JPS6133639A - 生物組織の分光パタ−ン画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野） 本発明は、生物組織の分光パターン画像表示装置に関す
るものであり、特に、人体などの生物組織の病変部を正
常部から識別し、さらに病変部の診断をするのに適した
生物組織の分光パターン画像表示装置に関するものであ
る。

（従来技術） 生物組織に、レーザ光などの励起光を照射すると、その
組織の部位や状態（正常か異常か、病変を生じているか
などの状態、および病変の種類など）に応じて決まる固
有の波長対強度分布を有する螢光が、被照射部位から発
生される。

すなわち、生物組織のそれぞれの部分は、固有の螢光波
長分布特性を有している。

第１図は、このような固有螢光波長分布曲線の一例を示
すもので、横軸は波長、縦軸は螢光の強度である。

図において、例えば、実線Ｌ１は組織が正常である場合
、点線Ｌ２は組織に癌を生じている場合であり、また一
点鎖線Ｌ３は良性潰瘍を生じている場合を示している。

さらにまた、二点鎖線し４は、組織に癌が生じて、まだ
間もないとき−すなわち、早期癌が生じている場合を示
している。

この図から分るように、例えばλ２の波長光で生物組織
の被照射部を撮影すると、正常部、早期隔部、隔部、良
性潰瘍部の順に明るい像が得られ、λ３の波長光で撮影
した場合は、隔部、正常部、早期隔部、良性潰瘍部の順
に明るい像が得られることになる。

また、λ１の波長光の場合は、正常部と隔部とは同じ明
るさであり、良性潰瘍部はそれより明るい像に、また、
早期隔部はそれよりも暗い像になる。

それ故に、この図のような固有螢光波長分布曲線を各部
位、各病変状態ごとに、予め測定して、種々の固有螢光
波長分布曲線を準備しておけば、被検対象の生物組織に
ついて得られた螢光分光画像を標準のものと比較対照す
ることによって、その部分が正常であるか、異常である
か、また異常であるとすれば、どのように異常になって
いるかの診断を行なうことができるようになる。

さらにまた、生物組織のそれぞれの部分は、固有の反射
吸光度特性を有している。

前記吸光度特性は、横軸に波長、縦軸を吸光度をあられ
したグラフで表わすことができ、その特性は、前記螢光
波長分布特性と同様に、組織が正常であるか異常である
か、あるいはまた、その異常−すなわち病変の種類、状
態等によって異なる。

したがって、被検対象に対して、ある特定波長の光を照
射し、あるいは白色光照射後、特定波長の光だけを選択
し、その画像を撮影すれば、該画像の黒化度を正常部位
における黒化度と比較することによって、その被検対象
が、正常であるか、異常であるか、また異常であるとす
れば、どのように異常になっているかの診断を行なうこ
とができるようになる。

さて、前述した生物＠織から発生される螢光により、あ
るいは生物組織の吸光度特性により、その生物組織が正
常であるか、あるいは異常であるかを診断するための方
法および装置が、各種提案されている。

以下に、前記生物組織診断方法および装置について、簡
単に説明する。

（１）被検細胞にし―ザ光を照射し、その励起光をフィ
ルタでカットし、顕微鏡下に発する細胞の螢光波長−螢
光強度の曲線のパターン認識により、癌細胞と通常細胞
とを分別分離して、夫々集める方法が、セルソータを用
いて実施されている。

（２癌組織にレーザ光を照射し、その励起光をカットフ
ィルタで除去した後、前記組織の発する螢光画像をカラ
ー写真撮影し、その画像濃度の強弱で癌診断をする方法
が、最近開発されている。

（３）入出力同軸ファイバセンサの入力側にレーザ光を
導入し、そして癌組織と密着したセンサの先端から出力
側ファイバに導入された光のうち、励起波長光をカット
フィルタで除去した後、前記組織の発する螢光の波長−
強度曲線を記録して、癌の組織診断を行なう試みがなさ
れている。

