JPWO2016039000A1 - イメージング装置 - Google Patents
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Abstract
可視光源２２と、患者に注入されたインドシアニングリーンを励起させるための励起光を励起用光源２３と、インドシアニングリーンからの蛍光に相当する波長の光を照射するための確認用光源２４と、蛍光と可視光のうち可視光のみを絞る絞り機構６０と、蛍光と可視光とを検出可能なカメラ２１と、確認用光源２４より照射された光を利用してカメラ２１の焦点合わせを実行する焦点合わせ機構７０と、を備える。
Description
この発明は、被写体に注入された蛍光色素に対して励起光を照射し、蛍光色素から発生した蛍光を撮影するイメージング装置に関する。
近年、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、蛍光色素としての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おおよそ６００〜８５０ｎｍ（ナノメータ）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７５０〜９００ｎｍをピークとする近赤外領域の蛍光を発する。この蛍光を、近赤外光を検出可能なカメラで撮影し、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。
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。
また、特許文献２には、血管造影剤が投与された被検体に対して励起光と可視光とを交互に照射し、撮像手段によって励起光が照射された蛍光画像と可視画像とを交互に取得するとともに、蛍光画像を所定の閾値により閾値処理して血管画像を抽出し、可視画像と抽出した血管画像を重畳させた合成画像を作成する手術支援方法が開示されている。
特許文献２に記載されたように、可視画像と蛍光画像とを合成した合成画像を作成する場合においては、白黒の蛍光画像に着色をした上で、可視画像と着色後の蛍光画像とを、例えば、加算合成やスクリーン合成などの手法を用いて合成している。このような可視画像と蛍光画像とを撮影するためのカメラは、蛍光を検出するためのＣＣＤやＣＭＯＳ等の蛍光用センサと、可視光を検出するためのＣＣＤやＣＭＯＳ等の可視光用センサと、被写体から反射されカメラに同軸状に入射する蛍光および可視光を、蛍光用センサおよび可視光用センサに選択して入射させる波長選択フィルター等の光分離部材とを備えた、所謂、多板式のものが使用される。
また、可視光の強度が過度に大きい場合には、ハレーション等を生ずることから、光分離部材の前方（被写体側）には、可視光を絞るための絞り機構が配設されている。さらに、光分離部材の前方には、カメラに入射する可視光および蛍光の焦点を可視光用センサおよび蛍光用センサに一致させるための焦点合わせ機構が配設されている。このとき、蛍光は被写体にインドシアニングリーンを注入した上で励起光を照射する検査状態でないと発光しないことから、上述した焦点合わせは、一般的に、可視光を利用することにより実行される。
図７は、絞り機構により可視光を絞る状態を模式的に示す説明図である。なお、図７においては、可視光を実線で、また、蛍光を破線で示している。
可視光と蛍光とは、同軸状にカメラに入射する。このとき、可視光は、可視光のみを絞る絞り機構１６０により絞られる。そして、可視光と蛍光とは、焦点合わせ機構を構成する可動レンズ１７１により、焦点位置Ｆに焦点合わせされる。可視光と蛍光とは、この焦点位置Ｆにおいて、図示を省略した可視光用センサおよび蛍光用センサにより検出される。
このとき、可視光に対して、絞り機構１６０により絞りを行わない場合においては、可視光および蛍光の焦点深度は、図７において符号ｂで示す比較的小さな範囲となる。すなわち、この状態においては、焦点深度は浅いことになる。これに対して、可視光の光量を調整するために、可視光を絞り機構１６０により絞った場合には、可視光の焦点深度は、図７において符号ａで示す比較的大きな範囲となる。すなわち、可視光の焦点深度は深くなる。
このような状態において、可視光を利用して焦点合わせを実行した場合には、可視光の焦点深度内、すなわち、図７において符号ａで示す範囲内では可視光の焦点を合わせることが可能となる。一方、可視光を絞った場合においても蛍光の焦点深度に変化は無いことから、蛍光は図７において符号ｂで示す範囲内でないと焦点が合わないことになる。このため、可視光を利用して焦点合わせを行った場合、図７において符号ａで示す範囲内であっても、図７において符号ｂで示す範囲外であれば、蛍光を蛍光用センサに対して焦点合わせすることができないという問題が発生する。
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、可視光と蛍光とを同時に焦点合わせする場合において、可視光を絞った場合であっても、可視光と蛍光との焦点合わせを正確に実行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。
