JPWO2010109707A1 - 蛍光観察装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の蛍光観察装置は、波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を複数の励起光から選択可能な光源部と、被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、複数の励起光の強度特性と、第1の蛍光体の蛍光特性と、第2の蛍光体の蛍光特性と、に基づき、光源部から発せられる励起光の波長帯域及び可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定するための演算を行う演算処理部と、演算処理部の演算結果に基づき、光源部と可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、を有する。

Description

本発明は、蛍光観察装置に関し、特に、複数の蛍光プローブから発せられる蛍光を観察するための蛍光観察装置に関するものである。
近年、分子標的薬剤を用いた癌診断技術が注目され始めている。具体的には、例えば、癌細胞において特異的に発現する生体タンパク質をターゲットとした蛍光プローブ(蛍光薬剤)を生体の対象部位へ散布または注入した後、該対象部位において発せられる蛍光に基づいて癌の有無を判別する、という手法が近年研究されている。そして、このような手法は、消化管分野の癌の早期発見において有用である。
また、前述の手法を応用したものとして、複数種類の蛍光プローブを生体の対象部位へ散布または注入した後、該対象部位において発せられる複数波長の蛍光に基づき、該複数種類の蛍光プローブに対応する複数種類の生体タンパク質の発現状態を複合的に観察する、という手法が提案されつつある。そして、このような手法は、癌のステージの推定、癌の浸潤リスクの予測、及び、癌の転移リスクの予測等において有用であると考えられている。
例えば日本国特開2008−43396号公報によれば、複数種類の蛍光プローブを生体の対象部位へ散布または注入して観察を行う内視鏡システムにおいて、観察時に得られた蛍光の強度と蛍光プローブの濃度との間の関係に基づく演算処理を行うことにより、各蛍光プローブ毎の蛍光画像(蛍光の分布画像)を取得可能な構成が開示されている。
ところで、複数種類の蛍光プローブを生体の対象部位へ散布または注入して観察を行う場合においては、該対象部位から発せられる複数波長の蛍光の帯域が重複する現象である、いわゆるクロストーク現象が発生する。そして、このようなクロストーク現象は、例えば、観察画像のコントラストの低下に関与するものとして問題視されている。
一方、日本国特開2008−43396号公報に記載の技術によれば、予め決められた蛍光プローブの組み合わせにおいてクロストーク現象を軽減することができる反面、予め決められた蛍光プローブの組み合わせ以外においてはクロストーク現象の軽減効果が得られにくい、という課題が生じている。また、日本国特開2008−43396号公報に記載の技術によれば、詳細な蛍光特性が未知である新規の蛍光プローブを使用する場合においてクロストーク現象の軽減効果が得られにくい、という課題が生じている。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、複数の蛍光プローブに応じてそれぞれ発せられる蛍光を観察する際に生じるクロストーク現象を、様々な蛍光プローブの組み合わせにおいて軽減することが可能な蛍光観察装置を提供することを目的としている。
本発明における蛍光観察装置は、波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、前記複数の励起光の強度特性と、前記第1の蛍光体の蛍光特性と、前記第2の蛍光体の蛍光特性と、に基づき、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定するための演算を行う演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
本発明における蛍光観察装置は、波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、前記光検出部における検出結果に基づき、前記第1の蛍光体から発せられる蛍光に応じた蛍光像と、前記第2の蛍光体から発せられる蛍光に応じた蛍光像と、前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体の混合領域から発せられる蛍光に応じた蛍光像とを取得し、前記蛍光像各々の輝度に基づき、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定する解析部と、前記解析部の解析結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
本発明の第1の実施例に係る内視鏡システムの要部の構成を示す図。 図1の内視鏡システムに適用可能な他の光源装置の一例を示す図。 本発明の第2の実施例に係る内視鏡システムの要部の構成を示す図。 2種類の蛍光薬剤が塗布された被写体の一例を示す図。 図4に例示した被写体において、第1の蛍光薬剤から発せられる蛍光強度が最も大きくなった場合を示す図。 図4に例示した被写体において、第2の蛍光薬剤から発せられる蛍光強度が最も大きくなった場合を示す図。 図5に示す場合において得られる蛍光像の一例を示す模式図。 図6に示す場合において得られる蛍光像の一例を示す模式図。 第1の蛍光薬剤から発せられる蛍光に対応する1つのピークのみを具備する輝度分布の一例を示す図。 第2の蛍光薬剤から発せられる蛍光に対応する1つのピークのみを具備する輝度分布の一例を示す図。 図3の内視鏡システムに適用可能な他の光源装置の一例を示す図。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
(第1の実施例)
図1及び図2は、本発明の第1の実施例に係るものである。
