WO2001017272A1

WO2001017272A1 - Dispositif d'imagerie en couleur a faible lumiere

Info

Publication number: WO2001017272A1
Application number: PCT/JP2000/005929
Authority: WO
Inventors: Kaneyoshi Takeyama
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2001-03-08
Also published as: CA2383696C; EP1227686A1; EP1227686B1; DE60020986D1; EP1227686A4; CA2383696A1; DE60020986T2; AU6867200A; US20020196337A1

Description

明糸田書

微弱光力ラー撮像装置

技術分野

本発明は、被写体からの微弱な光を撮像する微弱光力ラー撮像装置において、特に被写体からの蛍光を強調して撮像することを特徴とする微弱光力ラ一撮像装置に関する。

背景技術

近年、正常細胞よりもガン細胞に高く蓄積される光感受性物質を生体に注射し、特有の波長の光に光感受性物質が励起されることにより蛍光を発生する性質を利用したガン細胞の光線力学的診断法（PDD) や、特有の波長の光に光感受性物質が励起されることにより一重項酸素を発生してガン細胞を破壊する性質を利用した光線力学的治療法（PDT) が新たなガンの診断方法および治療法として注目を集めている。

PDDおよび PDTにおける光感受性物質としては、へマトポルフィリン誘導体（HpD) が多く利用されている。 HpDを利用した PDDについて説明すると、 HpDは波長 405 nmの励起光を照射することにより波長 630 nmと 6 90 nmにピークを持つ蛍光を発する。このため、 HpDを蓄積させたガン細胞とその周辺に波長 405 nmの励起光を照射すると、 HpDがより多く蓄積されているガン細胞では波長 630 nmと 690 nmにピークを持つ蛍光を発生するが、 HpDがほとんど蓄積されていない正常細胞は蛍光を発生しない。この蛍光を検出し、ガン細胞の部位を診断する方法が P D Dである。

発明の開示

しかしながら、ガン細胞からの蛍光は非常に弱く、早期ガンにおいては特に微弱な蛍光しか発しない。そのため、 PDDにおける蛍光画像の撮像には光強度を増強するイメージインテンシファイア（I. I ·)と呼ばれる光増強管が用いられている。ところが、光増強管を用いると波長情報が失われてしまうため、ガン細胞周辺から得られた光強度の画像からは、画像のどの部分がガン細胞からの波長

6 3 0 n mと 6 9 0 n mにピークを持つ蛍光を示しているのか、それともその他の物質からの他の波長を持つ反射光や蛍光を示しているのか判別することが難しくなる。このため、ガン細胞周辺の画像をカラ一で且つ動画で撮像し、ガン細胞周辺の状態とガン細胞からの蛍光を同時に視認できる装置の開発の要求が高まつている。

カラーで画像を得るためにはカラ一カメラを用いれば良いが、ガン細胞からの蛍光のように微弱な光の画像を撮像するするためには、通常のカラーカメラを用いることはできない。従来の微弱光カラ一撮像装置としては、冷却 C C Dカラーカメラや天文用 3 C C Dカラーカメラなどがあるが、冷却 C C Dカラ一カメラでは静止画像しか得ることができず、天文用 3 C C Dカラーカメラは装置が大きく、且つ高価であるため、汎用の装置に用いるとその装置が非常に大型で高価になつてしまうといった問題点がある。

また、従来の技術として、被写体に照明光を照射したときの画像と被写体に励起光を照射したときの画像とを別々に撮像し、スーパーインポ一ズすることにより、被写体周辺およびガン細胞からの蛍光の画像を一つの画像とし、この画像を繰り返し撮像し表示することで動画を得て被写体を観察する手法がある。しかし、この手法は厳密には同一時点での照明光および励起光を照射した被写体を撮像していないため、 P D Tにおけるガン細胞の死滅による蛍光の消失などをリアル夕ィムに観察することが不可能であるといつた問題点がある。