第１の発明では、被写体に注入された蛍光色素を励起させるための励起光を前記被写体に向けて照射する励起用光源と、前記被写体に向けて可視光を照射する可視光源と、前記可視光源から照射され、前記被写体の表面で反射した可視光を絞る絞り機構と、励起光が照射されることにより前記蛍光色素から発生した蛍光と、前記被写体の表面で反射した可視光とを撮影するための、蛍光と可視光とを検出可能なカメラと、を備えたイメージング装置において、前記蛍光に相当する波長の光を照射するための第３の光源と、前記第３の光源より照射された光を利用して前記カメラの焦点合わせを実行する焦点合わせ機構と、を備えたことを特徴とする。
第２の発明では、前記第３の光源は、前記蛍光に相当する波長の光を照射して照射領域の画像を前記カメラで撮影することにより前記カメラが正常に動作しているか否かを確認するための確認用光源である。
第３の発明では、前記絞り機構は、前記蛍光と前記可視光のうち、可視光のみを絞る絞り機構である。
第４の発明では、前記カメラは、蛍光を検出する蛍光用センサと、可視光を検出する可視光用センサと、前記カメラに同軸状に入射する蛍光および可視光を、前記蛍光用センサおよび前記可視光用センサに選択して入射させる光分離部材と、を備える。
第５の発明では、前記励起光および前記蛍光は、近赤外光である。
第１から第５の発明によれば、可視光と蛍光とを同時に焦点合わせする場合において、可視光を絞った場合であっても、第３の光源より照射された光を焦点合わせに利用することにより、可視光と蛍光との焦点合わせを正確に実行することが可能となる。
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、タッチパネル等の入力部１１を備え、後述する制御部３０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であってもよい。
図２は、上述した照明・撮影部１２の斜視図である。また、図３は、照明・撮影部１２の正面概要図である。
この照明・撮影部１２は、近赤外線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１又は複数のＬＥＤよりなる可視光源２２と、この可視光源２２の外周部に配設された１又は複数のＬＥＤよりなる励起用光源２３と、可視光源２２を構成する多数のＬＥＤ内に配設された１又は複数の（本例では５個の）ＬＥＤよりなる確認用光源２４（第３の光源に相当。）とを備える。可視光源２２は、可視光を照射する。励起用光源２３は、インドシアニングリーンを励起させるための励起光であるその波長が７６０ｎｍの近赤外光を照射する。また、確認用光源２４は、インドシアニングリーンから発生する蛍光の波長と近似するその波長が８１０ｎｍの近赤外光を照射する。なお、図３においては、可視光源２２を構成する多数のＬＥＤと、励起用光源２３を構成する多数のＬＥＤのうちの、一部の図示を省略している。
ここで、インドシアニングリーンより発生する約８００ｎｍをピークとする近赤外光は、目視で確認することはできない。このような状況下において、蛍光を撮影するためのカメラ２１の動作確認を行うためには、従来は、インドシアニングリーンを練り込んだカード状あるいは棒状の治具を準備し、この治具に対して励起光を照射するとともに、励起光を照射された治具をカメラ２１により撮影することで、カメラ２１の動作確認を行っている。このため、専用の治具が必要となるばかりではなく、この治具を準備して撮影動作を実行するという煩雑な動作を必要とした。
このため、この発明に係るイメージング装置においては、カメラ２１に対して、インドシアニングリーンより発生する約８００ｎｍをピークとする近赤外光に近似する８１０ｎｍの近赤外光を照射するための確認用光源２４を付設し、この確認用光源２４を点灯することでカメラ２１の動作確認を行う構成を採用している。そして、この確認用光源２４から照射される近赤外光を利用して、カメラ２１の焦点合わせを実行するようにしている。
図４は、上述した照明・撮影部１２の光源を除く内部構造を示す概要図である。
照明・撮影部１２に対して、その光軸Ｌに沿って同軸で入射した可視光および蛍光のうち、可視光は、絞り機構６０により絞られる。一方、蛍光は、絞られることなく、絞り機構６０を通過する。そして、可視光および蛍光は、後述する焦点合わせ機構７０を構成する可動レンズ７１を通過した後、波長選択フィルター５３に到達する。同軸状に入射した可視光および蛍光のうち、可視光は、波長選択フィルター５３により反射され、カメラ２１を構成するＣＣＤやＣＭＯＳ等の可視光用センサ５１に入射する。また、同軸状の可視光および蛍光のうち、蛍光は、波長選択フィルター５３を通過してカメラ２１を構成するＣＣＤやＣＭＯＳ等の蛍光用センサ５２に入射する。このとき、可動レンズ７１を含む焦点合わせ機構７０の作用により、可視光は可視光用センサ５１に対して焦点合わせされ、蛍光は蛍光用センサ５２に対して焦点合わせされる。
図５は、上述した絞り機構６０の概要図である。
