JPWO2013100030A1 - 蛍光観察装置、蛍光観察方法および蛍光観察装置の作動方法 - Google Patents
蛍光観察装置、蛍光観察方法および蛍光観察装置の作動方法 Download PDFInfo
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Abstract
病変部から発生する蛍光を、病変部以外の部位から発生する蛍光から区別して、病変部から発生する蛍光のみの観察を行う。被検体（Ａ）に励起光を照射する光照射部（３，９）と、該光照射部（３，９）からの励起光の照射により被検体（Ａ）において発生した蛍光の強度分布を取得する蛍光分布取得部（１７，２０）と、該蛍光分布取得部（１７，２０）により取得される蛍光の強度分布において、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する非対象領域除外部（１６）とを備える蛍光観察装置（１）を提供する。
Description
本発明は、蛍光観察装置、蛍光観察方法および蛍光観察装置の作動方法に関するものである。
従来、取得された蛍光画像において画素の輝度値が所定のレベルを超えている場合に、音やマーキング等によって患部を知らせる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
これにより、蛍光観察による病変部の抽出と報知が行われ、病変部の見落としを防止することができる。
これにより、蛍光観察による病変部の抽出と報知が行われ、病変部の見落としを防止することができる。
しかしながら、特許文献１の観察装置では、蛍光画像における画素の輝度値が、所定のレベルを超えていれば検出してしまう。したがって、癌の周囲に配置される、例えば、肝臓のような臓器をも検出してしまうという不都合がある。すなわち、蛍光観察は、癌のような腫瘍部に特異的に集積する蛍光薬剤を投与した後に、励起光を照射して、蛍光薬剤から蛍光を発生させることにより行われる。このときに、蛍光薬剤は癌のみならず、肝臓のように代謝を行う大きな臓器においても集積されて同様に蛍光を発生してしまう。このため、腫瘍部が蛍光を発生しているにも拘わらず、この腫瘍部からの蛍光が肝臓等の大きな組織から発せられる蛍光に埋もれて見落とされてしまう不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、病変部から発生する蛍光を、病変部以外の部位から発生する蛍光から区別して、病変部から発生する蛍光のみの観察を行うことができる蛍光観察装置、蛍光観察方法および蛍光観察装置の作動方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、被検体に励起光を照射する光照射部と、該光照射部からの前記励起光の照射により前記被検体において発生した蛍光の強度分布を取得する蛍光分布取得部と、該蛍光分布取得部により取得される蛍光の強度分布において、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する非対象領域除外部とを備える蛍光観察装置である。
本発明の第１の態様は、被検体に励起光を照射する光照射部と、該光照射部からの前記励起光の照射により前記被検体において発生した蛍光の強度分布を取得する蛍光分布取得部と、該蛍光分布取得部により取得される蛍光の強度分布において、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する非対象領域除外部とを備える蛍光観察装置である。
本発明の第１の態様によれば、光照射部から被検体に向けて励起光が照射されると、被検体内に存在する蛍光物質が励起されて蛍光が発せられる。発せられた蛍光は、蛍光分布取得部により、その強度分布が取得され、非対象領域除外部によって、病変部内における濃度の低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域が除外される。これにより、病変部以外において蛍光が発せられている領域が除かれた蛍光の強度分布を取得することができる。
病変部内における濃度の低い特定の生体成分としては、例えば、ヘモグロビンやβカロテン、コラーゲンやビタミン等を挙げることができる。肝臓の場合、多数の毛細血管が存在しているためにヘモグロビン濃度が高い。ヘモグロビンは、６００ｎｍ以下の波長帯域に吸収特性を有するため、肝臓から発せられる蛍光は、ヘモグロビンの吸収により６００ｎｍ以下の波長帯域（特定波長帯域）の強度が大きく低下している。したがって、非対象領域除外部においては、６００ｎｍ以下の波長帯域の強度が低下している画素を含む領域を除外することにより、蛍光強度分布から肝臓の領域を除外することができ、病変部からの蛍光が分布する蛍光の強度分布を取得することができる。
本発明の第２の態様は、被検体に励起光および参照光を照射する光照射部と、該光照射部からの前記励起光の照射により前記被検体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、前記光照射部からの前記参照光の照射により前記被検体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像を、前記参照画像取得部により取得された参照画像により除算することにより、規格化された蛍光画像を生成する規格化蛍光画像生成部と、該規格化蛍光画像生成部により生成される規格化された蛍光画像において、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する非対象領域除外部とを備える蛍光観察装置である。