（４）　　前記（３）のセンサを用いて、該センサを分
光器に接続して、血色素の吸収波長の極大又は極小の一
定波長を選んで組織表面に照射し、前記組織透過後の光
の強さを検出するために、センサの先端を正常組織→癌
”＠織→正常組織と直線上に密着させながら走査し、位
置（距離）−反射吸光度曲線を描かせて癌組織の診断を
行なう方法がある。

前記反射吸光度は、正常部と癌組織との境界線では、不
連続に突然に変化し、また、癌組織内では不規則粗大な
分布を示すことが知られているので、この性質を利用し
て癌の範囲を知る方法が実施されている。

以上に説明した従来の生物組織診断方法および装置には
、つぎのような欠点がある。

まず、前記（１）ｉ３）は組織の癌の存在位置を知る為
には適していないばかりではな（、癌細胞の持つ特性の
多様性という性質から分光学的な識別は困難であり、し
かも診断しようとする組織を全体的に面として診断しよ
うとするには適していないという欠点がある。

また、癌組織でも螢光の弱いものがあり、また、良性の
病変でも螢光が強いものがあるために、前記（２）の方
法による螢光の強弱のみの診断では、組織が癌か良性潰
瘍かを識別することができない。

さらに前記（４）は、癌を疑う部分について、癌組織の
範囲を知ることには適しているが、組織全体について走
査スキャンを行なうことは困難である。

また、取り出した組織標本にスキャンを行なうことはで
きるが、胃などの生体内臓器で内視鏡を用いて行なうこ
とは、はとんど不可能に近い欠点がある。

（目的〜） 本発明は、前述の欠点を除去するためになされたもので
あり、その目的は、生物組織の固有螢光波長分布特性あ
るいは吸光度特性の台部の分布様態について、３つ、ま
たはそれ以上の波長帯における各点の波長特性を、同一
画像上に同時にカラー濃淡画像として表現させることに
より、生物組織の画像を、該生物組織の正常もしくは異
常、あるいは異常の度合を明確に表現できるように得る
ことができ、これにより、生物組織病変の存在診断及び
病変の拡がりと質的、量的診断とを容易に行なうことの
できる、生物組織の分光パターン画像表示装置を提供す
ることにある。

（概要） 前記の目的を達成するために、本発明は、生物組織に光
を照射し、前記光の照射により得られる螢光もしくは反
射光を、複数の波長に分光したのち、各々の生物組織の
像を撮影し、生物組織の各部における螢光強度もしくは
反射光強度の分布パターンを、前記各々の生物組織の像
から認識し、そして、各分布パターンの形状に応じて、
生物組織の各部に対応する画像部分の表示色を決定し、
また、前記分布パターンの面積により前記色の輝度（ま
たは強度）を決定し、その後、前記輝度の調整された色
により、生物組織の画像を擬似カラー化し、再構成する
ように、構成した点に特徴がある。

（実施例） 以下に、図面を参照して、螢光分光パターン画像表示に
おける場合について、本発明の詳細な説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｈ）は第１図に示したような螢光波長
分布曲線において、異なる３点の螢光波長を選択した場
合における代表的な螢光強度の分布パターンの例を示す
グラフである。また、同図において、横軸および縦軸は
、第１図と同様に、螢光波長および螢光強度を示してい
る。

例えば、第１図における各螢光波長分布曲線において、
波長λ１、λ２、およびλ３を選択した場合の螢光強度
の分布パターンは、曲線Ｌ１においては第２図（Ａ）、
曲線Ｌ２においては同図（Ｇ）、曲線Ｌ３においては同
図（Ｈ）、曲線Ｌ４においては同図（Ａ＞と同一である
。

