JPH0349451B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヘマトポリフイリン誘導体（以下
HPD）など、腫瘍に対して親和性の強い螢光物
質が予じめ注入された生体の気管、膀胱などの所
定部位に対し、螢光発光をおこなわせるための励
起光を照射し、この時生ずる螢光の強度により腫
瘍の診断を行う診断用螢光検出装置に関する。

〔従来の技術〕

がんの診断・治療に、HPDなどの腫瘍に対し
て親和性の強い螢光物質と、レーザ光との光化学
反応を利用したがんの診断および治療方法および
装置が提案されている（特開昭59−40830号、特
開昭59−40869号、USP4556057号）。

第４図は従来の診断装置の基本的な構成を示す
ブロツク図で、図中、１は組織表面、２はイメー
ジガイド、３，４，５はライトガイド、６はカラ
ーカメラ、７は白色光源、８レーザ光源、９は分
光器、１０は螢光スペクトル像、１１は高感度カ
メラ、１２は解析回路、１３，１４はモニタ、１
５はフアイバー束、１７は内視鏡系、１８は光化
学反応診断治療系である。

図において、装置の構成は通常の内視鏡診断系
１７と光化学反応診断治療系１８に分けられる。
フアイバー束１５は内視鏡に組み込まれており、
予めHPDを静注された患者の病巣と思われる部
位に挿入されている。内視鏡系１７は、組織表面
１照明するための白色光源７と、この光を導くラ
イトガイド３、組織表面１のイメージをカラーカ
メラ６に導くイメージガイド２、カラーカメラ６
で撮像された組織表面１のイメージを写すモニタ
１３から構成される。

一方、光化学反応診断治療系１８には診断のた
めの励起光（405nｍ）と治療光（630nｍ）をパ
ルスレーザ光として出力するレーザ光源８が設け
られている。この光はライトガイド４により患部
に導かれ、患部に照射される。

次に作用を説明すると、励起光により生じた螢
光はライトガイド５により分光器９へ導かれ、分
光器９により得られた螢光スペクトル像１０は高
感度カメラ１１により撮影され、この出力ビデオ
信号１６を解析回路１２で演算処理により図形化
し、スペクトル波形としてモニタ１４により表示
する。スペクトル像１０は、HPD螢光に特徴的
な630nｍ、690nｍの双峰系スペクトルを観察す
るため、600〜700nｍの領域に設定している。内
視鏡診断と光化学反応診断治療は併行して行われ
るため、白色光源７とレーザ光源８は時分割で組
織１を照射する。レーザ光照射に同期して、分光
器９からモニタ１４に至る螢光スペクトル解析系
も間欠的に動作する。

この装置により、操作者は、診断時にはモニタ
１３の組織イメージ像とモニタ１４の螢光スペク
タル波形を同時に見ながらがんの場所を探ること
ができ、ここで発見したがんは励起光と治療光の
切り替え操作だけでただちに治療を行うことがで
きる。この治療はがん部に残留しているHPDと
治療光との光化学反応により、がん部だけを選択
的に壊死させることで実行される。

さらに診断時における螢光の確認についても、
螢光に特有なスペクトル波形そのものを直接観察
するため、正常部からの自家螢光との混同もな
く、がんの認定が容易となり、特に早期がんの診
断・治療に大きく貢献できる。

〔発明が解決すべき問題点〕

前述したように、従来の装置はHPDの腫瘍に
対する親和性を利用して診断と治療を行うもので
ある。特に診断時のHPDからの螢光検出には、
そのスペクトル強度および螢光イメージを観察す
る方法が用いられる。螢光スペクトルおよび螢光
イメージを検出する際は、予めバツクグランドノ
イズや撮像系のシエーデイング特性（以下、これ
らをまとめて“ダーク信号”と呼ぶ。）を記憶し
ておき、検出時は螢光信号からダーク信号を減算
して補正を行う方法がとられている。