本発明の第２の態様によれば、蛍光画像取得部により取得された蛍光画像が、参照画像取得部により取得された参照画像によって除算される。これにより、光照射部から被検体までの距離や角度の差による蛍光強度の変動が規格化され、より客観性の高い蛍光の強度分布を得ることができる。
上記第１および第２の態様においては、前記非対象領域除外部により除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域を抽出する抽出部と、該抽出部により抽出された特定領域と参照画像取得部により取得された参照画像とを重畳表示する表示部とを備えていてもよい。この場合、第１の態様においては、前記光照射部が、被検体に励起光および参照光を照射し、前記光照射部からの前記参照光の照射により前記被検体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部をさらに備える。
このようにすることで、抽出部により、蛍光を発生している領域から病変部以外の領域が除かれ、かつ、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域が抽出される。抽出された特定領域は、表示部において参照画像と重畳表示される。これにより、参照画像により表される被検体の形態的特徴の中で、病変部の位置を明らかにすることができる。
上記第１および第２の態様においては、前記非対象領域除外部により除外された領域以外の領域に、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域が存在するか否かを判定する判定部を備えていてもよい。
このようにすることで、判定部が、特定領域の有無を判定して、病変部の存在を判定することができる。
このようにすることで、判定部が、特定領域の有無を判定して、病変部の存在を判定することができる。
上記判定部を備えた構成においては、前記判定部により前記特定領域が存在すると判定された場合に、あるいは、前記判定部により前記特定領域が存在しないと判定された場合に、その旨を報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、報知部により特定領域が存在すること、または、存在しないことが報知され、観察者は、病変部の存在の有無を容易に認識することができる。
このようにすることで、報知部により特定領域が存在すること、または、存在しないことが報知され、観察者は、病変部の存在の有無を容易に認識することができる。
上記第１および第２の態様においては、前記蛍光分布取得部または前記蛍光画像取得部が、複数画素を行列状に配列してなる撮像素子を備え、該撮像素子の１列以上置きまたは１行以上置きの各画素について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する画素を抽出した後、抽出された画素およびその周囲の複数画素を含む小領域を設定する領域設定部を備え、前記非対象領域除外部が、前記領域設定部により設定された全ての前記小領域について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、前記抽出部が全ての前記小領域について、前記特定領域を抽出してもよい。
このようにすることで、特定領域の抽出が全ての画素について行われるのではなく、小領域毎に行われるので、抽出に要する時間を短縮して、迅速に表示することができる。
このようにすることで、特定領域の抽出が全ての画素について行われるのではなく、小領域毎に行われるので、抽出に要する時間を短縮して、迅速に表示することができる。
本発明の第３の態様は、被検体に励起光を照射する照射ステップと、該照射ステップにより励起光を照射して得られた蛍光を撮影して蛍光画像を取得する取得ステップと、該取得ステップにより取得された蛍光画像のうち、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する除外ステップと、該除外ステップにより除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域を抽出する抽出ステップとを含む蛍光観察方法である。
上記第３の態様においては、前記取得ステップにおいて、複数画素を行列状に配列してなる撮像素子により前記蛍光画像を取得し、前記撮像素子の１列以上置きまたは1行以上置きの各画素について、病変部における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する画素を抽出した後、抽出された画素およびその周囲の複数画素を含む小領域を設定する設定ステップを含み、前記除外ステップにおいて、前記設定ステップにより設定された全ての小領域について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外してもよい。
本発明の第４の態様は、蛍光観察装置の作動方法であって、励起光を照射する照射ステップと、該照射ステップにより励起光を照射して得られた蛍光を撮影して蛍光画像を取得する取得ステップと、該取得ステップにより取得された蛍光画像のうち、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する除外ステップと、該除外ステップにより除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域を抽出する抽出ステップとを前記蛍光観察装置が実行する蛍光観察装置の作動方法である。