そこで本発明では、検出器一つで安価に構築でき、リアルタイムの動画像を得ることが可能で、特にガン細胞に蓄積された光感受性物質からの蛍光を鮮明に撮像できる微弱光カラ一撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の微弱光カラ一撮像装置は、被写体を照明する照明手段と、被写体に励起光を照射することにより蛍光を発生させる励起手段と、被写体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分をそれそれ透過させるフィル夕手段と、フィル夕手段を透過した被写体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分の光強度を増強する増強手段と、増強された被写体からの光の赤、緑および青の各波長成分の画像を撮像する撮像手段と、撮像された赤、緑および青の各波長成分の画像信号をそれそれ記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された赤、緑および青の各波長成分の画像信号を重畳し、カラー画像信号に変換する変換手段と、カラー画像信号をカラー画像として表示するモニタ手段と、照明手段の出力を可変にする出力可変手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、被写体からの微弱光の光強度を増強してリアルタイムに撮像することが可能である。また、微弱光の赤、緑および青の波長成分の画像を、例えば、テレビの垂直同期信号に同期してそれそれ別々に撮像し、重畳することによって単一のカラ一画像を得ることができる。また、照明光の光量を適宜調節することにより、励起手段により被写体から発生した微弱な蛍光が、照明光に埋もれることなく撮像可能で、同時に被写体周辺の様子もカラーの動画で撮像することができる。

従って、出力可変手段は、被写体で反射又は散乱することにより撮像手段に入射する照明手段からの光の強度が、被写体からの撮像手段に入射する蛍光の光強度と同等または同等以下となる範囲において、照明手段の出力を可変とすることが望ましい。

また、本発明の微弱光力ラー撮像装置は、フィルタ手段が被写体からの微弱光の赤の波長成分を緑および青の波長成分よりも多く透過させることを特徴としてもよい。これにより、赤の波長成分を多く含んだ画像を撮像するため、赤の波長成分に含まれるガン細胞からの蛍光が強調して撮像されたカラ一画像を得ることができる。

また、本発明の微弱光力ラー撮像装置は、フィルタ手段が被写体からの微弱光の前記赤の波長成分を青および緑の波長成分よりも長時間透過させることによつて、赤の波長成分を青および緑の波長成分よりも多く透過させることを特徴としてもよい。これにより、上記発明と同様に、被写体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分のうち、赤の波長成分を多く含んだ画像を撮像するため、赤の波長成分に含まれるガン細胞からの蛍光が強調して撮像されたカラー画像を得ることができる。

また、本発明の微弱光カラ一撮像装置は、フィル夕手段が被写体からの微弱光の赤の波長成分を緑および青の波長成分より高い透過率で透過させることを特徴としてもよい。これにより、上記発明と同様に、被写体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分のうち、赤の波長成分を多く含んだ画像を撮像するため、赤の波長成分に含まれるガン細胞からの蛍光が強調して撮像されたカラ一画像を得ることができる。

また、本発明の微弱光力ラー撮像装置は、フィルタ手段が更に赤外域の波長成分を透過することを特徴としてもよい。これにより、被写体からの微弱光が赤外域の波長成分を含んでいたとしても、それを撮像することが可能であるため、赤外域の波長情報を含んだ画像を得ることができる。特に、ガン細胞に蓄積されている光感受性物質が赤外域の波長の蛍光を発するときでも、その蛍光を含んだ画像を得ることができる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第一実施形態にかかる微弱光力ラー撮像装置の概略図である。図 2 Aおよび図 2 Bは、出力可変な白色光源の構造を示す図である。

図 3は、 H p Dを注入したガン細胞を有する生体の各部位における H p Dの蛍光強度を示す図である。

図 4は、 R G Bフィル夕の波長透過特性を示す図である。

図 5 Aは、第一実施形態を構成する R G Bフィル夕の 4分割にされたフィル夕構成を示す図である。

図 5 Bは、第一実施形態を構成する R G Bフィル夕の 3分割にされたフィル夕構成を示す図である。図 6は、第一実施形態を構成する光増強管の波長に対する増強特性を示す図である。