内視鏡システム1は、図1に示すように、生体内に挿入可能であり、該生体内に存在する生体組織等の被写体の像を取得するとともに、取得した被写体の像を撮像信号として出力する内視鏡2と、内視鏡2の内部に挿通されたライトガイド6を介し、該被写体へ出射される光を内視鏡2に供給する光源装置3と、内視鏡2から出力される撮像信号に応じた信号処理を行い、該信号処理を行った後の撮像信号を映像信号として出力するプロセッサ4と、プロセッサ4から出力される映像信号に基づき、内視鏡2において取得された被写体の像を画像表示するモニタ5と、を有して構成されている。
内視鏡2は、光源装置3から供給され、ライトガイド6により伝送された光を被写体へ出射する照明光学系21と、被写体の像を結像する対物光学系22と、対物光学系22の結像位置に撮像面が配置されたCCD(電荷結合素子)23と、CCD23の前段に配置された分光素子23aと、プロセッサ4の制御に基づいて分光素子23aを駆動させる分光素子駆動回路25と、を有して構成されている。
可変フィルタ部としての機能を備えた分光素子23aは、分光素子駆動回路25からの駆動信号に応じて自身の透過波長帯域を変化させることにより、対物光学系22を経て入射される戻り光のうち、該駆動信号に応じた波長帯域の光のみを選択的に透過させることが可能に構成されている。
光源装置3は、LED光源部31と、LED駆動回路32と、LED光源部31において発せられた光を集光してライトガイド6へ供給する集光光学系33と、を有している。
LED光源部31は、相互に波長帯域(及び中心波長)の異なる光を発する複数のLED31aをアレイ状に配置して構成されている。
LED駆動回路32は、LED光源部31における複数のLED31aのうち、プロセッサ4の制御に応じたLED31aを選択して駆動させる。
プロセッサ4は、図1に示すように、CCD23を駆動するCCDドライバ41と、CCD23から出力される撮像信号を増幅するアンプ42と、アンプ42から出力される撮像信号に対して相関2重サンプリング等の信号処理を施すプロセス回路43と、プロセス回路43から出力される撮像信号をデジタルの画像信号に変換するA/Dコンバータ44と、を有している。
また、プロセッサ4は、図1に示すように、ホワイトバランス回路45と、フレームメモリ46と、画像処理回路47と、D/Aコンバータ48と、タイミングジェネレータ49と、を有している。
ホワイトバランス回路45は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づき、A/Dコンバータ44からの画像信号に対してホワイトバランス処理を施し、該ホワイトバランス処理後の画像信号をフレームメモリ46へ出力する。
フレームメモリ46は、ホワイトバランス回路45から出力される画像信号を1フレーム分ずつ順次記憶する。
画像処理回路47は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づき、フレームメモリ46に記憶された画像信号を読み込む。そして、画像処理回路47は、読み込んだ画像信号に所定の画像処理を施してD/Aコンバータ48へ出力する。
D/Aコンバータ48は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づき、画像処理回路47から出力される画像信号をアナログの映像信号に変換して出力する。
タイミングジェネレータ49は、各部の動作タイミングを示すタイミング信号を生成した後、該タイミング信号を、CCDドライバ41、アンプ42、プロセス回路43、A/Dコンバータ44、ホワイトバランス回路45、画像処理回路47、D/Aコンバータ48、及び、制御回路53へ夫々出力する。
さらに、プロセッサ4は、図1に示すように、キーボード等の入力装置を備えた入力インターフェース50と、記憶回路51と、演算処理回路52と、制御回路53と、を有している。
記憶部としての機能を備えた記憶回路51には、蛍光薬剤(蛍光プローブ)毎に関連付けられた所定のパラメータ、及び、LED光源部31において発せられる光(励起光)の波長と強度との相関を示す関数が予め記憶されている。
演算処理回路52は、LED光源部31において発せられる光(励起光)の波長と強度との相関を示す関数と、入力インターフェース50において入力された蛍光薬剤の情報に対応するパラメータと、を記憶回路51から読み込む。また、演算処理回路52は、記憶回路51から読み込んだ各値に基づく演算処理を行うことにより、励起光の中心波長及び蛍光の検出波長帯域を、入力インターフェース50において入力された蛍光薬剤の組み合わせにおいて取得する。そして、演算処理回路52は、励起光の中心波長及び蛍光の検出波長帯域の演算結果を制御回路53へ出力する。
制御回路53は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングと、演算処理回路52において算出された励起光の中心波長とに基づき、発光させるLED31aを順番に切り替えさせるための制御をLED駆動回路32に対して行う。また、制御回路53は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングと、演算処理回路52において算出された蛍光の検出波長帯域とに基づき、分光素子23aの透過波長帯域を順番に切り替えさせるための制御を分光素子駆動回路25に対して行う。
さらに、制御回路53は、LED駆動回路32に対する制御のタイミングと、分光素子駆動回路25に対する制御のタイミングとを、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づいて同期させる。そして、このような制御回路53の制御によれば、光源装置3におけるLED光源部31の動作と、内視鏡2における分光素子23aの動作とが連動する。
次に、内視鏡システム1の作用について述べる。
まず、ユーザは、内視鏡システム1を使用する事前に、入力部としての機能を備えた入力インターフェース50を操作することにより、蛍光観察に使用するn種類(n≧2)の蛍光薬剤の情報(品名または物質名等)をそれぞれ入力する。
一方、演算処理回路52は、入力インターフェース50においてn種類の蛍光薬剤の情報が入力されたことを検知すると、LED光源部31において発せられる励起光の波長λExと強度との相関を示す関数I(λEx)を記憶回路51から読み込む。