上述した絞り機構６０は、一対のフィルター部材６１、６２を備える。これらのフィルター部材６１、６２は、可視光は遮断するが、蛍光は透過させる性質を有する。これらのフィルター部材６１、６２の先端にはＶ字状の切欠が形成されており、フィルター部材６１、６２は、これらの切欠が対向する状態で配置されている。また、これらのフィルター部材６１、６２は、互いに近接し、あるいは、離隔する方向に移動可能となっている。このため、図５（ａ）に示すように、フィルター部材６１、６２が離隔して配置されたときには開口領域６３が大きくなり、フィルター部材６１、６２が図５（ａ）に示す状態から互いに近接したときには開口領域６３は小さくなる。すなわち、これらのフィルター部材６１、６２の配置により、可視光が通過する開口領域６３の大きさが変化することになり、これにより、可視光が絞られることになる。一方、蛍光は、一対のフィルター部材６１、６２を通過することから、開口領域６３の大きさにかかわらず、絞り機構６０により絞られることはない。
このような絞り機構６０は、国際公開第２０１１／００７４６１号公報に開示されている。
図６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、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされる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、後述する各種の画像処理を実行する画像処理部３１を備える。また、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、可視光源２２、励起用光源２３、確認用光源２４、絞り機構６０および焦点合わせ機構７０を備えた照明・撮影部１２と接続されている。さらに、この制御部３０は、カメラ２１により撮影された画像を記憶する画像記憶部３３とも接続されている。この画像記憶部３３は、近赤外画像を記憶する近赤外画像記憶部３４と、可視画像を記憶する可視画像記憶部３５とから構成される。なお、近赤外画像記憶部３４及び可視画像記憶部３５を備える代わりに、可視画像と近赤外画像とを合成した画像を記憶する合成画像記憶部を備えていても良い。
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、以下の説明においては、患者１７に対して乳癌の手術を行う場合について説明する。
この発明に係るイメージング装置を使用して乳癌の手術を行う場合には、最初に、確認用光源２４を点灯するとともに、そのときの画像をカメラ２１における蛍光用センサ５２により撮影する。確認用光源２４からは、インドシアニングリーンから発生する蛍光の波長と近似する、その波長が８１０ｎｍの近赤外光が照射される。この近赤外光は、人の目では確認することができない。一方、確認用光源２４から波長が８１０ｎｍの近赤外光を照射するとともに、この照射領域の画像をカメラ２１により撮影した場合、カメラ２１が正常に動作していた場合においては、近赤外光が照射された領域の画像がカメラ２１により撮影され、その画像が表示部１４に表示される。これにより、カメラ２１の動作確認を容易に実行することが可能となる。
また、この状態において、可視光源２２から照射され患者１７で反射した可視光について、絞り機構６０を利用して可視光を絞ることにより、カメラ２１を構成する可視光用センサ５１への入射光量を調整する。
さらに、この状態において、カメラ２１の焦点合わせを実行する。このときには、確認用光源２４から照射され患者１７で反射した近赤外光をカメラ２１における蛍光用センサ５２により撮影し、この画像に基づいて焦点合わせ機構７０が可動レンズ７１を移動させること等により、焦点合わせを実行する。このときには、確認用光源２４から照射され患者１７で反射した近赤外光は絞り機構６０において絞られていないことから、その焦点深度が変化することはない。このため、可視光と近赤外光(すなわち蛍光)との焦点合わせを正確に実行することが可能となる。
以上の準備工程が完了すれば、治療台１６上の仰臥した患者１７の乳房にインドシアニングリーンを注射により注入する。そして、患部を含む被写体に向けて、励起用光源２３から近赤外線を照射するとともに可視光源２２から可視光を照射する。なお、励起用光源２３から照射される近赤外光としては、上述したように、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７６０ｎｍ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、約８００ｎｍ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。このカメラ２１は、近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により撮影された近赤外画像および可視画像は、図６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、近赤外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。近赤外画像のデータは画像記憶部３３における近赤外画像記憶部３４に記憶される。また、可視画像のデータは、画像記憶部３３における可視画像記憶部３５に記憶される。