図 7 A〜図 7 0は、図 5 Aの R G Bフィル夕を使用した場合の、第一実施形態の作用のタイミングチヤ一トを示す図である。

図 8 A〜図 8 Mは、図 5 Bの R G Bフィル夕を使用した場合の、第一実施形態の作用のタイミングチヤ一トを示す図である。

図 9は、本発明の第二実施形態にかかる微弱光力ラ一撮像装置の概略図である。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。まず、本発明にかかる第一実施形態について説明する。第一実施形態の概略図を図 1に示す。この第一実施形態は本発明の微弱光力ラー撮像装置を内視鏡 1 1 に適用した装置となっている。図 1に示すように、第一実施形態の微弱光力ラー撮像装置は、被写体 Aに対面した 3種類の光源 2 1， 2 2および 2 3を有する内視鏡 1 1と、内視鏡 1 1により導光された被写体 Aからの微弱光を赤、緑および青の各波長成分毎に増強し撮像するカメラボックス 3と、撮像された各波長成分の画像信号を演算して一つの画像を得る R G Bコントロールュニット 4と、得られた画像を表示 ·記録するモニタ 2 7、 V T R 2 8およびパソコン 2 9と、その他付随する装置類とを備えている。

ところで、第一実施形態において、微弱光カラ一撮像装置でガン細胞である被写体 Aを撮像したい場合、内視鏡 1 1を生体内に挿入した状態で内視鏡 1 1の先端が被写体 Aに対面していなければならない。そのため、まず内視鏡 1 1をカラ一力メラ 1 2に接続し、被写体 Aの位置探索を行う。図 1に示すように、内視鏡 1 1は出力可変な白色光源 2 1 ( X eランプ）を有しており、白色光源 2 1からの照明はライトガイド（図示せず）により内視鏡 1 1先端に導かれ、生体内部を照明する。カラ一カメラ 1 2は、 OES TV SYSTEM 1 3を介してモニタ 2 7に接続されている。これにより、内視鏡 1 1が対面している生体内部の画像がモニタ 2 7に映し出される。操作者は内視鏡 1 1を適宜操作し、モニタ 2 7に映し出される画像によって被写体 Aを探索する。被写体 Aを発見したら、内視鏡 1 1を力メラボックス 3の内視鏡 1 1の接続部位にワンタッチ接続する。これにより、内視鏡 1 1は被写体 Aに対面し、対面している被写体 Aからの微弱光は、内視鏡 1 1の有するイメージガイド（図示せず）によりカメラボックス 3に導かれる。その後、第一実施形態における微弱光力ラー撮像装置により、被写体 Aの観察を行う。ただし、生体にはあらかじめ光感受性物質であるへマトポルフィリン誘導体 ( H p D ) が注入されているとする。

次に、内視鏡 1 1の構成について説明する。図 1に示すように、内視鏡 1 1は、前述した内視鏡 1 1が具備するライトガイド（図示せず）により照明光を被写体 Aに照射する出力可変な白色光源 2 1と、光線力学的診断（ P D D )に適用され、励起光を照射することにより H p D特有の蛍光を発生させる励起光源 2 2 ( H g — X eランプ）と、光線力学的治療（P D T ) に適用され、治療光を照射することによりガン細胞を死滅させる治療用光源 2 3 (エキシマダイレ一ザ）とを有している。これらからの光は、内視鏡 1 1に付属されている鉗子口 1 l aに揷入された、コネクタ付きファイバ 1 l bによって導光され、被写体 Aに照射される。図 2 Aおよび図 2 Bに、出力可変な白色光源 2 1内部の構造を示す。図 2 Aに示すように、白色光源 2 1は光源である X eランプ 2 1 aと、 X eランプ 2 l a を集光する集光レンズ 2 1わと、集光された光を遮蔽する遮蔽板 2 1 cとを具備しており、遮蔽板 2 1 cを通過した光は導光ファイバ 2 1 dにより内視鏡 1 1内部に導光される。図 2 Bに示すように、遮蔽板 2 1 cは縦方向に二等辺三角形の穴部を有しており、光源 2 1 aからの光が遮蔽板 2 1 cに入射すると、穴部に入射した光はそのまま通過し、それ以外の光は遮蔽板 2 1 cにより遮蔽される。そのため、遮蔽板を上下に移動させると、二等辺三角形の穴部の幅に応じて遮蔽板 2 1 cを通過できる光量が変化する。この様に、白色光源 2 1が構成されているので、出力を変化させることができる。