また、演算処理回路52は、入力インターフェース50においてn種類の蛍光薬剤の情報が入力されたことを検知すると、該情報に対応するパラメータをそれぞれ読み込む。具体的には、演算処理回路52は、励起光の波長λExに対する励起効率γ(λEx)、蛍光薬剤から発せられる蛍光の波長と強度との相関を示す関数S(λ)、蛍光薬剤から発せられる蛍光の長波長側の検出限界波長λMAX、及び、励起光の波長帯域と蛍光の検出波長帯域とが重複しないようにするためのマージン値Δを、入力インターフェース50において入力された各蛍光薬剤の情報に対応するパラメータとして読み込む。
ここで、励起光の波長λExにおいて一の蛍光薬剤から発せられる蛍光の強度F(λEx)の値と、演算処理回路52により読み込まれた各値との間には、下記数式(1)の関係が成り立つ。

Figure 2010109707

演算処理回路52は、記憶回路51から読み込んだ各値を上記数式(1)の右辺に代入した後、励起光の波長λExを順次変化させてゆくことにより、蛍光の強度F(λEx)が最大値となる励起光の波長λExを蛍光薬剤毎に取得する。そして、このような演算処理により、n種類の蛍光薬剤それぞれに対応する励起光の中心波長λEx1、λEx2、・・・、λExnが取得される。
すなわち、演算処理回路52は、上記数式(1)を用いた演算処理を行うことにより、蛍光観察に使用される各蛍光薬剤をそれぞれ最適に励起可能な励起光の中心波長を取得する。
また、IDナンバーi(i=1、2、・・・、n−1、n)が付与された蛍光薬剤において、波長λExiにおける励起光の強度をIi(λExi)とし、波長λExiにおける励起効率をγi(λExi)とし、該IDナンバーiの蛍光薬剤から発せられる蛍光を検出する際の検出波長をλEm(>λExi+Δ)とした場合、該蛍光の検出強度Fi(λEm)の値は、下記数式(2)により求められる。

Figure 2010109707

さらに、n種類の蛍光薬剤から発せられる全ての蛍光の検出強度(F1(λEm)+F2(λEm)+・・・+Fn(λEm))のうち、IDナンバーiの蛍光薬剤から発せられる蛍光の検出強度Fi(λEm)の占める割合に相当する寄与率Ciは、下記数式(3)により求められる。

Figure 2010109707

演算処理回路52は、前述の演算処理により取得された励起光の波長λExiと、上記数式(2)及び(3)とを用い、IDナンバーiの蛍光薬剤の寄与率Ciが所定値Pthを超える検出波長λEmを全て取得する。これにより、演算処理回路52は、IDナンバーiの蛍光薬剤から発せられる蛍光を検出する際に用いられる、複数の検出波長λEmからなる検出波長帯域λbiを取得する。
すなわち、演算処理回路52は、上記数式(2)及び(3)を用いた演算処理を行うことにより、蛍光観察に使用される各蛍光薬剤から発せられる蛍光をそれぞれ最適に検出可能な検出波長帯域を取得する。
演算処理回路52は、IDナンバーiの蛍光薬剤を励起させるための励起光の中心波長λExi、及び、該IDナンバーiの蛍光薬剤から発せられる蛍光の検出波長帯域λbiを、以上に述べた演算処理の演算結果として取得する。そして、演算処理回路52は、励起光の中心波長λEx1、λEx2、・・・、λExnと、蛍光の検出波長帯域λb1、λb2、・・・、λbnとを一対一に関連付けて制御回路53へ出力する。
制御回路53は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングと、演算処理回路52において算出された励起光の励起光の中心波長λEx1、λEx2、・・・、λExnとに基づき、発光させるLED31aをこの順番に応じて切り替えさせる(選択させる)ための制御をLED駆動回路32に対して行う。また、制御回路53は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングと、演算処理回路52において算出された蛍光の検出波長帯域λb1、λb2、・・・、λbnとに基づき、分光素子23aの透過波長帯域をこの順番に応じて切り替えさせる(選択させる)ための制御を分光素子駆動回路25に対して行う。
さらに、制御回路53は、LED駆動回路32に対する制御のタイミングと、分光素子駆動回路25に対する制御のタイミングとを、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づいて同期させる。そして、このような制御回路53の制御によれば、IDナンバーiが付与された蛍光薬剤において、光源装置3のLED光源部31が中心波長λExiの励起光を出射する動作と、内視鏡2の分光素子23aが検出波長帯域λbiの光(蛍光像)を透過させる動作とが連動する。
一方、ユーザは、内視鏡2の挿入部を被検者の体腔内に挿入してゆき、癌等の所望の被写体が存在する位置へ励起光が出射されるように内視鏡2の先端部を配置する。
また、ユーザは、内視鏡2に挿通可能な形状及び寸法を具備する図示しない処置具等を用いつつ、入力インターフェース50の操作により情報を入力したn種類の蛍光薬剤を癌等の所望の被写体へ散布または注入する。
そして、中心波長λEx1、λEx2、・・・、λExnの励起光が前記所望の被写体へ順次出射される毎に、各励起光に応じたn種類の蛍光が前記所望の被写体から順次発せられる。
前記所望の被写体から発せられた蛍光は、対物光学系22及び分光素子23aを経た後、検出波長帯域λb1、λb2、・・・、λbnの被写体の蛍光像としてCCD23の撮像面に順次結像する。
その後、CCD23は、検出波長帯域λb1、λb2、・・・、λbnの被写体の蛍光像に応じた撮像信号を順次生成してプロセッサ4へ出力する。
CCD23から出力された各撮像信号は、アンプ42により増幅され、プロセス回路43により信号処理され、A/Dコンバータ44によりデジタルの画像信号へ変換される。そして、A/Dコンバータ44から出力された各画像信号は、ホワイトバランス回路45によりホワイトバランス処理された後、フレームメモリ46に入力される。
フレームメモリ46には、検出波長帯域λb1、λb2、・・・、λbnの被写体の蛍光像にそれぞれ対応する画像信号が1フレーム分ずつ順次記憶される。