上記第４の態様においては、前記取得ステップにおいて、複数画素を行列状に配列してなる撮像素子により前記蛍光画像を取得し、前記撮像素子の１列以上置きまたは1行以上置きの各画素について、病変部における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する画素を抽出した後、抽出された画素およびその周囲の複数画素を含む小領域を設定する設定ステップを含み、前記除外ステップにおいて、前記設定ステップにより設定された全ての小領域について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外してもよい。
本発明によれば、病変部から発生する蛍光を、病変部以外の部位から発生する蛍光から区別して、病変部から発生する蛍光のみの観察を行うことができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る生体観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
まず、本実施形態に係る生体観察装置１は、内視鏡であって、図１に示されるように、生体内に挿入される挿入部２と、該挿入部２に接続された光源部３および画像処理部４と、該画像処理部４により生成された画像を表示するモニタ（表示部）５とを備えている。
まず、本実施形態に係る生体観察装置１は、内視鏡であって、図１に示されるように、生体内に挿入される挿入部２と、該挿入部２に接続された光源部３および画像処理部４と、該画像処理部４により生成された画像を表示するモニタ（表示部）５とを備えている。
光源部（光照射部）３は、広い波長帯域の白色光を射出するキセノンランプ６と、該キセノンランプ６から発せられた白色光、または該白色光から切り出した所定の波長帯域（４００ｎｍから５００ｎｍ）の励起光のいずれかを選択するフィルタ部７と、該フィルタ部７により選択された白色光または励起光を集光して挿入部２に入射させる集光レンズ８とを備えている。フィルタ部７は、例えば、４００ｎｍから５００ｎｍに高い透過率を有する励起フィルタ７ａと空孔７ｂとを交互にキセノンランプ６の光軸上に配置するターレットであり、白色光と励起光を時分割に交互に挿入部２に入射させるようになっている。
挿入部２は、光源部３からの光を先端から被検体Ａに向けて射出させる照明光学系（光照射部）９と、被検体Ａからの戻り光を撮影する撮影光学系１０とを備えている。
照明光学系９は、挿入部２の長手方向に沿って配置され、光源部３からの光を挿入部２の先端まで導光するライトガイドケーブル１１と、該ライトガイドケーブル１１によって導光されてきた光を拡散して被検体Ａに照射する照明レンズ１２とを備えている。
照明光学系９は、挿入部２の長手方向に沿って配置され、光源部３からの光を挿入部２の先端まで導光するライトガイドケーブル１１と、該ライトガイドケーブル１１によって導光されてきた光を拡散して被検体Ａに照射する照明レンズ１２とを備えている。
撮影光学系１０は、被検体Ａからの戻り光を集光する対物レンズ１３と、該対物レンズ１３によって集光された戻り光を２つに分岐するスプリッタ１４と、該スプリッタ１４により分岐された戻り光の一方を撮影するカラーＣＣＤ（参照光画像取得部）１５と、他方を入射させる蛍光フィルタ（非対象領域除外部）１６と、該蛍光フィルタ１６を透過した蛍光を撮影するモノクロＣＣＤ（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部）１７とを備えている。図中、符号１８は集光レンズである。
スプリッタ１４は、例えば、対物レンズ１３により集光された戻り光の内の９０％をモノクロＣＣＤ１７側に分岐し、残りの１０％をカラーＣＣＤ１５側に分岐するようになっている。
本実施形態においては、蛍光フィルタ１６は、図３に示されるように、５５０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域の光を通過し、他の波長帯域の光を遮断する透過率特性を有している。
本実施形態においては、蛍光フィルタ１６は、図３に示されるように、５５０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域の光を通過し、他の波長帯域の光を遮断する透過率特性を有している。
画像処理部４は、カラーＣＣＤ１５により取得された白色光画像情報から白色光画像（参照画像）を生成する白色光画像生成部（参照光画像取得部）１９と、モノクロＣＣＤ１７により取得された蛍光画像情報から蛍光画像を生成する蛍光画像生成部（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部）２０と、蛍光画像生成部２０により生成された蛍光画像から、所定の閾値を超える輝度値を有する画素を抽出する高輝度画素抽出部（抽出部、判定部）２１と、白色光画像生成部１９により生成された白色光画像に、高輝度画素抽出部２１により抽出された画素の蛍光画像を合成する画像合成部２２とを備えている。