図 3に、 HpDを注入したガン細胞を有する生体に、励起光を照射した際の部位別の HpDの蛍光スペクトルを示す。図示のように、ガン細胞（腫瘍）は Hp Dを選択的に蓄積するため、 HpD特有の波長 630 nmおよび 69 Onmにピ —クを持つ蛍光を発生している。これに対し、 HpDの蓄積量が少ないガン細胞周辺では、ガン細胞よりも強度の低い HpDの蛍光を発生している。正常細胞は、 HpDをほとんど蓄積しないため、 HpDの蛍光をほとんど発していない。この様に、ガン細胞に選択的に蓄積される HpDの特性を利用し、 HpD特有の波長の蛍光を検出することによりガンの診断を行う診断方法が PDDである。本発明の第一実施形態では、後述するように、励起光源 22によって被写体 Aに励起光を照射し、 HpDの蛍光を微弱光力ラー撮像装置で撮像し、観測者が蛍光を視認することにより、被写体 A周辺におけるガン細胞の診断、つまり PDDを行うことが可能である。また、ガン細胞の位置を確認できたときは、励起光源 22を治療用光源 23と交換してガン細胞に治療光を照射することにより、その場で PD Tを行うことも可能である。

次に、カメラボックス 3の構成について説明する。図 1に示すように、被写体 Aからの微弱光は、内視鏡 1 1によってカメラボックス 3に導かれる。カメラボックス 3は、励起光源 22を使用している際に被写体 Aから反射又は散乱された励起光成分を除去する励起光カットフィル夕 3 1と、被写体 Aからの微弱光を集光する結合レンズ 32と、集光された被写体 Aからの微弱光の赤、緑および青の各成分を別々に透過させる RGBフィル夕 33と、 RGBフィル夕 33を回転させる回転モ一夕 34と、 RGBフィル夕 33を透過した光を増強する光増強管 3 5と、光増強管 35によって増強された光をリレーレンズ 36を介して撮像する CCDカメラ 37とを有している。

励起光カツトフィル夕 3 1はフィルタコントローラ 24に接続されており、励起光源 22を使用している際には励起光カツトフィル夕 3 1を内視鏡 1 1と結合レンズ 32の間に挿入して被写体 Aからの微弱光に含まれる励起光成分を除去し、励起光源 22を使用していないときは励起光カツトフィル夕 3 1を移動して内視鏡 1 1によって導光された被写体 Aからの微弱光が直接結合レンズ 32に導かれるように制御されている。また、回転モ一夕 34は RGBフィル夕コントローラ 25に結合されており、後述するように同期信号と同期して RGBフィル夕 33 が回転するように制御されている。また、光増強管 35は光増強管電源 26に接続されており、後述するように同期信号に同期して光増強管電源 2 6が ON ·〇 FFすることにより、光増強管 35のゲート機能を動作させるように制御している o