画像処理回路47は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づき、検出波長帯域λb1、λb2、・・・、λbnの被写体の蛍光像にそれぞれ対応する最新の各1フレーム分の画像信号をフレームメモリ46から同時に読み込む。そして、画像処理回路47は、フレームメモリ46から読み込んだ各画像信号に対し、相互に異なる色を着色する等の画像処理を施してD/Aコンバータ48へ出力する。
D/Aコンバータ48は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づき、画像処理回路47から出力される各画像信号をアナログの映像信号に変換して出力する。これにより、モニタ5には、蛍光観察に使用されるn種類の蛍光薬剤からそれぞれ発せられる蛍光の分布を個別に視認可能な画像が表示される。
以上に述べたように、内視鏡システム1によれば、複数の蛍光薬剤を用いて蛍光観察を行う際に、励起光の中心波長及び蛍光の検出波長帯域を各蛍光薬剤毎に最適化することにより、クロストーク現象に起因するコントラストの低下が大幅に軽減された画像を取得することができる。すなわち、内視鏡システム1によれば、複数の蛍光薬剤に応じてそれぞれ発せられる蛍光を観察する際に生じるクロストーク現象を、様々な蛍光プローブの組み合わせにおいて軽減することができる。
なお、本実施例の内視鏡システム1は、図1に示す光源装置3の代わりに、図2に示す光源装置3Aを用いて構成されるものであっても良い。
光源装置3Aは、キセノンランプ等からなるランプ34と、ランプ34の光路上に配置された分光素子35と、制御回路53の制御に基づいて分光素子35を駆動させる分光素子駆動回路36と、分光素子35を透過した光を集光してライトガイド6へ供給する集光光学系37と、を有している。
分光素子35は、分光素子駆動回路36からの駆動信号に応じて自身の透過波長帯域を変化させることにより、該駆動信号に応じた波長帯域の光のみを透過させることが可能な構成を具備している。
すなわち、図2に示す光源装置3Aを用いた場合の構成によれば、中心波長λEx1、λEx2、・・・、λExnの励起光をこの順番に応じて発生させるための制御を分光素子駆動回路36に対して行うことにより、図1に示す光源装置3を用いた場合の構成と略同様の効果を得ることができる。
(第2の実施例)
図3から図11は、本発明の第2の実施例に係るものである。
なお、以降の説明において、第1の実施例と同様の構成を持つ部分については、詳細な説明を省略する。また、本実施例における内視鏡システムの構成は、第1の実施例と類似の構成を有している。そのため、本実施例においては、第1の実施例と異なる部分について主に説明を行うものとする。
内視鏡システム1Aは、図3に示すように、内視鏡2と、光源装置3と、プロセッサ4Aと、モニタ5と、を有して構成されている。
プロセッサ4Aは、第1の実施例のプロセッサ4に対して画像解析回路54を加えたものとして構成されている。
画像解析回路54は、A/Dコンバータ44から出力される画像信号の解析を行った後、解析結果を記憶回路51に記憶させる。また、画像解析回路54には、制御回路53が行う制御内容に関する情報が随時入力される。
次に、内視鏡システム1Aの作用について述べる。なお、以降においては、2種類の蛍光薬剤を用いて観察を行う場合を例に挙げて説明を進めるものとする。
まず、ユーザは、図4に示すように、実際の観察において組み合わせて使用される2種類の蛍光薬剤としての第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bを、無蛍光部材101の表面にそれぞれ一様に塗布する。このとき、ユーザは、第1の蛍光薬剤102aと、第2の蛍光薬剤102bとが混合された混合領域を少なくとも1箇所設けるようにする。
その後、ユーザは、第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bが塗布された無蛍光部材101と、照明光学系21及び対物光学系22とを向かい合わせて配置する。
なお、第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bが塗布された無蛍光部材101は、内視鏡2の先端部を挿入可能なキャップの底面に配置されるものであっても良く、または、平板状に形成されるものであっても良い。
そして、ユーザは、入力インターフェース50の操作により、励起光の波長帯域、及び、蛍光の検出波長帯域を各蛍光薬剤毎に最適化させるための指示を行う。
演算処理回路52は、前述の指示がなされたことを制御回路53へ通知する。
制御回路53は、前述の指示がなされたことを演算処理回路52を介して検知すると、LED光源部31のLED31aを順番に点灯させる制御をLED駆動回路32に対して行うとともに、点灯中のLED31aから発せられる励起光の波長帯域を分光素子23aにおいて遮断させる制御を分光素子駆動回路25に対して行う。そして、制御回路53は、前述の制御内容に関する情報(各制御を実施したタイミング等)を画像解析回路54へ随時出力する。
LED光源部31のLED31aが順番に点灯されると、第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bに対して出射される励起光の波長帯域が順次シフトしてゆく。これにより、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光強度と、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光強度との関係が次第に変化してゆき、例えば、図5に示す場合において第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光強度が最も大きくなるとともに、図6に示す場合において第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光強度が最も大きくなる。
一方、CCD23は、励起光の波長帯域がシフトする毎に第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bによる蛍光像を取得し、取得した蛍光像を撮像信号として順次出力する。
