡＬＡの代謝物であるＰｐＩＸに向けて４１０ｎｍ程度の波長の可視光を照射すると、ＰｐＩＸからおよそ６３０ｎｍ程度の波長の赤色の可視光が蛍光として発光される。このＰｐＩＸからの蛍光を観察することにより、癌細胞を確認することが可能となる。

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

このような体内に侵入させた蛍光物質からの蛍光を撮影するイメージング装置では、単一のカメラで可視光と近赤外光とを同時に撮影し、ビデオレコーダで記録した撮影画像を動画再生する構成となっている。このように、従来のイメージング装置は、所定のフレームレートで撮影した画像を動画として録画・再生することで、明るい外部照明環境下での、ＩＣＧ投与後の血管・リンパ管の走行の観察や癌病巣領域の確認ができるものである。

ところで、動画を構成するデータは、データ送信負荷の低減や再生の容易さ等、データの取り扱いを軽快に行うために、圧縮率の高い動画圧縮技術（Ｃｏｄｅｃ）により符号化され、動画再生機器やアプリケーションにより取り扱うことが可能なファイルフォーマットに格納される。そして、Ｃｏｄｅｃにより非可逆圧縮されたデータを格納した動画ファイルが記憶装置等に保存される。これらの圧縮動画ファイルは、動画再生時に、データの圧縮時に使用したＣｏｄｅｃで伸長される。一旦、非可逆圧縮形式で圧縮された動画の各フレームの画像は、圧縮前の無圧縮の各フレームの画像と比較して画質が劣化する。このため、再生を目的として生成される非可逆圧縮の動画ファイルの画像データを、種々の画像処理技術を利用した定量的評価等に利用することは困難であった。

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、画像解析に利用することができる画像データを収集することが可能なイメージング装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被検者の体内に浸入させた蛍光物質に励起光を照射する励起光源と、前記被検者に向けて白色光を照射する可視光源と、前記励起光により励起され、前記蛍光物質から発生した蛍光と、前記白色光の反射光とを検出して撮影する撮影部と、前記撮影部が、所定のフレームレートで前記蛍光と前記反射光とを同時に撮影することにより取得した蛍光画像および可視光画像とを合成した合成画像を作成する合成部を有する画像処理部と、前記蛍光画像、前記可視光画像、および、前記合成画像をそれぞれ記憶する画像記憶部と、を備え、前記画像記憶部は、前記蛍光画像、前記可視光画像、および、前記合成画像をそれぞれ高圧縮率の非可逆圧縮動画ファイルとして保存する第１動画保存部と、前記蛍光画像および前記可視光画像を、それぞれ可逆圧縮動画ファイルまたは無圧縮動画ファイルとして保存する第２動画保存部と、を有し、前記画像処理部は、前記非可逆圧縮動画ファイルの再生時に画像解析の対象とするフレームと、解析条件とを指定する条件指定部と、前記条件指定部において指定された前記非可逆圧縮動画ファイルのフレームに対応するフレームを、前記可逆圧縮動画ファイルまたは前記無圧縮動画ファイルから抽出して画像解析を行う解析部と、を有し、前記解析部における解析結果を表示部に表示することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記可逆圧縮動画ファイルまたは前記無圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止を、前記非可逆圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止に同期させる録画制御部を備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記可逆圧縮動画ファイルまたは前記無圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止を、前記非可逆圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止との時間内において別に指定する録画制御部を備える。