したがって、第２図に示した各パターンについて、たと
えば同図（Ａ＞については青、同図（Ｂ）については赤
、同図（Ｃ）については緑、・・・というように、それ
ぞれ異なる色調の色を割当てておぎ、被検部位の螢光分
光画像を、前記３点の波長λ１、λ２、およびλ３につ
いて撮影し、その画像の各々の点−すなわち画素につい
て、その螢光強度の分布パターンを認識したのち、その
認識された各パターンに割当てられた色を、各画素ごと
に当てはめて、被検部位の画像を再構成すれば、該被検
部位が正常であるか、異常であるか、あるいはその異常
がどの程度の異常であるかを、正確に識別することがで
きる。

なお、第１図の曲線１１（正常）およびＬ４（早期筋）
の螢光強度の分布パターンは、共に第２図（Ａ＞で示し
たパターンと同一であるが、該パターンの積分値−すな
わち、面積が異なるので、分布パターンの積分値の大小
によって、各画素の輝度を調整するようにすれば、各々
を容易に識別することができる。

つぎに、本発明の螢光分光パターン画像表示゛における
場合の具体的な実施例について、詳細に説明する。

第３図は本発明の第１の実施例の概略的ブロック図であ
る。

図において、光源１から照射されるレーザ光などの励起
光は、半透明鏡またはダイクロイックミラー２により、
矢印Ｊ方向に反射され、生物組織２ｏに達する。前記生
物組織２０は、励起光の照射を受けて、螢光を発生する
。

前記螢光は、半透明鏡またはダイクロイックミラー２を
透過した後、反射鏡３により反射され、さらにダイクロ
イックミラー４により、３つの異なる波長（λ１、λ２
およびλ３）の螢光に分光される。そして、分光された
のち、波長λ１およびλ３の螢光は、それぞれ反射鏡５
および反射鏡６により反射され、第１の光電変換スキャ
ナ７および第３の光電変換スキャナ９に入射し、その螢
光分光画像が撮影される。

また、波長λ２の螢光は、ダイクロイックミラー４から
直接、第２の光電変換スキャナ８に入射し、その螢光分
光画像が撮影される。

前記第１ないし第３の光電変換スキャナ７〜９は、第１
ないし第３のフレームメモリ１０〜１２に接続されてい
る。前記第１ないし第３のフレームメモリ１０〜１２に
記憶された、各画素の螢光強度は、アドレスカウンタ１
４から出力される制御信号（アドレス信号）により、同
一画素に対応するものが、パターン認識装置１３に出力
される。

前記パターン認識装置１３は、前記第１ないし第３のフ
レームメモリ１０〜１２から出力された３つの螢光強度
により、各画素毎に螢光強度の分布パターンを作成する
。前記パターン認識装置１３は、パターン形状−色調変
換器１５およびパターン積分面積−輝度変換器１６に接
続されている。

パターン形状−色調変換器１５には、例えば第２図（Ａ
）〜（）−１）に示すような典型的な螢光強度パターン
と、該パターンに対応して予め選定された、異なる色調
を有する色（青、赤、緑、・・・）とが記憶されている
。

前記パターン形状−色調変換器１５は、パターン認識装
置１３から出力されるある画素についての螢光強度パタ
ーンを、あらかじめ記憶された螢光強度パターンと比較
し、同一あるいは同一とみなすことのできるパターンを
選び出す。そして、前記選択された螢光強度パターンに
対応する色調信号を、ＣＲＴ駆動装置１７に出力する。

パターン積分面積−輝度変換器１６は、前記パターン認
識装置１３から出力されるある画素についての螢光強度
パターンの積分値を求め、該積分値に対応するように制
御された輝度信号をＣＲＴ駆動装＠１７に出力する。

前記ＣＲＴ駆動装置１７は、ＣＲＴ１９に接続されてい
る。

なお、前記アドレスカウンタ１４から出力される制御信
号は、前記第１ないし第３のフレームメモリ１０〜１２
に供給されると同時に、アドレス−偏向位置変換器１８
へも供給される。前記アドレス−偏向位置変換器１８は
、ＣＲＴ駆動装置１７により駆動されるＣＲＴ１９の電
子ビームの偏向位置を指定する。