また、画像処理部４には、タイミング制御部２３が設けられ、フィルタ部７、および２つのＣＣＤ１５，１７を同期して制御するようになっている。すなわち、タイミング制御部２３は、フィルタ部７を空孔７ｂに設定したタイミングに同期して、カラーＣＣＤ１５による撮影を行い、フィルタ部７を励起フィルタ７ａに設定したタイミングに同期して、モノクロＣＣＤ１７による撮影を行わせるようになっている。
このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１を用いて、前立腺等の臓器の観察を行うには、図２に示されるように、光源部３を作動させて、時分割で発生させた白色光と励起光とを交互に挿入部２に供給する（ステップＳ１）。挿入部２に入射した白色光および励起光は、照明光学系９のライトガイドケーブル１１を介して挿入部２の先端まで導光され、照明レンズ１２によって拡散されて被検体Ａに照射される。
本実施形態に係る蛍光観察装置１を用いて、前立腺等の臓器の観察を行うには、図２に示されるように、光源部３を作動させて、時分割で発生させた白色光と励起光とを交互に挿入部２に供給する（ステップＳ１）。挿入部２に入射した白色光および励起光は、照明光学系９のライトガイドケーブル１１を介して挿入部２の先端まで導光され、照明レンズ１２によって拡散されて被検体Ａに照射される。
被検体Ａの表面において反射して戻る反射光および被検体Ａ内の蛍光物質が励起光によって励起されることによって発生した蛍光は、戻り光として対物レンズ１３によって集光され、スプリッタ１４により分岐されて、それぞれ集光レンズ１８により集光され、カラーＣＣＤ１５およびモノクロＣＣＤ１７により撮影される。
カラーＣＣＤ１５によって取得された白色光画像情報は、白色光画像生成部１９に入力され、そこで白色光画像が生成される。また、モノクロＣＣＤ１７によって取得された蛍光画像情報は、蛍光画像生成部２０に入力され、そこで蛍光画像が生成される（ステップＳ２）。
カラーＣＣＤ１５によって取得された白色光画像情報は、白色光画像生成部１９に入力され、そこで白色光画像が生成される。また、モノクロＣＣＤ１７によって取得された蛍光画像情報は、蛍光画像生成部２０に入力され、そこで蛍光画像が生成される（ステップＳ２）。
この場合において、図４に示されるように、白色光画像は、被検体Ａの表面において反射して戻る反射光を撮影して得られているので、被検体Ａの外面の形態的特徴を表す画像となっている。一方、蛍光画像は、被検体Ａ内に蛍光物質が存在している部分において発生するので、癌等の腫瘍に特異的に集積する蛍光色素を予め供給しておくことにより、癌組織において輝度の高い画像となっている。
しかしながら、肝臓のように多くの血液が集積される臓器においては、癌組織に特異的に集積される蛍光色素も代謝されるためにそこに留まり、励起光が照射されると蛍光が発せられてしまう。
本実施形態においては、スプリッタ１４によってモノクロＣＣＤ１７側に分岐された戻り光が、蛍光フィルタ１６に入射させられることにより、５５０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域の蛍光のみが蛍光フィルタ１６を通過してモノクロＣＣＤ１７によって撮影される。
本実施形態においては、スプリッタ１４によってモノクロＣＣＤ１７側に分岐された戻り光が、蛍光フィルタ１６に入射させられることにより、５５０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域の蛍光のみが蛍光フィルタ１６を通過してモノクロＣＣＤ１７によって撮影される。
この５５０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域はヘモグロビンによる吸収の発生する波長帯域であるため、血液が存在する場合には所望の蛍光強度が得られない。したがって、蛍光強度が所定の閾値より小さい場合には、癌組織以外の肝臓等の臓器からの蛍光であると判定でき、所定の閾値以上である場合には、癌組織からの蛍光であると判定できる。
そこで、本実施形態においては、画像処理部４内の高輝度画素抽出部２１が、蛍光画像生成部２０により生成された蛍光画像について、画素を順次選択し（ステップＳ３）、所定の閾値を超える輝度値を有するか否かを判定し（ステップＳ４）、閾値を超える場合には、高輝度画素として抽出する（ステップＳ５）。そして、全画素について抽出が行われたか否かが判定され（ステップＳ６）、全ての画素に対する抽出が終了した場合には、画像合成部２２が、抽出された画素の蛍光画像を白色光画像に合成する（ステップＳ７）。
これにより、観察範囲の形態的特徴を表す白色光画像上に、癌組織等を示す蛍光画像を重畳してモニタ５に表示することができる（ステップＳ８）。この合成画像上からは癌組織以外の臓器等からの蛍光は除かれており、肝臓等から明確に区別して癌組織の位置を明示することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、蛍光画像生成部２０を設けて蛍光画像を生成し、該蛍光画像において、所定の閾値を超える強度を有する画素からなる蛍光画像を白色光画像に合成することとしたが、これに代えて、蛍光画像生成部２０を設けることなく、モノクロＣＣＤ１７から送られてくる蛍光情報を順次所定の閾値と比較して、所定の閾値を超える強度を有する画素からなる領域を構成してもよい。