図 4を参照して、第一実施形態に使用される RGBフィル夕 33の波長透過特性について説明する。 RGBフィル夕は赤（R)、緑（G)、青（B) の 3原色の波長の光をそれそれ透過するフィル夕で構成されている。図 4は、 RGBフィル夕の入射光の波長に対する透過率の関係を示した図であり、赤、緑および青のそれそれ 3つのフィル夕の波長透過特性を示している。実線は、通常の CCDカメラに用いる際の RGBフィル夕の波長透過特性を示している。波長が赤、緑および青と短くなるに連れて透過度が高くなつていることがわかる。これは、人間の視感度に合わせた画像を得るために設定された波長透過特性で、得られる画像の色が実際に人間の目で見る画像の色と一致するように設定されている。一点鎖線は、第一実施形態で使用する長波長の赤の成分の透過率を高めた R GBフィル夕 33の波長透過特性を示している。実線で示された通常の RGBフィル夕に対し、波長が青、緑および赤と長くなるに連れて透過率が高くなつていることがわかる。そのため、得られる画像は長波長側、特に赤色の成分が強いものとなる。また、長波長側に点線で示されている特性は、一点鎖線で示された RGBフィル夕 33 において、赤外域の波長の光も透過させるようにした RGBフィル夕 33の波長透過特性を示している。赤外域の波長の光も透過するようにすることで、 CCD カメラ 37で撮像された画像に赤外域の光の情報が含まれるようになる。図 5 Aおよび図 5 Bを参照して、 RGBフィル夕 33の構成について説明する。図 5 Aは、 RGBフィル夕 33である円盤を 4分割にして用いる実施例を示している。分割されたそれそれの領域は、図 4において点線で示した波長透過特性を持つ赤外域までの赤の波長成分を透過する Extended Red (Ext. R) 領域 33 a と、図 4において一点鎖線で示した波長透過特性を持つ赤の波長成分を透過する R領域 33 bと、緑の波長成分を透過する G領域 33 cと、青の波長成分を透過する B領域 33 dとで構成されている。この RGBフィル夕 33を等速度で回転させ、ある一定の位置で光を透過させると、光はそれそれの領域の波長透過特性に応じた波長成分のみに時系列的に分光される。なお、図 5 Aの RGBフィル夕 33では、 Ext. R領域 33 aおよび R領域 33 bが RGBフィル夕 33の半分の領域を占めているため、緑および青の波長成分よりも長時間赤の波長成分を透過させることになる。さらに、 RGBフィル夕 33は、図 4に示した長波長側の波長成分を高い透過率で透過させるため、通常の RGBフィル夕よりも長波長側の波長成分、特に赤の波長成分の光を多く透過させる。

図 5 Bは、 RGBフィル夕 33である円盤を 3分割にして用いる実施例を示している。分割されたそれそれの領域は、図 4において点線で示した波高透過特性を持つ赤外域までの赤の波長成分を透過する Ext. R領域 33 aと、図 4において一点鎖線で示した波長透過特性を持つ緑の波長成分を透過する G領域 33 cと、青の波長成分を透過する B領域 33 dとで構成されている。図 5 Bの RGBフィル夕 33も図 5 Aと同様に用いられ、 RGBフィル夕 33を透過する光をそれそれの領域の波長透過特性に応じた波長成分のみに時系列的に分光することができる。また、 RGBフィル夕 33は、図 4に示した長波長側の波長成分を高い透過率で透過させるため、通常の RGBフィル夕よりも長波長側の波長成分、特に赤の波長成分の光を多く透過させる。なお、図 5 Aおよび図 5 Bに三角形で示された印は、後述するように RGBフィル夕 33を回転モー夕 34によって同期信号に同期して回転させるときの頭出しの位置を示したものである。図 6を参照して、第一実施形態で使用される光増強管 35の波長増強特性について説明する。第一実施形態で用いる光増強管 35は、赤外域の長波長の光まで感度を広げたもので、図示のように、波長 100 nmから 900 nmの光に対して十分なゲインを有している。そのため、 RGBフィル夕 33を透過した赤外から青までの各波長成分の光を増強することが可能である。

次に、 RGBコントロールユニット 4の構成について説明する。図 1に示すように、 C CDカメラ 37によって撮像された各波長成分の画像信号は、 RGBコントロールユニット 4に送られる。 RGBコントロールユニット 4は、通信制御装置（CCU) 41と、 C CDカメラ 37からの画像信号を記憶する RGBフレームメモリ 42と、画像信号の雑音を除去して画質を改善する画質改善装置 43 と、画質改善装置 43によって画質を改善された画像信号を、後述するようにそれそれ画像を取り込む媒体に応じた画像信号に走査変換する走査変換器 44とを有している。