請求項１に記載の発明によれば、画像記憶部が、撮影部により取得した画像を、高圧縮率の非可逆圧縮動画ファイルとして保存する第１動画保存部と、可逆圧縮動画ファイルまたは無圧縮動画ファイルとして保存する第２動画保存部とを備えることから、従来と同様の動画再生が可能であるとともに、各種画像解析に使用することが可能な画質の動画像を収集することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、画像処理部が、非可逆圧縮動画ファイルの再生時に画像解析の対象とするフレームと解析条件を指定する条件指定部と、条件指定部において指定された非可逆圧縮動画ファイルのフレームに対応するフレームを、可逆圧縮動画ファイルを伸長した伸長動画ファイルまたは無圧縮動画ファイルから抽出して画像解析を行う解析部と、を有することから、オペレータは、表示部に表示させた非可逆圧縮動画ファイルの再生画像を見ながら、無圧縮または可逆圧縮動画ファイルにおける画像解析範囲の指定を容易に行うことができるとともに、従来、非可逆圧縮動画ファイルに格納された画像データの画質では得ることができなかった、空間的、時間的、定量的解析等の画像解析手法を用いた解析結果を取得することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、録画制御部の作用により、収集対象とするすべての動画の録画の開始と停止が同期して実行されることから、表示部に表示するための動画である非可逆圧縮動画ファイルの取得と同時に、各種画像解析に使用することができる画質の画像データを格納した可逆圧縮動画ファイルまたは無圧縮動画ファイルを容易に取得することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、録画制御部の作用により、表示部に表示するための非可逆圧縮動画ファイルの取得とは別に、可逆圧縮動画ファイルまたは無圧縮動画ファイルとして保存する動画の録画の開始と停止を制御することから、非可逆圧縮動画ファイルよりもファイルサイズが大きくなる可逆圧縮動画ファイルまたは無圧縮動画ファイルを、解析に必要な時間範囲のみの動画ファイルとすることでサイズダウンでき、動画ファイルの記憶や転送等にかかる負荷を軽減することができる。

この発明に係るイメージング装置の概要図である。 照明・撮影部１２の概要図である。 この発明に係る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の画像の表示態様の一例を示す模式図である。 表示部１４の画像の表示態様の一例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、この発明に係るイメージング装置の概要図である。

このイメージング装置は、タッチパネル式の入力部１１を備え、後述する制御部３０および記憶部４０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表示部１４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や、既存の設備に固定するものであってもよい。

図２は、照明・撮影部１２の斜視図である。

この照明・撮影部１２は、近赤外光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。赤外光源２２は、患者１７の体内に侵入させた蛍光物質を励起させる励起光源である。また可視光源２３は、患者１７に白色光を照射する。

この実施形態においては、赤外光源２２および可視光源２３と、カメラ２１とを一体化した照明・撮影部１２を使用しているが、赤外光源２２、可視光源２３、カメラ２１とを、それぞれ個別に配設してもよい。なお、表示部１４に蛍光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。

このイメージング装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、複数のＣｏｄｅｃを含む動画の生成および再生に必要なプログラムおよび装置の制御に必要なプログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータが一時的に保存される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、上述した入力部１１および表示部１４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。このカメラ２１は、近赤外蛍光を検知するイメージセンサである近赤外蛍光センサ２５と、白色光の反射光（可視光）を検知するイメージセンサである可視光センサ２６を備えている。カメラ２１に入射した蛍光および可視光は、カメラ２１内の分光機構により分離され、各イメージセンサにより検知される。そして、各イメージセンサにより検知されて得られた蛍光画像および可視光画像は、制御部３０に送られる。カメラ２１が近赤外蛍光センサ２５と可視光センサ２６を備えることにより、このイメージング装置では、同一視野での蛍光画像および可視光画像を同期して取得できる。

制御部３０は、機能的構成として画像処理部３１と録画制御部３７とを備える。画像処理部３１は、照明・撮影部１２により取得された蛍光画像と可視光画像とを合成する合成部３２と、後述する解析部３４による画像解析の解析条件等を指定する条件指定部３３と、条件指定部３３により指定された解析条件で解析を実行する解析部３４とを備える。録画制御部３７は、照明・撮影部１２により取得する蛍光画像、可視光画像および合成部３２において合成された合成画像の動画記録の開始と停止を制御する。