次に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置１’について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１’の説明において、上述した第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１’の説明において、上述した第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１’は、図５に示されるように、蛍光撮影用の撮像素子としてカラーＣＣＤ（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部）３０を採用するとともに、蛍光フィルタ３１として、図７に示されるように、５５０ｎｍ以上の透過帯域を有するものを採用している。カラーＣＣＤ３０は、例えば、いわゆるベイヤー方式のものであり、赤色の波長帯域の光を透過するフィルタ１枚、緑色の波長帯域の光を透過するフィルタ２枚および青色の波長帯域の光を透過するフィルタ１枚がそれぞれ配置された２行２列の４画素を単位画素群として繰り返し配列したものが採用されている。
また、本実施形態においては、画像処理部４は、蛍光画像生成部２０により生成された蛍光画像の内、前記各単位画素群における緑色と赤色の合計の輝度値が第１の閾値ＳＨ１を超える高輝度画素を抽出する高輝度画素抽出部３２と、該高輝度画素抽出部３２により抽出された単位画素群の内、緑色の輝度値が第２の閾値ＳＨ２を超えるもののみを抽出する非対象領域除外部３３とを備えている。
このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１’によれば、被検体Ａにおいて発生した蛍光は、蛍光フィルタ３１によって５５０ｎｍよりも小さい波長帯域の光が遮断され、５５０ｎｍ以上の波長帯域の蛍光のみがカラーＣＣＤ３０によって撮影される。カラーＣＣＤ３０に入射した光は、図６に示されるように、高輝度画素抽出部３２において、各単位画素群毎に、緑色のフィルタおよび赤色のフィルタを備える画素に入射した光の強度の合計が算出された後、その合計強度ＩＧＲが第１の閾値ＳＨ１と比較される（ステップＳ４１）。合計強度ＩＧＲが、第１の閾値ＳＨ１を超える単位画素群は、高輝度画素として抽出される（ステップＳ５１）。
さらに、非対象領域除外部３３においては、高輝度画素抽出部３２において高輝度画素として抽出された各単位画素群の内、緑色のフィルタを備える画素に入射した光の強度ＩＧが第２の閾値ＳＨ２と比較される（ステップＳ４２）。緑色の光の強度ＩＧが第２の閾値ＳＨ２よりも小さい領域は、すなわち、ヘモグロビンによる吸収が発生している領域であり、癌組織以外の臓器等の非対象領域であると判定できるため、非対象領域除外部３３において除外される（ステップＳ５２）。
このように、本実施形態に係る蛍光観察装置１’によれば、被検体Ａにおいて発生した蛍光の内、緑色および赤色の波長帯域の蛍光の合計強度ＩＧＲが第１の閾値ＳＨ１よりも高い領域が、最終的に白色光画像に合成される高輝度領域を構成するので、微弱な蛍光量を観察する蛍光観察においても、ノイズを低減して、精度の高い観察を行うことができるという利点がある。
なお、本実施形態に係る蛍光観察装置１’においては、まず、緑色と赤色の波長帯域の蛍光の合計強度ＩＧＲを第１の閾値ＳＨ１と比較して、合計強度ＩＧＲが第１の閾値ＳＨ１よりも高い画素を抽出し、次いで、抽出された画素の中から、緑色の波長帯域の蛍光の強度ＩＧが第２の閾値ＳＨ２よりも低い画素を除外することとした。これに代えて、緑色と赤色の波長帯域の蛍光の合計強度ＩＧＲを第１の閾値ＳＨ１と比較する処理と、緑色の波長帯域の蛍光の強度ＩＧを第２の閾値ＳＨ２と比較する処理とを並行して、あるいは、任意の順序で行い、緑色と赤色の波長帯域の蛍光の合計強度ＩＧＲが第１の閾値ＳＨ１よりも高く、かつ、緑色の波長帯域の蛍光の強度ＩＧが第２の閾値ＳＨ２よりも高い画素を高輝度領域として抽出することとしてもよい。
次に、本発明の第３の実施形態に係る蛍光観察装置１’’について、図面を参照して説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１、第２の実施形態に係る蛍光観察装置１，１’と構成を共通とする箇所に、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態の説明において、上述した第１、第２の実施形態に係る蛍光観察装置１，１’と構成を共通とする箇所に、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１’’は、図８に示されるように、高輝度画素抽出部が、蛍光画像生成部により生成された蛍光画像から高輝度の画素を抽出する際に、行列状に配列された全ての画素に対して抽出を行わない点において、第１、第２の実施形態に係る蛍光観察装置１，１’と相違している。
本実施形態に係る蛍光観察装置１’’は、高輝度画素の候補となる小領域を設定する領域設定部３４を備え、高輝度画素抽出部３２は、領域設定部３４により設定された候補となる小領域に対してのみ、高輝度の画素の抽出を行うようになっている。
本実施形態に係る蛍光観察装置１’’は、高輝度画素の候補となる小領域を設定する領域設定部３４を備え、高輝度画素抽出部３２は、領域設定部３４により設定された候補となる小領域に対してのみ、高輝度の画素の抽出を行うようになっている。