しかるに、この方法は次のような問題を含んで
いる。即ち、前述のように白色光源を遮断したタ
イミングで励起光を出して螢光検出を行つている
が、白色光を遮断しても実際には非常に微弱な螢
光にくらべて充分に低いレベルまで完全に下げる
ことは困難であり、白色光スペクトルが螢光スペ
クトルに重なつてしまう問題である。もし、この
白色光スペクトルの重なりが一定であれば、予め
これを含んだダーク信号を記憶しておき補正する
ことは可能であるが、実際には組織表面の状態や
照射の距離、角度によりもれ込む白色光の量は大
幅に変化し、これは螢光イメージへの重なりにつ
いても同様の問題となる。このことが螢光検出を
著しく困難なものとし、診断性能上大きな問題と
なつている。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、
白色光源やその他内視鏡などを通して体外からも
れ込む光の螢光スペクトルおよび螢光イメージへ
の重なりを適確に除去することの可能な螢光検出
装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の診断用螢光検出装置は、腫
瘍に対して親和性の強い螢光物質が予め注入され
た生体の所定の部位に励起光を照射し、照射によ
り生じた螢光を検出する螢光検出装置において、
励起光を発生する第１のパルス光源と、励起光を
患部へ導く第１のライトガイドと、診断用照明光
を発生する第２のパルス光源と、照射光を患部へ
導く第２のライドガイドと、照射光が照射された
部位を観察するためのイメージガイドと、イメー
ジガイド出力を第１のイメージと第２のイメージ
に分岐する分岐器と、第１のイメージを撮像する
テレビカメラと、第２のイメージより螢光成分の
みを選択的に透過させ、螢光イメージを出力する
螢光イメージ処理系と、螢光イメージ処理系出力
とテレビカメラ出力とを合成してモニタ出力を得
る画面合成回路と、螢光イメージを直接、或いは
分光器を介してスペクトル像を撮像するための高
感度カメラと、周期的に第２のパルス光源の出力
を遮断し、該遮断に同期して高感度カメラの撮像
動作を行わせると共に、該遮断に同期して第１の
パルス光源を遮断ｎ回に対してｍ回（ｎ＞ｍ）の
割合で発光させるよう第１及び第２のパルス光源
と高感度カメラの動作を制御するタイミングコン
トローラと、高感度カメラの出力信号が入力さ
れ、第１のパルス光源の発光時に得られる信号か
ら非発光時に得られる信号を減算する解析回路と
を備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の診断用螢光検出装置は、励起光の照射
を周期的に停止し、この時得られるダークスペク
トル又はダークイメージ信号を記憶し、励起光の
照射時に得られるスペクトル信号またはイメージ
信号からダーク信号を減算してもれ込み光を除去
している。ダーク信号のサンプル周期は、人間が
行う内視鏡操作や、呼吸による気管の働きに比べ
て充分速い、数Hz以上に設定することにより実質
的にリアルタイムダーク減算が可能となり、もれ
込み光量の変動に対しても充分な精度で補正を行
うことができる 〔実施例〕 以下、実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明による診断用螢光検出装置の実
施例を示すブロツク図で、４０１はタイミングコ
ントローラ、４０３は白色光源、４０５は分光
器、４０６は高感度カメラ、４０７はスペクトル
像、４０８は解析回路、４０９，４１０はモニ
タ、４１１は組織表面、４１２はレーザ光源、４
１３は内視鏡、４１４は切り換え装置、４１５は
診断光源、４１６は治療光源、４１７，４１８，
４２０はライトガイド、４１９はイメージガイ
ド、４３０は分岐器、４３３はカラーカメラ、４
３４は螢光イメージ処理系、４３７は画面合成回
路である。

図において、内視鏡４１３は予めHPDを血管
から静注された患者の病巣と疑われる部位に挿入
されている。内視鏡４１３にはライトガイド４１
７，４１８，４２０およびイメージガイド４１９
が装着されている。ライドガイド４１８は、白色
光源４０３からの光を患部に導き、組織４１１を
照射する。一方、レーザ光源４１２からの診断
光、治療光はライトガイド４１７を通り、組織４
１１に照射される。レーザ光源４１２は治療光源
４１６と信断光源４１５、および切り換え装置４
１４で構成され、診断、治療に応じて操作者が出
力光の切り替えを行うことができる。ライトガイ
ド４２０は生体組織からの螢光のスペクトルを検
出するための光フアイバーである。これは、螢光
スペクトル処理系４０９の中の分光器４０５へ接
続される。分光器４０５からは、HPD螢光スペ
クトルを観察するため、600〜700nｍ帯のスペク
トル像４０７が出力される。スペクトル像の強度
は非常に弱いためこの撮像には高感度カメラ４０
６が用いられる。高感度カメラ４０６の出力ビデ
オ信号４２１は解析回路４０８に入力され、ここ
では撮像されたスペクトル像４０７をスペクトル
波形に図形化し、モニター４０９へ出力する。