CCD23から出力された撮像信号は、アンプ42により増幅され、プロセス回路43により信号処理され、A/Dコンバータ44により画像信号に変換された後、画像解析回路54へ出力される。
画像解析回路54は、A/Dコンバータ44を経て入力される各画像信号に対して順次解析を行うことにより、例えば、図7及び図8に示すような蛍光像が取得されたことを検出する。
ここで、図7に示す蛍光像は、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光強度が最も大きくなる、図5に示す場合において得られたものである。そのため、画像解析回路54は、制御回路53の制御内容に関する情報に基づき、図7に示す蛍光像が得られた際の波長帯域λc1が、第1の蛍光薬剤102aを励起させる励起光の波長帯域として最適である、という解析結果を得る。
また、図8に示す蛍光像は、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光強度が最も大きくなる、図6に示す場合において得られたものである。そのため、画像解析回路54は、制御回路53の制御内容に関する情報に基づき、図8に示す蛍光像が得られた際の波長帯域λc2が、第2の蛍光薬剤102bを励起させる励起光の波長帯域として最適である、という解析結果を得る。
そして、画像解析回路54は、第1の蛍光薬剤102aを励起させる励起光の波長帯域λc1と、第2の蛍光薬剤102bを励起させる励起光の波長帯域λc2と、を記憶回路51に記憶させる。
一方、演算処理回路52は、画像解析回路54による波長帯域λc1及びλc2の解析結果が記憶回路51に記憶されたことを制御回路53へ通知する。
制御回路53は、画像解析回路54による波長帯域λc1及びλc2の解析結果が記憶回路51に記憶されたことを演算処理回路52を介して検知すると、波長帯域λc1及びλc2を含む白色光をLED光源部31から出射させる制御をLED駆動回路32に対して行うとともに、分光素子23aの透過波長帯域を次第にシフトさせる制御を分光素子駆動回路25に対して行う。そして、制御回路53は、前述の制御内容に関する情報(各制御を実施したタイミング等)を画像解析回路54へ随時出力する。
波長帯域λc1及びλc2を含む白色光がLED光源部31から出射されると、第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bから蛍光が同時に発せられる。このような状態において、分光素子23aの透過波長帯域が次第にシフトされることにより、該透過波長帯域を具備する被写体の像がCCD23の撮像面に順次結像される。
CCD23は、分光素子23aの透過波長帯域がシフトする毎に第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bによる蛍光像を取得し、取得した蛍光像を撮像信号として順次出力する。
CCD23から出力された撮像信号は、アンプ42により増幅され、プロセス回路43により信号処理され、A/Dコンバータ44により画像信号に変換された後、画像解析回路54へ出力される。
画像解析回路54は、A/Dコンバータ44を経て順次入力される各画像信号に対して解析を行うことにより、該各画像信号に対応した分光画像をそれぞれ取得する。
その後、画像解析回路54は、各分光画像において、第1の蛍光薬剤102aのみが塗布された第1の領域の蛍光像の輝度値B1と、第2の蛍光薬剤102bのみが塗布された第2の領域の蛍光像の輝度値B2と、第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bが混合された混合領域の蛍光像の輝度値Bmと、をそれぞれ検出する。
次に、画像解析回路54は、下記数式(4)を用いた演算を行うことにより、自身に入力される各画像信号における輝度比CN1を算出する。

CN1=(Bm−B1)/(Bm+B1) ・・・(4)

画像解析回路54は、輝度比CN1の算出結果と、制御回路53の制御内容に関する情報とに基づき、輝度比CN1が所定値Qth以下となるような分光画像が得られた際の透過波長帯域λd1が、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光を検出するための検出波長帯域として最適である、という解析結果を得る。
続いて、画像解析回路54は、下記数式(5)を用いた演算を行うことにより、自身に入力される各画像信号における輝度比CN2を算出する。

CN2=(Bm−B2)/(Bm+B2) ・・・(5)

画像解析回路54は、輝度比CN2の算出結果と、制御回路53の制御内容に関する情報とに基づき、輝度比CN2が所定値Rth以下となるような分光画像が得られた際の透過波長帯域λd2が、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光を検出するための検出波長帯域として最適である、という解析結果を得る。
そして、画像解析回路54は、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光を検出するための透過波長帯域λd1と、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光を検出するための透過波長帯域λd2と、を記憶回路51に記憶させる。
その後、入力インターフェース50の操作により、第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bの2種類の蛍光薬剤を組み合わせて使用する旨が指示されると、演算処理回路52は、励起光の波長帯域λc1及びλc2と、透過波長帯域λd1及びλd2と、を記憶回路51から読み込んだ後、これらを一対一に関連付けて制御回路53へ出力する。