さらに具体的には、領域設定部３４は、図９に示されるように、蛍光画像生成部２０により生成された蛍光画像に対して、２行置きに高輝度の画素の抽出を行う処理（ステップＳ１０）と、抽出された全ての高輝度の画素を中心とした、例えば、７行７列の画素群からなる小領域を設定する処理（ステップＳ１１）と、設定された小領域に対して第１の実施形態または第２の実施形態と同様の高輝度画素の抽出を行う処理（ステップＳ３からＳ６）とを行うようになっている。
ここで、カラーＣＣＤ（撮像素子）３０の画素ピッチは、約３μｍであり、抽出したい癌組織Ｃの大きさは最小でも４行４列分であるとする。このため、図１０Ａに示されるように、一の行の一の画素が高輝度の画素（斜線で示す画素）として抽出されたときには、その癌組織Ｃが最小のものであっても、抽出された画素を中心とした７行７列の画素群の中に癌組織Ｃが包含される。したがって、図１０Ｂに示されるように、その小領域（斜線で示す領域）を候補として設定することにより、全ての癌組織Ｃを逃すことなく検出することができる。
ステップＳ１０においては、領域設定部３４は、カラーＣＣＤ３０を構成する２行２列の単位画素群Ｐの行を１行として、２行置きに選択した行の各単位画素群Ｐについて、最初に蛍光画像生成部２０により生成された蛍光画像の内、前記各単位画素群Ｐにおける緑色と赤色の合計輝度が第１の閾値を超える高輝度画素を抽出し、次いで、抽出された高輝度画素の内から、緑色の輝度が第２の閾値よりも低い画素を排除する。
このようにして、図１０Ａに斜線で示されるように、いずれかの単位画素群Ｐが抽出された場合には、その単位画素群Ｑを中心とした７行７列の４９個の単位画素群Ｐを、図１０Ｂに斜線で示すように、抽出対象の小領域として設定する。この作業を２行置きの各行の全ての単位画素群Ｐに対して実施する。
これにより、図１０Ｂに示されるように、全ての癌組織Ｃを含む該癌組織Ｃよりも大きな小領域が抽出されるので、この小領域に対して、再度、緑色と赤色の合計輝度ＩＧＲが第１の閾値ＳＨ１を超える高輝度画素を抽出し、次いで、抽出された高輝度画素の内から、緑色の輝度ＩＧが第２の閾値ＳＨ２よりも低い画素を排除する。
これにより、図１０Ｂに示されるように、全ての癌組織Ｃを含む該癌組織Ｃよりも大きな小領域が抽出されるので、この小領域に対して、再度、緑色と赤色の合計輝度ＩＧＲが第１の閾値ＳＨ１を超える高輝度画素を抽出し、次いで、抽出された高輝度画素の内から、緑色の輝度ＩＧが第２の閾値ＳＨ２よりも低い画素を排除する。
このように、本実施形態に係る蛍光観察装置１’’によれば、全ての画素について、高輝度画素であるか否かを判定を行うのではなく、癌組織Ｃの存在が確認された小領域についてのみ高輝度画素の抽出を行うので画像処理の負担を軽減することができ、合成画像のリアルタイム表示をスムーズに行うことができる。これにより、観察し易さを向上し、癌組織の検出効率および精度を向上することができる。
特に、初期の癌組織Ｃの場合には、撮影範囲内に存在する癌組織Ｃが微小であるため、全ての画素に対して画像処理を施す場合には、無駄が多い。これに対し、本実施形態によれば、２行置きに癌組織Ｃの有無の判定を行った後に、癌組織Ｃがあると判定された領域について詳細に高輝度画素の抽出を行うので無駄が少なく、処理の負担軽減を図ることができる。
なお、本実施形態においては、２行置きに高輝度画素の抽出を行うこととしたが、画素ピッチおよび検出したい癌組織Ｃ等の大きさに応じて任意の行数置きに抽出を行うこととしてもよい。また、２行置きに抽出することに代えて、２列置きに抽出することにしてもよい。
上記各実施形態においては、白色光および励起光を時分割で被検体Ａに照射し、参照画像としての白色光画像と蛍光画像とを同時に生成することとしたが、これに代えて、参照画像および蛍光画像を同時に生成してもよい。
例えば、図１１に示されるように、光源部３が、フィルタ部７１に代えて、キセノンランプ６から発せられた白色光から励起光を切り出す励起フィルタ７ａを備え、画像処理部４において、タイミング制御部２３が省略される。この構成において、カラーＣＣＤ１５は、被検体Ａの表面において反射して戻る励起光の反射光を撮影する。カラーＣＣＤ１５によって取得された反射光画像情報は、白色光画像生成部１９に代えて設けられた反射光画像生成部１９’に入力され、そこで反射光画像が生成される。
反射光画像は、被検体Ａの表面において反射して戻る反射光を撮影して得られているので、白色光画像と同様に、被検体Ａの外面の形態的特徴を表す画像となっている。したがって、このように白色光画像に代えて励起光の反射光画像を用いても、第１から第３の実施形態と同じ効果を奏することができる。また、反射光画像と蛍光画像とを同時に生成することにより、これら画像のフレームレートを向上することができる。
また、上記各実施形態においては、蛍光画像生成部２０において生成された蛍光画像そのものにおいて、高輝度画素を抽出することとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、蛍光画像生成部２０により生成された蛍光画像を白色光画像生成部１９により生成された白色光画像を除算することにより規格化蛍光画像を生成する規格化画像生成部３５を設け、規格化蛍光画像において高輝度画素を抽出することにしてもよい。このようにすることで、被検体Ａに対する挿入部２の距離や角度に応じた蛍光強度の変動が規格化され、より客観性の高い蛍光の強度分布に基づいて、精度よく癌組織を検出することができる。