イメージガイド４０９は照射部を観察するため
のフアイバー束である。ここから出力される光学
イメージは、分岐器４３０により分岐され、それ
ぞれカラーカメラ４３３および螢光イメージ処理
系４３４へ供給される。カラーカメラ４３３は通
常の内視鏡を観察するためのもので、カラービデ
オ信号４３５が出力される。螢光イメージ処理系
４３４は螢光イメージ信号４３６を出力する。画
像合成回路４３７では、カラービデオ信号４３５
に対して、螢光イメージ信号４３６がスーパーイ
ンボーズされ、モニター４１０において、カラー
像の上に疑似カラー的にマツピングされた螢光イ
メージを観察することができる。

このように、本実施例によれば、モニター上
で、螢光スペクトル、カラー像、螢光イメージを
同時に見ることができる。

次に、タイミングコントローラ４０１による制
御について説明する。

前述のように、本装置では、カラー像による通
常の内視鏡診断と螢光情報による診断は同時に進
行する。このため、照明用白色光が螢光スペクト
ルに影響しないように、白色光源４０３とレーザ
光源４１２は時分割で組織を照射する。また高感
度カメラ４０６は、励起光の照射に同期して採光
を行い、他の期間は強い照射光からの保護のた
め、シヤツタを閉じている。

第３図は白色光源４０３、レーザ光源４１２、
高感度カメラ４０６の動作タイミングチヤートで
あり、同図イ，ロ，ハは白色光源、レーザ光源、
高感度カメラシヤツタの動作波形図、同図ニはタ
イミングコントローラの出力波形図、同図ホ，ヘ
は後述する解析回路内信号波形図である。図中、
Ｆは螢光信号、Ｄはダーク信号を示している。

図において、動作周期はテレビのフレーム周波
数に同期した、1/30秒に設定している。この動作
に必要なタイミング信号４０２はタイミングコン
トローラ４０１から供給される。そして、本発明
に特徴的なリアルタイムダーク減算はこれらの動
作タイミングの適当な形での制御と、解析回路４
０８での処理とにより実現される。

まず、タイミングに関しては、第３図に示すよ
うに白色光OFFに同期して励起光を２回に１回
の割で発光させる。これにより高感度カメラ４０
６の出力信号４１２には、フレーム毎に螢光信号
とダーク信号を交互に得ることができる。この信
号４２１は解析回路４０８に入力される。

第２図は解析回路４０８の詳細なブロツク図
で、２０１はＡ／Ｄ変換器、２０３は遅延回路、
２０５は加算器、２０７は極性変換回路、２０９
は表示処理回路である。

信号４１２は以後の処理を容易にするため、
Ａ／Ｄ変換器２０１によりデジタル信号２０２に
変換される（第３図ニ）。この信号は、螢光信号
とダーク信号との時間差（１／30秒）に等しい遅
延時間を有する遅延回路２０３に入力され、遅延
信号２０４が出力される（第３図ホ）。この結果、
減算器２０５の入力信号として螢光、ダークの両
信号が同時に得られ、減算結果が信号２０６とし
て得られる。極性変換回路２０７では、信号２０
６に１フレームごとに現れる。“ダーク信号−螢
光信号”の部分を極性反転し、常に“螢光信号−
ダーク信号”の極性が得られるように働く。この
場合、ダーク信号のサンプリング周期を人間が行
う内視鏡操作や呼吸による気管の動きに比して充
分速い、例えば数Hz以上に設定することにより実
質的にリアルタイム減算が可能となる。こうし
て、リアルタイムダーク減算を施された螢光信号
２０８（第３図ヘ）は表示処理回路２０９におい
て図形化処理され、モニター４２２へ出力され
る。