制御回路53は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングと、演算処理回路52から出力される励起光の波長帯域λc1及びλc2とに基づき、発光させるLED31aをこの順番に応じて切り替えさせるための制御をLED駆動回路32に対して行う。また、制御回路53は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングと、演算処理回路52から出力される透過波長帯域λd1及びλd2とに基づき、分光素子23aの透過波長帯域をこの順番に応じて切り替えさせるための制御を分光素子駆動回路25に対して行う。
さらに、制御回路53は、LED駆動回路32に対する制御のタイミングと、分光素子駆動回路25に対する制御のタイミングとを、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づいて同期させる。そして、このような制御回路53の制御によれば、第1の蛍光薬剤102aにおいて、光源装置3のLED光源部31が波長帯域λc1の励起光を出射する動作と、内視鏡2の分光素子23aが透過波長帯域λd1の光(蛍光像)を透過させる動作とが連動する。また、前述の制御回路53の制御によれば、第2の蛍光薬剤102bにおいて、光源装置3のLED光源部31が波長帯域λc2の励起光を出射する動作と、内視鏡2の分光素子23aが透過波長帯域λd2の光(蛍光像)を透過させる動作とが連動する。
一方、ユーザは、内視鏡2の挿入部を被検者の体腔内に挿入してゆき、癌等の所望の被写体が存在する位置へ励起光が出射されるように内視鏡2の先端部を配置する。
また、ユーザは、内視鏡2に挿通可能な形状及び寸法を具備する図示しない処置具等を用いつつ、入力インターフェース50の操作により情報を入力した第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bを癌等の所望の被写体へ散布または注入する。
そして、波長帯域λc1及びλc2の励起光が前記所望の被写体へ順次出射される毎に、各励起光に応じた2種類の蛍光が前記所望の被写体から順次発せられる。
前記所望の被写体から発せられた蛍光は、対物光学系22及び分光素子23aを経た後、透過波長帯域λd1及びλd2の被写体の蛍光像としてCCD23の撮像面に順次結像する。
その後、CCD23は、透過波長帯域λd1及びλd2の被写体の蛍光像に応じた撮像信号を順次生成してプロセッサ4Aへ出力する。
CCD23から出力された各撮像信号は、アンプ42により増幅され、プロセス回路43により信号処理され、A/Dコンバータ44によりデジタルの画像信号へ変換される。そして、A/Dコンバータ44から出力された各画像信号は、ホワイトバランス回路45によりホワイトバランス処理された後、フレームメモリ46に入力される。
フレームメモリ46には、透過波長帯域λd1及びλd2の被写体の蛍光像にそれぞれ対応する画像信号が1フレーム分ずつ順次記憶される。
画像処理回路47は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づき、透過波長帯域λd1及びλd2の被写体の蛍光像にそれぞれ対応する最新の各1フレーム分の画像信号をフレームメモリ46から同時に読み込む。そして、画像処理回路47は、フレームメモリ46から読み込んだ各画像信号に対し、相互に異なる色を着色する等の画像処理を施してD/Aコンバータ48へ出力する。
D/Aコンバータ48は、タイミングジェネレータ49からのタイミング信号の入力タイミングに基づき、画像処理回路47から出力される各画像信号をアナログの映像信号に変換して出力する。これにより、モニタ5には、第1の蛍光薬剤102a及び第2の蛍光薬剤102bからそれぞれ発せられる蛍光の分布を個別に視認可能な画像が表示される。
なお、本実施例によれば、上記数式(4)における輝度比CN1が所定値Qth以下となるような分光画像が得られた際の各透過波長帯域のうち、蛍光像の輝度値B1が最大値をとる一の波長帯域を透過波長帯域λd1として選択することにより、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光を検出して得られる蛍光像において、コントラストと明るさとを両立させることができる。
また、本実施例によれば、上記数式(5)における輝度比CN2が所定値Rth以下となるような分光画像が得られた際の各透過波長帯域のうち、蛍光像の輝度値B2が最大値をとる一の波長帯域を透過波長帯域λd2として選択することにより、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光を検出して得られる蛍光像において、コントラストと明るさとを両立させることができる。
一方、本実施例の画像解析回路54は、A/Dコンバータ44を経て入力される各画像信号に対応した分光画像に基づいて分光素子23aの透過波長帯域を決定する際に、以下に述べるような処理を行うものであっても良い。
画像解析回路54は、輝度値と画素数との相関により示される輝度分布を、各分光画像毎に取得する。
ここで、前述の輝度分布において、一の分光画像の輝度値を横軸に設定し、かつ、該輝度値に対応する画素数を縦軸に設定した場合を例に挙げつつ説明を進める。
画像解析回路54は、一の分光画像の輝度分布において、該輝度分布を輝度値(横軸に設定した値)により微分した微分値が正から負に変わる点を具備し、かつ、所定の輝度値の範囲に含まれる画素数が基準値以上となる部分を1つのピークとみなす。
そして、画像解析回路54は、各分光画像毎に得られた輝度分布に対し、前述の方法を用いてピークを特定してゆくことにより、例えば図9に示すような、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光に対応する1つのピークのみを具備する輝度分布を得る。
図9の輝度分布は、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光が多く検出されるとともに、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光、及び、これら2つの蛍光の混合光がほとんど検出されない場合に得られるものである。そのため、画像解析回路54は、輝度分布の取得結果と、制御回路53の制御内容に関する情報とに基づき、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光に対応する1つのピークのみを具備する輝度分布が得られた際の透過波長帯域λe1が、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光を検出するための検出波長帯域として最適である、という解析結果を得る。