さらに、この制御部３０は、カメラ２１により撮影された画像等を記憶する記憶部４０とも接続されている。この記憶部４０は、画像処理部３１における合成部３２において蛍光画像と可視光画像とが合成された合成動画データを非可逆圧縮の動画ファイルとして保存する再生用動画保存部４２と、蛍光動画データと可視光動画データとを無圧縮または可逆圧縮の動画ファイルとして保存する解析用動画保存部４４とを有する画像記憶部４１を備える。なお、再生用動画保存部４２は、この発明の第１動画保存部に相当し、解析用動画保存部４４は、この発明の第２動画保存部に相当する。また、この実施形態では、第１動画保存部と第２動画保存部を、画像記憶部４１の機能構成として説明しているが、第１動画保存部と第２動画保存部とを物理的に分離した記憶装置として構成してもよい。

以下、この発明に係る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、患者１７に対して術中蛍光血管造影を行う場合を例に説明する。

外科の手術の際に、この発明に係るイメージング装置を使用して蛍光血管造影を行う場合には、治療台１６上の仰臥した患者１７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から白色光を照射する。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をピークとする近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。撮影は、オペレータの入力部１１からの入力に応じて開始される。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により撮影された蛍光画像および可視光画像は、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、蛍光画像および可視画像を表示部１４に表示可能な画像データに変換する。すなわち、蛍光画像は８ビット画像データ、可視光画像はＲＧＢの３色より構成する２４ビット画像データに変換される。

カメラ２１により撮影される画像は、録画制御部３７の作用により、所定のフレームレートで収集される。そして、画像処理部３１では、画像データの連続である蛍光動画および可視光動画が生成され、必要に応じて可逆圧縮形式のＣｏｄｅｃにより符号化が行われる。蛍光動画及び可視光動画は、ファイルフォーマットに格納され、無圧縮の動画ファイルまたは可逆圧縮の動画ファイルとして画像記憶部４１における解析用動画保存部４４に保存される。また、蛍光動画および可視光動画の各フレームの蛍光画像および可視光画像は、合成部３２で合成され、合成動画となる。この合成動画は、非可逆圧縮形式で符号化された後にファイルフォーマットに格納され、非可逆圧縮の動画ファイルとして画像記憶部４１における再生用動画保存部４２に保存される。再生用動画保存部４２に非可逆圧縮の動画ファイルとして保存した合成動画は、保存直後または任意の時間後に観察のために表示部１４に表示される。

このイメージング装置では、合成動画の生成の開始と終了、および、無圧縮または非可逆圧縮の蛍光動画および可視光動画の生成の開始と終了は、録画制御部３７の作用により同期している。すなわち、再生用動画の録画の開始と停止、および、解析用動画の録画の開始と停止が同期しているので、このイメージング装置では、表示部１４に表示される合成動画と、この合成動画と同じ時間軸を持ち、かつ、録画時と後の再生時で画質の劣化を生じない画像データを保持する蛍光動画および可視光動画の少なくとも３つの動画ファイルが取得できることになる。

図４および図５は、表示部１４の画像の表示態様の一例を示す模式図である。

図４および図５に示すように、表示部１４には、蛍光画像、可視光画像、合成画像または後述する処理画像の表示領域が設けられ、それぞれの画像が表示される。蛍光画像、可視光画像の表示領域には、例えば、解析用動画保存部４４に保存される無圧縮の動画ファイルから所定のフレーム間隔で抜き出した静止画が表示される。なお、蛍光動画や可視光動画を再生用動画保存部４２に非可逆圧縮動画ファイルとして保存してもよく、この場合には、蛍光画像、可視光画像の表示領域に蛍光動画や可視光動画を再生することもできる。また、図４に示す合成画像の表示領域には、再生用動画保存部４２に非可逆圧縮の動画ファイルとして保存した合成動画が再生される。