また、画像処理部３１の合成部３２は、近赤外画像データと可視画像データとを利用して、可視画像と近赤外画像とを融合させた合成画像を作成する。そして、画像処理部３１は、表示部１４に、近赤外画像、可視画像および合成画像を、領域を分けて同時に、あるいは、選択的に表示する。
なお、上述した実施形態においては、励起用光源２３として、波長が７６０ｎｍの近赤外光を照射するものを使用しているが、励起用光源２３としては、インドシアニングリーンを励起させて発光させることが可能な７００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の近赤外光を照射させるものを使用することができる。
また、上述した実施形態においては、確認用光源２４として、波長が８１０ｎｍの近赤外線を照射するものを使用しているが、確認用光源２４としては、インドシアニングリーンの発光波長である７５０ｎｍ〜９００ｎｍ付近の近赤外線を照射しうるものであればよい。
さらに、上述した実施形態においては、蛍光色素を含む材料としてインドシアニングリーンを使用し、このインドシアニングリーンに対して７６０ｎｍの近赤外光を励起光として照射することにより、インドシアニングリーンからおおよそ８００ｎｍをピークとする近赤外領域の蛍光を発光させる場合について説明したが、近赤外線以外の光を使用してもよい。
例えば、蛍光色素として、５−ＡＬＡ（５−アミノレブリン酸／５−Ａｍｉｎｏｌｅｖｕｌｉｎｉｃ Ａｃｉｄ）を使用することができる。この５−ＡＬＡを使用した場合には、患者１７の体内に侵入した５−ＡＬＡが蛍光物質であるプロトポルフィリン（ｐｒｏｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎＩＸ／ＰｐＩＸ）に変化する。このプロトポルフィリンに向けて４００ｎｍ程度の可視光を照射すると、プロトポルフィリンから赤色の可視光が蛍光として照射される。このため、５−ＡＬＡを使用する場合には、励起用光源としてはその波長が４００ｎｍ程度の可視光を照射するものを使用すればよく、また、確認用光源としては、プロトポルフィリンから蛍光として発光される赤色の可視光を照射するものを使用すればよい。
１０ 本体
１１ 入力部
１２ 照明・撮影部
１３ アーム
１４ 表示部
１６ 治療台
１７ 患者
２１ カメラ
２２ 可視光源
２３ 励起用光源
２４ 確認用光源
３０ 制御部
３１ 画像処理部
３３ 画像記憶部
３４ 近赤外画像記憶部
３５ 可視画像記憶部
５１ 可視光用センサ
５２ 蛍光用センサ
５３ 波長選択フィルター
６０ 絞り機構
６１ フィルター部
６２ フィルター部
６３ 開口領域
７０ 焦点合わせ機構
７１ 可動レンズ
１１ 入力部
１２ 照明・撮影部
１３ アーム
１４ 表示部
１６ 治療台
１７ 患者
２１ カメラ
２２ 可視光源
２３ 励起用光源
２４ 確認用光源
３０ 制御部
３１ 画像処理部
３３ 画像記憶部
３４ 近赤外画像記憶部
３５ 可視画像記憶部
５１ 可視光用センサ
５２ 蛍光用センサ
５３ 波長選択フィルター
６０ 絞り機構
６１ フィルター部
６２ フィルター部
６３ 開口領域
７０ 焦点合わせ機構
７１ 可動レンズ
Claims (5)
- 被写体に注入された蛍光色素を励起させるための励起光を前記被写体に向けて照射する励起用光源と、
前記被写体に向けて可視光を照射する可視光源と、
前記可視光源から照射され、前記被写体の表面で反射した可視光を絞る絞り機構と、
励起光が照射されることにより前記蛍光色素から発生した蛍光と、前記被写体の表面で反射した可視光とを撮影するための、蛍光と可視光とを検出可能なカメラと、
を備えたイメージング装置において、
前記蛍光に相当する波長の光を照射するための第３の光源と、
前記第３の光源より照射された光を利用して前記カメラの焦点合わせを実行する焦点合わせ機構と、
を備えたことを特徴とするイメージング装置。 - 請求項１に記載のイメージング装置において、
前記第３の光源は、前記蛍光に相当する波長の光を照射して照射領域の画像を前記カメラで撮影することにより前記カメラが正常に動作しているか否かを確認するための確認用光源であるイメージング装置。 - 請求項２に記載のイメージング装置において、
前記絞り機構は、前記蛍光と前記可視光のうち、可視光のみを絞る絞り機構であるイメージング装置。 - 請求項２に記載のイメージング装置において、
前記カメラは、蛍光を検出する蛍光用センサと、可視光を検出する可視光用センサと、前記カメラに同軸状に入射する蛍光および可視光を、前記蛍光用センサおよび前記可視光用センサに選択して入射させる光分離部材と、
を備えるイメージング装置。 - 請求項１から請求項４のいずれかに記載のイメージング装置において、
前記励起光および前記蛍光は、近赤外光であるイメージング装置。
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