また、画像解析回路54は、各分光画像毎に得られた輝度分布に対し、前述の方法を用いてピークを特定してゆくことにより、例えば図10に示すような、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光に対応する1つのピークのみを具備する輝度分布を得る。
図10の輝度分布は、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光が多く検出されるとともに、第1の蛍光薬剤102aから発せられる蛍光、及び、これら2つの蛍光の混合光がほとんど検出されない場合に得られるものである。そのため、画像解析回路54は、輝度分布の取得結果と、制御回路53の制御内容に関する情報とに基づき、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光に対応する1つのピークのみを具備する輝度分布が得られた際の透過波長帯域λe2が、第2の蛍光薬剤102bから発せられる蛍光を検出するための検出波長帯域として最適である、という解析結果を得る。
そして、透過波長帯域λd1をλe1に置換し、かつ、透過波長帯域λd2をλe2に置換することにより、本実施例において前述した一連の動作及び処理を略同様に適用することができる。
以上に述べたように、内視鏡システム1Aによれば、複数の蛍光薬剤を用いて蛍光観察を行う際に、励起光の波長帯域及び蛍光の検出波長帯域を各蛍光薬剤毎に最適化することにより、クロストーク現象に起因するコントラストの低下が大幅に軽減された画像を取得することができる。すなわち、内視鏡システム1Aによれば、複数の蛍光薬剤に応じてそれぞれ発せられる蛍光を観察する際に生じるクロストーク現象を、様々な蛍光プローブの組み合わせにおいて軽減することができる。
また、内視鏡システム1Aによれば、観察に使用する組み合わせの蛍光薬剤が実際に塗布された被写体の像を取得した後、該被写体の像の解析結果に応じて励起光の波長帯域及び蛍光の検出波長帯域の最適化が行われる。そのため、内視鏡システム1Aによれば、詳細な蛍光特性が未知の蛍光薬剤を組み合わせて用いる場合においても、励起光の中心波長及び蛍光の検出波長を最適化することができるとともに、クロストーク現象に起因するコントラストの低下が大幅に軽減された画像を取得することができる。
なお、本実施例の内視鏡システム1Aは、図3に示す光源装置3の代わりに、図11に示す光源装置3Bを用いて構成されるものであっても良い。
光源装置3Bは、白色光源301と、白色光源301から発せられた白色光を回折させる回折格子302と、回折格子302を経て分光された光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス(以降、DMDと略記する)303と、制御回路53の制御に基づいてDMD303を駆動させるDMD駆動回路304と、DMD303により反射された光を平行光としてライトガイド6へ供給するコリメートレンズ305と、を有している。
DMD303は、格子状に配置された複数の微小ミラーを具備して形成されるとともに、DMD駆動回路304の駆動制御に応じて各微小ミラー毎に配向を変化させることが可能な構成を有している。
以上のような構成を具備する光源装置3Bによれば、例えば、DMD303の微小ミラー1つ1つに対し、回折格子302において分光された光の波長を個別に割り当てて反射させるような駆動制御をDMD駆動回路304が行うことにより、白色光源301から発せられた白色光に含まれる各波長毎に分光された平行光をライトガイド6へ供給することができる。
そして、前述の平行光が第1の蛍光薬剤102aへ出射された際に得られる蛍光像においては、前述の波長帯域λc1の励起光により励起された部分の輝度値が最も高くなる。また、前述の平行光が第2の蛍光薬剤102bへ出射された際に得られる蛍光像においては、前述の波長帯域λc2の励起光により励起された部分の輝度値が最も高くなる。
すなわち、以上のような構成を具備する光源装置3Bを用いた場合においては、前述の波長帯域λc1及びλc2を決定する際の蛍光像の取得回数を大幅に減らすことができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。
本出願は、2009年3月24日に日本国に出願された特願2009−72167号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
本発明における蛍光観察装置は、波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、検査対象とする第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、前記複数の励起光の強度特性と、前記第1の蛍光体の蛍光特性と、前記第2の蛍光体の蛍光特性と、に基づき、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定するための演算を行う演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
本発明における蛍光観察装置は、波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、検査対象とする第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、前記光検出部における検出結果に基づき、前記第1の蛍光体から発せられる蛍光に応じた蛍光像と、前記第2の蛍光体から発せられる蛍光に応じた蛍光像と、前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体の混合領域から発せられる蛍光に応じた蛍光像とを取得し、前記蛍光像各々の輝度に基づき、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定する解析部と、前記解析部の解析結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