条件指定部３３は、オペレータによる入力部１１からの入力に応じて、画像解析を行うフレームの指定および解析条件の指定を実行する。画像解析を行うフレームの指定は、オペレータが、図４に示す表示部１４の合成画像の表示領域に再生されている動画を見ながら、例えば、入力部１１のタッチパネルに設けられた動画中の画像解析を施す範囲を指定するボタンなど、解析メニューに関連付けられたボタンをタッチすることで実行することができる。このとき、再生動画ファイルと解析用動画保存部４４に保存された動画ファイルの各フレームの時間的な対応関係により、解析用動画保存部４４に保存された動画ファイルにおける画像解析を行うフレームも定まることになる。すなわち、オペレータは、従来と同様の再生動画による観察を行いながら、解析用動画保存部４４に保存された動画ファイルの所望のフレームを容易に画像解析の対象とすることができる。なお、このような画像解析の対象とするフレームの指定は、フレーム番号や動画の録画時間範囲の選択等を数値入力することにより行うこともできる。

また、条件指定部３３における画像解析の対象とするフレームの指定には、上述した入力部１１のタッチパネルによる入力だけでなく、他の入力手段により行うこともできる。例えば、表示部１４にタッチパネルを設け、図４に示す表示部１４の合成画像の表示領域に再生されている合成画像をタッチすることにより、画像解析を行うフレームの指定を行ってもよい。また、入力装置としてマウスを別途追加して、表示部１４の合成画像の表示領域に合成動画が再生されているときにオペレータがマウスをクリックすることで、画像解析を行うフレームの指定を行ってもよい。

条件指定部３３における解析条件の指定は、例えば、入力部１１のタッチパネルに設けられた条件選択ボタンをオペレータがタッチすること等により実行される。血管やリンパ管の走行方向などの空間的な解析、血管内の血流の時間的な解析や定量的な解析、施術前後の血流の比較解析等、予めいくつかの解析メニューを用意しておき、そこから解析条件を選択することで、解析条件を指定することができる。

解析部３４は、条件指定部３３により合成動画において指定された解析対象となる合成動画フレームに対応するフレームを、解析用動画保存部４４に保存した無圧縮の蛍光動画ファイルおよび／または可視光動画ファイル、もしくは、可逆圧縮の蛍光動画ファイルおよび／または可視光動画ファイルを伸長したデータからそれぞれ抽出する。しかる後、画質の劣化が生じていない各フレームの画像に対して、条件指定部３３により指定された解析条件に従って、解析を実行する。

解析部３４による解析結果は、表示部１４に表示される。例えば、動画中で血流量をモニターしたい血管やその血管の影響領域を関心領域として指定し、蛍光動画から抽出したフレームの画像解析を行う場合には、図４に示すように、例えば、合成動画を再生している領域に重畳して解析結果の表示領域を設け、そこに数値や時間変化を示すグラフなどの図表により解析結果を表示する。

また、施術前と施術後での血流の状態を比較した場合には、図５に示すように、例えば、施術後の合成動画に施術前のあるフレームの蛍光画像を重ね合わせた処理画像を表示するようにしてもよい。

次に、この発明に係るイメージング装置の変形例について説明する。

上述した実施形態では、録画制御部３７は、記録する動画（蛍光動画、可視光動画および合成動画）の全てについて、それらが無圧縮、可逆圧縮、非可逆圧縮のいずれの形式で保存されるか否かにかかわらず、同期して録画と保存を実行する録画制御を行っている。一方、この変形例の録画制御部３７においては、非可逆圧縮の動画（合成動画）と、無圧縮または可逆圧縮の動画（蛍光動画、可視光動画）とで、録画の開始と停止を別々に制御している。このような制御の変形は、タッチパネル式の入力部１１に、収集したい動画の種別ごとに録画の開始と停止の入力ボタンを設け、それらの入力ボタンからの入力に応じた動作を実行させるプログラムを制御部３０のＲＯＭに格納することにより実現される。