以上の構成を有する本発明の一実施例において、第１な
いし第３の光電変換スキャナ７〜９により撮影される螢
光分光画像の各々対応する各画素の螢光強度信号は、パ
ターン認識装置１３に転送され、螢光強度の分布パター
ンとして認識される。

その後、前記パターンに対応するように選択された色調
で、かつ該パターンの面積に応じた輝度で、ＣＲＴ１９
の画面上に各画素が表示される。

これにより、生物組織の擬似カラー表示がなされる。

したがって、本発明では、生物組織２０に病変が生じて
いれば、該病変部を正常部、と全く別の色調で表現する
ことができるので、その診断を極めて容易に行なうこと
ができる。さらに、前記病変部の状態あるいは種類等の
診断も容易に行なうことができる。

また、螢光強度パターンが同一であっても、その積分値
が異なれば、ＣＲＴ１９画面上の輝度が異なるので、例
えば第１図の曲線Ｌ１（正常）と曲線Ｌ４（早期病）と
の区別も容易に行なうことができる。

また、同一螢光強度パターンの区域を指定して、この区
域の輝度の強弱を階段上疑似カラー表示することにより
、分光パターン画像を診断に供することもできる なお、前述の説明においては、各画像について異なる３
つの螢光波長を選択し、その螢光強度パターンを作成す
るものとしたが、前記螢光強度パターンを作成する螢光
波長の数は、特に３個に限定されることはなく、２個、
あるいは４個以上であっても良いことは当然である。

第４図は本発明の第２の実施例の概略ブロック図である
。

図において、第３図と同一の符号は、同一または同等部
分をあられしているので、その説明は省略する。

第４図において、λ１．λ２およびλ３の螢光波長で撮
影された螢光分光画像は、第１ないし第３のフレームメ
モリ１０〜１２に記憶され、その後、アドレスカウンタ
１４から主力される制御信号により、同一の画素に対応
する螢光強度の情報が第１ないし第３のレベル−色強度
変換器２１〜２３に転送される。

前記第１ないし第３のレベル−色強度変換器２１〜２３
は、前記λ１．λ２．およびλ３の波長における各螢光
強度に応じたレベルを有する青、赤、緑の各画信号をＣ
ＲＴ駆動装置１７Ａに出力する。

前記ＣＲＴ駆動装置１７Ａは、第１ないし第３のレベル
−色強度変換器２１〜２３により出力された３色の画信
号で、ＣＲＴ１９の画面上の各画素を付勢する。

したがって、第１ないし第３のフレームメモリ１０〜１
２により出力される各々の螢光強度の大きさに応じて−
すなわち、第２図（Ａ）〜（Ｈ）に示すようなパターン
の変化に応じて、前記ＯＲ１１９画面上の各画素の色調
が変わることになり、これにより、生物組織２０の診断
を行なうことができる。

また、螢光強度分布パターンが同一であっても、その積
分値が異なれば、前記第１の実施例と同様に、ＣＲ７１
９画面上の各画素の輝度が変化するので、病変部の状態
、あるいは種類等の診断も容易に行なうことができる。

さらにまた、前記第１の実施例と同様に、同一螢光強度
パターンの区域を指定して、この区域の輝度の強弱を階
段上疑似カラー表示することにより、分光パターン画像
を診断に供することもできる さて、以上の説明による本発明の第１および第２の実施
例においては、第１ないし第３の光電変換スキャナ７〜
９は、生物１１織２０から発生する螢光の、各波長ごと
の強度を読み取るものとして説明したが、特にこれのみ
に限定されず、単に生物組織２０からの反射光を読みと
るようにしてもよい。

つまり、生物組織２０は、その組織ごとに異なる吸光度
特性を有しているので、異なる波長ごとにその組織の吸
光度−一逆に言えば、反射光の強度を測定し、各強度に
より形成される反射光強度パターンに応じて、各画素ご
とに異なる色調でＣＲＴ１９を付勢するようにしても良
い。