また、上記各実施形態においては、図１３に示されるように、操作者によって操作されるスイッチ等の入力部３６と、該入力部３６による入力結果に応じて、蛍光画像をそのまま白色光画像に重畳するか、蛍光画像から抽出した高輝度画素を白色光画像に重畳するかを切り替える切替部３７とを備えることにしてもよい。
また、図１４に示されるように、観察条件に応じて画像処理部４に対して着脱される挿入部２に、該挿入部２の種類を示す識別情報を記憶したＩＣチップ３８を設けるとともに、画像処理部４側に、切替部３７に接続されたＩＣリーダ３９を設けておき、ＩＣリーダ３９により読み取られた挿入部２の識別情報に応じて、白色光画像に重畳する蛍光画像または高輝度画素を切り替えることにしてもよい。例えば、主として肝臓近傍の観察を行うための挿入部２が装着されたときには、蛍光画像から抽出した高輝度画素を重畳するように切り替え、他の場合には、蛍光画像そのものを重畳するように切り替えればよい。
また、タイミング制御部２３を画像処理部４に備えることとしたが、これに代えて、光源部３に備えていてもよい。
また、上記各実施形態においては、癌組織等の病変部における濃度が他の部位より低い特定の生体成分として、血液に含まれるヘモグロビンを例示したが、これに代えて、βカロテン、コラーゲンやビタミン等の他の生体成分を利用することにしてもよい。
また、上記各実施形態においては、癌組織等の病変部における濃度が他の部位より低い特定の生体成分として、血液に含まれるヘモグロビンを例示したが、これに代えて、βカロテン、コラーゲンやビタミン等の他の生体成分を利用することにしてもよい。
また、図１５に示されるように、取得された蛍光画像内に高輝度画素が存在する場合に、その旨を報知する報知部４０を設けることとしてもよい。また、蛍光画像内に高輝度画素が存在しない場合に、報知部４２がその旨を報知することとしてもよい。報知部４０としては、画像、文字、声または音等の任意の方法で報知するものを採用することができる。
また、上記各実施形態においては、画像取得部としてＣＣＤを例示したが、これに代えて、ＣＭＯＳイメージャや分光素子のような他の任意の素子を採用してもよい。
Ａ 被検体
１，１’，１’’ 蛍光観察装置
３ 光源部（光照射部）
５ モニタ（表示部）
９ 照明光学系（光照射部）
１５ カラーＣＣＤ（参照光画像取得部）
１６ 蛍光フィルタ（非対象領域除外部）
１７ モノクロＣＣＤ（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部）
１９ 白色光画像生成部（参照画像取得部）
２０ 蛍光画像生成部（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部）
２１ 高輝度画素抽出部（判定部、抽出部）
３０ カラーＣＣＤ（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部、撮像素子）
３３ 非対象領域除外部
３４ 領域設定部
３５ 規格化画像生成部（規格化蛍光画像生成部）
４０ 報知部
１，１’，１’’ 蛍光観察装置
３ 光源部（光照射部）
５ モニタ（表示部）
９ 照明光学系（光照射部）
１５ カラーＣＣＤ（参照光画像取得部）
１６ 蛍光フィルタ（非対象領域除外部）
１７ モノクロＣＣＤ（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部）
１９ 白色光画像生成部（参照画像取得部）
２０ 蛍光画像生成部（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部）
２１ 高輝度画素抽出部（判定部、抽出部）
３０ カラーＣＣＤ（蛍光分布取得部、蛍光画像取得部、撮像素子）
３３ 非対象領域除外部
３４ 領域設定部
３５ 規格化画像生成部（規格化蛍光画像生成部）
４０ 報知部
Claims (13)
- 被検体に励起光を照射する光照射部と、
該光照射部からの前記励起光の照射により前記被検体において発生した蛍光の強度分布を取得する蛍光分布取得部と、
該蛍光分布取得部により取得される蛍光の強度分布において、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する非対象領域除外部とを備える蛍光観察装置。 - 被検体に励起光および参照光を照射する光照射部と、
該光照射部からの前記励起光の照射により前記被検体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、
前記光照射部からの前記参照光の照射により前記被検体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、
前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像を、前記参照画像取得部により取得された参照画像により除算することにより、規格化された蛍光画像を生成する規格化蛍光画像生成部と、
該規格化蛍光画像生成部により生成される規格化された蛍光画像において、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する非対象領域除外部とを備える蛍光観察装置。 - 前記光照射部が、被検体に励起光および参照光を照射し、
前記光照射部からの前記参照光の照射により前記被検体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、