録画制御部３７を、この変形例のように動作させる場合には、制御部３０に備えられた時計機能を利用して各動画ファイルに記述された時刻情報を読み取り、非可逆圧縮の合成動画ファイルの各フレームの時刻と、無圧縮または可逆圧縮の蛍光動画ファイル等の各フレームの時刻とを照合する。これにより、同時刻のフレームを、無圧縮または可逆圧縮の蛍光動画ファイル、および／または、無圧縮または可逆圧縮の可視光動画ファイルから抽出する。このように録画時間の異なる動画ファイル間の時間軸の対応付けを行うことで、表示部１４に再生される合成動画における各フレームと、解析部３４において画像解析に使用する蛍光動画および可視光動画の各フレームとの同時性を担保することができる。

可逆圧縮の動画ファイルは、一般的に非可逆圧縮の動画ファイルに比べ圧縮率が低く、データ容量が非可逆圧縮の動画ファイルより大きくなり、無圧縮の動画ファイルは、さらにデータ容量が大きくなる。上述した変形例では、画像解析に不要なデータを保存しないため、記憶部４０のデータ保存容量が不足する状況を回避することができるとともに、後に動画の各フレーム画像を利用する場合において、データ転送負荷を低減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、患者１７の血管造影にインドシアニングリーンを使用する場合について説明したが、癌細胞内で蛍光物質であるプロトポルフィリンＩＸ（ＰｐＩＸ）に代謝される５−ＡＬＡ等の、その他の蛍光標識剤を使用した場合にも、この発明を適用することができる。

１１ 入力部
１２ 照明・撮影部
１３ アーム
１４ 表示部
２１ カメラ
２２ 赤外光源
２３ 可視光源
２５ 近赤外センサ
２６ 可視光センサ
３０ 制御部
３１ 画像処理部
３２ 合成部
３３ 条件指定部
３４ 解析部
４０ 記憶部
４１ 画像記憶部
４２ 再生用動画保存部
４４ 解析用動画保存部

Claims (3)

1. 被検者の体内に浸入させた蛍光物質に励起光を照射する励起光源と、
   前記被検者に向けて白色光を照射する可視光源と、
   前記励起光により励起され、前記蛍光物質から発生した蛍光と、前記白色光の反射光とを検出して撮影する撮影部と、
   前記撮影部が、所定のフレームレートで前記蛍光と前記反射光とを同時に撮影することにより取得した蛍光画像および可視光画像とを合成した合成画像を作成する合成部を有する画像処理部と、
   前記蛍光画像、前記可視光画像、および、前記合成画像をそれぞれ記憶する画像記憶部と、
   を備え、
   前記画像記憶部は、
   前記蛍光画像、前記可視光画像、および、前記合成画像をそれぞれ高圧縮率の非可逆圧縮動画ファイルとして保存する第１動画保存部と、
   前記蛍光画像および前記可視光画像を、それぞれ可逆圧縮動画ファイルまたは無圧縮動画ファイルとして保存する第２動画保存部と、
   を有し、
   前記画像処理部は、
   前記非可逆圧縮動画ファイルの再生時に画像解析の対象とするフレームと、解析条件とを指定する条件指定部と、
   前記条件指定部において指定された前記非可逆圧縮動画ファイルのフレームに対応するフレームを、前記可逆圧縮動画ファイルまたは前記無圧縮動画ファイルから抽出して画像解析を行う解析部と、
   を有し、
   前記解析部における解析結果を表示部に表示することを特徴とするイメージング装置。
2. 請求項１に記載のイメージング装置において、
   前記可逆圧縮動画ファイルまたは前記無圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止を、前記非可逆圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止に同期させる録画制御部を備えるイメージング装置。
3. 請求項１に記載のイメージング装置において、
   前記可逆圧縮動画ファイルまたは前記無圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止を、前記非可逆圧縮動画ファイルの生成時における録画の開始と停止との時間内において別に指定する録画制御部を備えるイメージング装置。

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