また、螢光強度、あるいは反射光強度の分布パターンを
認識する際に選択される螢光あるいは反射光の波長は、
生物組織の種類あるいは診断の目的等によって、変えら
れるのが望ましい。

すなわち、生物組織は、その種類、あるいは病変の種類
、進行状態等によって、螢光強度、あるいは反射光強度
の特性が変化するが、ある特定の選択された波長におい
て、常に明確なパターン変化をするとは限らないので、
そのパターン変化が明確に現われるような波長は、常に
選択されなくてはならない。

（効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、つぎ
のような効果が達成される。

（１）複数の波長において撮影された螢光分光画像、あ
るいは反射光分光画像から、各々の画素における螢光強
度、あるいは反射光強度の分布パターンを認識し、該パ
ターンに応じて、あらかじめ設定された色調の光を各画
素ごとに当てはめることにより、擬似カラー画像を構成
するようにしたので、生物組織の正常部と異常部とを異
なる色調で表現することができ、被検部分の診断を容易
に行なうことができる。　　゛ （２前記パターンの積分値の違いにより、各画素の輝度
を制御するので、異常部の螢光強度あるいは反射光強度
の分布パターンが、正常部のものと同じであっても、積
分値が異なる限り、前記正常部と異常部とを異なる輝度
で表現することができる。また、同一螢光、もしくは反
射光強度パターンの区域を指定して、この区域の輝度の
強弱を階段上疑似カラー表示することにより、分光パタ
ーン画像を診断に供することもできる。

したがって、被検部分の診断を確実に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は生物組織の固有螢光波長分布曲線の一例を示す
グラフ、第２図（Ａ）〜（Ｈ）は螢光強度の分布パター
ンの例を示すグラフ、第３図は本発明の第１の実施例の
概略的ブロック図、第４図は本発明の第２の実施例の概
略的ブロック図である。 １・・・光源、２・・・半透明鏡、４・・・ダイクロイ
ックミラー、７〜９・・・第１ないし第３の光電変換ス
キャナ、１０〜１２・・・第１ないし第３のフレームメ
モリ、１３・・・パターン認識装置、１４・・・アドレ
スカウンタ、１５・・・パターン形状−色調変換器、１
６・・・パターン積分面積−輝度変換器、１７．１７Ａ
・・・ＣＲＴ駆動装置、１８・・・アドレス−偏向位置
変換器、１９・・・ＣＲＴ、２０・・・生物組織、２１
〜２３・・・第１ないし第３のレベル−色強度変換器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）生物組織に光を照射する光源と、前記光の照射に
   より生物組織から発生された螢光、および前記生物組織
   で反射された反射光のいずれか一方を分光し、異なる複
   数の波長光を選択する分光手段と、前記複数の波長光に
   おける前記螢光もしくは反射光による生物組織の像を各
   々撮影する生物組織撮影手段と、前記生物組織の各部に
   おける螢光強度もしくは反射光強度の分布パターンを、
   前記生物組織撮影手段により撮影された各々の画像から
   認識するパターン認識手段と、前記パターン認識手段に
   より認識された分布パターンの形状に応じて異なる色を
   選択するパターン形状−色調変換器と、前記パターン認
   識手段により認識された各部における分布パターンの積
   分面積に応じて前記パターン形状−色調変換器により選
   択された色の輝度を制御するパターン積分面積−輝度変
   換器と、前記輝度が制御された色調により、生物組織の
   画像を得る画像形成手段とを具備したことを特徴とする
   生物組織の分光パターン画像表示装置。
2. （２）前記パターン形状−色調変換器は、各種の形状の
   分布パターンに対応してあらかじめ選定された色から、
   前記パターン認識手段により認識された分布パターンの
   形状と同一と見なすことのできる分布パターンに対応す
   る色を選択することを特徴とする前記特許請求の範囲第
   １項記載の生物組織の分光パターン画像表示装置。