本発明における蛍光観察装置は、波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、検査対象とする第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、前記複数の励起光に対応する波長及び強度の相関を示す第1の関数と、前記励起光の波長に対する励起効率と、前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体を含む複数の蛍光体から発せられる蛍光の波長及び強度の相関を示す第2の関数と、に基づき、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定するための演算を行う演算処理部と、前記演算処理部の演算結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
本発明における蛍光観察装置は、波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、検査対象とする第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、前記光検出部における検出結果に基づき、前記第1の蛍光体から発せられる蛍光に応じた第1の蛍光像の輝度値と、前記第2の蛍光体から発せられる蛍光に応じた第2の蛍光像の輝度値と、前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体の混合領域から発せられる蛍光に応じた混合蛍光像の輝度値とを取得し、さらに、前記混合蛍光像の輝度値に対する前記第1の蛍光像の輝度値から算出した輝度比と、前記混合蛍光像の輝度値に対する前記第2の蛍光像の輝度値から算出した輝度比と、が各々所定値以下となるように、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定する解析部と、前記解析部の解析結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。

Claims (5)

  1. 波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、
    前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、
    前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、
    前記複数の励起光の強度特性と、前記第1の蛍光体の蛍光特性と、前記第2の蛍光体の蛍光特性と、に基づき、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定するための演算を行う演算処理部と、
    前記演算処理部の演算結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、
    を有することを特徴とする蛍光観察装置。
  2. 前記第1の蛍光体の蛍光特性及び前記第2の蛍光体の蛍光特性を含む複数の蛍光特性が予め記憶された記憶部をさらに有し、
    前記演算処理部は、前記演算を行う事前に入力部において入力された情報に基づき、前記第1の蛍光体の蛍光特性と、前記第2の蛍光体の蛍光特性と、を前記記憶部から読み込むことを特徴とする請求項1に記載の蛍光観察装置。
  3. 前記制御部は、前記演算処理部の演算結果に基づき、前記第1の蛍光体を励起させる第1の励起光を前記光源部から出射させるタイミングと、前記第1の蛍光体から発せられる第1の蛍光の波長帯域を前記可変フィルタ部において透過させるタイミングとを同期させ、かつ、前記第2の蛍光体を励起させる第2の励起光を前記光源部から出射させるタイミングと、前記第2の蛍光体から発せられる第2の蛍光の波長帯域を前記可変フィルタ部において透過させるタイミングとを同期させる制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の蛍光観察装置。
  4. 波長帯域が相互に異なる複数の励起光を出射可能であるとともに、第1の蛍光体及び第2の蛍光体が存在する被写体に対して出射する励起光を該複数の励起光から選択可能な光源部と、
    前記被写体からの戻り光が具備する波長帯域の少なくとも一部を選択的に透過させる可変フィルタ部と、
    前記可変フィルタ部を透過した光を検出する光検出部と、
    前記光検出部における検出結果に基づき、前記第1の蛍光体から発せられる蛍光に応じた蛍光像と、前記第2の蛍光体から発せられる蛍光に応じた蛍光像と、前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体の混合領域から発せられる蛍光に応じた蛍光像とを取得し、前記蛍光像各々の輝度に基づき、前記光源部から発せられる励起光の波長帯域及び前記可変フィルタ部における透過波長帯域をそれぞれ決定する解析部と、
    前記解析部の解析結果に基づき、前記光源部と前記可変フィルタ部とを連動させる制御を行う制御部と、
    を有することを特徴とする蛍光観察装置。
  5. 前記制御部は、前記解析部の解析結果に基づき、前記第1の蛍光体を励起させる第1の励起光を前記光源部から出射させるタイミングと、前記第1の蛍光体から発せられる第1の蛍光の波長帯域を前記可変フィルタ部において透過させるタイミングとを同期させ、かつ、前記第2の蛍光体を励起させる第2の励起光を前記光源部から出射させるタイミングと、前記第2の蛍光体から発せられる第2の蛍光の波長帯域を前記可変フィルタ部において透過させるタイミングとを同期させる制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の蛍光観察装置。
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