螢光イメージに関しても螢光スペクトル同様、
リアルタイムダーク減算が行われる。この処理は
螢光イメージ処理回路４３４で実行されるが、そ
の構成、動作は第２図、第３図で説明した解析回
路４０８と同様のため、説明は省略する。

なお、上記実施例においては白色光源の遮断に
同期したレーザ光源の発光の割合を、該遮断の２
回に対して１回の割合としたが、これに限定する
必要はなく、遮断ｎ回に対してｍ回（ｎ＞ｍ）の
割合であればよい。

〔発明の結果〕

以上のように本発明によれば、従来診断性能上
の大きな問題となつていた白色光等不要光のもれ
込みを充分な精度で、しかも、もれこみ光量に変
動があつても除去することができ、またモニタ上
で螢光スペクトル、カラー像、螢光イメージを同
時に観察することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体構成を示す図、
第２図は解析回路の構成を示す図、第３図は本発
明の実施例の動作を示すタイミングチヤート、第
４図は従来の螢光検出装置を示す図である。 ２０１……Ａ／Ｄ変換器、２０３……遅延回
路、２０５……加算器、２０７……極性変換回
路、２０９……表示処理回路、４０１……タイミ
ングコントローラ、４０３……白色光源、４０５
……分光器、４０６……高感度カメラ、４０７…
…スペクトル像、４０８……解析回路、４０９，
４１０……モニタ、４１１……組織表面、４１２
……レーザ光源、４１３……内視鏡、４１４……
切り換え装置、４１５……診断光源、４１６……
治療光源、４１７，４１８，４２０……ライトガ
イド、４１９……イメージガイド、４３０……分
岐器、４３３……カラーカメラ、４３４……螢光
イメージ処理系、４３７……画面合成回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 腫瘍に対して親和性の強い螢光物質が予め注
   入された生体の所定の部位に励起光を照射し、照
   射により生じた螢光を検出する螢光検出装置にお
   いて、励起光を発生する第１のパルス光源と、励
   起光を患部へ導く第１のライトガイドと、診断用
   照明光を発明する第２のパルス光源と、照明光を
   患部へ導く第２のライトガイドと、照明光が照射
   された部位を観察するためのイメージガイドと、
   イメージガイド出力を第１のイメージと第２のイ
   メージに分岐する分岐器と、第１のイメージを撮
   像するテレビカメラと、第２のイメージより螢光
   成分のみを選択的に透過させ、螢光イメージを出
   力する螢光イメージ処理系と、螢光イメージ処理
   出力とテレビカメラ出力とを合成してモニタ出力
   を得る画面合成回路と、螢光イメージを直接、或
   いは分光器を介してスペクトル像を撮像するため
   の高感度カメラと、周期的に第２のパルス光源の
   出力を遮断し、該遮断に同期して高感度カメラの
   撮像動作を行わせると共に、該遮断に同期して第
   １のパルス光源を遮断ｎ回に対してｍ回（ｎ＞
   ｍ）の割合で発光させるように第１及び第２のパ
   ルス光源と高感度カメラの動作を制御するタイミ
   ングコントローラと、高感度カメラの出力信号が
   入力され、第１のパルス光源の発光時に得られる
   信号から非発光時に得られる信号を減算する解析
   回路とを備えたことを特徴とする診断用螢光検出
   装置。 ２ 前記第１のパルス光源の発光の割合を、第２
   のパルス光源出力の遮断２回に対して１回（ｎ＝
   ２、ｍ＝１）とする特許請求の範囲第１項記載の
   診断用螢光検出装置。 ３ 前記螢光イメージ処理係は、第１のパルス光
   源の発光時に得られる信号から非発光時に得られ
   る信号を減算する機能を備えた特許請求の範囲第
   １項記載の診断用螢光検出装置。 ４ 前記第１のパルス光源は、治療光と診断光と
   に切り換え可能である特許請求の範囲第１項記載
   の診断用螢光検出装置。