前記非対象領域除外部により除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域を抽出する抽出部と、
該抽出部により抽出された特定領域と前記参照画像取得部により取得された前記参照画像とを重畳表示する表示部とを備える請求項１に記載の蛍光観察装置。 - 前記非対象領域除外部により除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域を抽出する抽出部と、
該抽出部により抽出された特定領域と前記参照画像取得部により取得された前記参照画像とを重畳表示する表示部とを備える請求項２に記載の蛍光観察装置。 - 前記非対象領域除外部により除外された領域以外の領域に、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域が存在するか否かを判定する判定部を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光観察装置。
- 前記判定部により前記特定領域が存在すると判定された場合にその旨を報知する報知部を備える請求項５に記載の蛍光観察装置。
- 前記判定部により前記特定領域が存在しないと判定された場合にその旨を報知する報知部を備える請求項５に記載の蛍光観察装置。
- 前記蛍光分布取得部が、複数画素を行列状に配列してなる撮像素子を備え、
該撮像素子の１列以上置きまたは１行以上置きの各画素について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する画素を抽出した後、抽出された画素およびその周囲の複数画素を含む小領域を設定する領域設定部を備え、
前記非対象領域除外部が、前記領域設定部により設定された全ての小領域について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、
前記抽出部が、全ての前記小領域について、前記特定領域を抽出する請求項３に記載の蛍光観察装置。 - 前記蛍光画像取得部が、複数画素を行列状に配列してなる撮像素子を備え、
該撮像素子の１列以上置きまたは１行以上置きの各画素について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する画素を抽出した後、抽出された画素およびその周囲の複数画素を含む小領域を設定する領域設定部を備え、
前記非対象領域除外部が、前記領域設定部により設定された全ての小領域について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、
前記抽出部が、全ての前記小領域について、前記特定領域を抽出する請求項４に記載の蛍光観察装置。 - 被検体に励起光を照射する照射ステップと、
該照射ステップにより励起光を照射して得られた蛍光を撮影して蛍光画像を取得する取得ステップと、
該取得ステップにより取得された蛍光画像のうち、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する除外ステップと、
該除外ステップにより除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域を抽出する抽出ステップとを含む蛍光観察方法。 - 前記取得ステップにおいて、複数画素を行列状に配列してなる撮像素子により前記蛍光画像を取得し、
前記撮像素子の１列以上置きまたは1行以上置きの各画素について、病変部における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する画素を抽出した後、抽出された画素およびその周囲の複数画素を含む小領域を設定する設定ステップを含み、
前記除外ステップにおいて、前記設定ステップにより設定された全ての小領域について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する請求項１０に記載の蛍光観察方法。 - 蛍光観察装置の作動方法であって、
励起光を照射する照射ステップと、
該照射ステップにより励起光を照射して得られた蛍光を撮影して蛍光画像を取得する取得ステップと、
該取得ステップにより取得された蛍光画像のうち、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する除外ステップと、
該除外ステップにより除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する特定領域を抽出する抽出ステップとを前記蛍光観察装置が実行する蛍光観察装置の作動方法。 - 前記取得ステップにおいて、複数画素を行列状に配列してなる撮像素子により前記蛍光画像を取得し、
前記撮像素子の１列以上置きまたは1行以上置きの各画素について、病変部における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外し、除外された領域以外の領域において、所定の閾値以上の蛍光強度を有する画素を抽出した後、抽出された画素およびその周囲の複数画素を含む小領域を設定する設定ステップを含み、
前記除外ステップにおいて、前記設定ステップにより設定された全ての小領域について、病変部内における濃度が他の部位よりも低い特定の生体成分により特定波長帯域のスペクトルが変化した領域を除外する請求項１２に記載の蛍光観察装置の作動方法。
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