CCU41は、第一実施形態における微弱光カラ一撮像装置を 60 Hzのテレビの垂直同期信号（VD) に同期させて作動させるための制御装置である。 CC U41は、 RGBフィル夕一コントローラ 25に頭出し信号を送り、図 5Aおよび図 5 Bに三角形で印された RGBフィル夕 33の頭出し位置が、頭出し信号に同期して回転するように制御している。また、光増強管電源 26に光増強管ゲート信号を送り、光増強管電源 26を ON · OFFさせることにより光増強管 35 のゲート機能を動作させ、 R GBフィル夕 33の回転に応じて図 5 Aに示した Ext. R領域 33 a、 R領域 33 b、 G領域 33 cおよび B領域 33 dを透過する有効な光成分のみを増強するように制御している。つまり、図 5 Aにおける分割された領域と領域の境界部分においては、両方の領域を透過した光の成分が混在している可能性があるため、領域と領域の境界部分を透過した光は無効な成分として光増強管 35のゲート機能により排除し、各フィル夕中央部分を透過した光のみを有効成分とし、光増強管 35によって増強している。 C CU 4 1は、さらに、 RGBコントロールユニット 4における RGBフレームメモリ 42および走査変換器 44を制御している。 RGBフレームメモリ 42 は、 CCDカメラ 37が時系列的に撮像した赤外を含む赤、赤、緑および青の波長成分の各画像信号を CCU 4 1から送られてくる CCD電荷読み出し信号に同期してそれそれ読み出すように制御されており、読み出した各画像信号はそれそれ対応したビデオフレームメモリ（VFM) に記憶される。走査変換器 44は、 RGBフレームメモリ 42に記憶されいる赤外を含む赤、赤、緑および青の波長の各画像信号を画質改善装置 43を介して読み出し、 1画面のカラー画像として演算する。そして、 CCU 4 1からの（Ext. R+R + G + B) 読み出し信号に同期して、それそれ画像を取り込む媒体に応じた画像信号に走査変換する。図 1に示すように、第一実施形態において、画像を取り込む媒体はモニタ 27、 VTR 28およびパソコン 29である。モニタ 27が取り込む画像信号は NT S C方式に、 VTR28が取り込む画像信号は Y/C信号に、パソコンが取り込む画像信号は RGB信号にと画像信号がそれそれ走査変換される。ここで、パソコン 29 は変換された RGB信号をイン夕一フェース回路（I/F) 29 aを介して取り込んでいる。

次に、図 1および図 7 A〜図 70を参照して、第一実施形態における微弱光力ラー撮像装置の作用について説明する。

図 7A〜図 70は、 60Hzの VD信号に同期して、赤外を含む赤、赤、緑および青の各波長成分の画像が取り込まれ、各画像が演算されて 1つのカラー画像を得るまでの動作を各信号毎に示したタイミングチャートである。ここで、図中チャート 10 1は頭出し信号、チャート 102はビデオ信号（VD)、チャート 1 03は RGBフィルタ信号、チャート 1 04は光増強管 35のゲート信号、チヤ —ト 105は CCDの Ext. R電荷読み出し信号、チャート 1 06は Ext. RVF M書込み信号、チヤ一ト 1 07は C CDの R e d電荷読み出し信号、チャート 1 08は R e dVFM書込み信号、チャート 1 09は CCDの G r e e n電荷読み出し信号、チヤ一ト 1 10は G r e e nVFM書込み信号、チヤ一ト 1 1 1は C CDの B l ue電荷読み出し信号、チャート 1 12は B lueVFM書込み信号、チヤ一ト 1 13は（Ext. R+R + G + B) 演算信号、チャート 1 14は（Ext. R + R + G + B) 読み出し信号、チヤ一ト 1 15はィン夕レ一ス走査変換信号をそれそれ示す。

被写体 Aは、白色光源 2 1のみで照明され、励起光源 22および治療用光源 2 3は消灯しているとする。被写体 Aからの微弱光は、内視鏡 1 1によってカメラボックス 3に導光され、結合レンズ 32によって集光される（このとき、励起光カットフィルタ 3 1はフィル夕コントローラ 24に制御されることによって、内視鏡 1 1と結合レンズ 32の間から移動している）。集光された微弱光は RGBフィル夕 33に入射し、透過される。ここで、 RGBフィル夕 33は、図 5 Aに示す 4分割されたフィルタを使用するとする。

時点において、チャート 10 1に示す頭出し信号が立ち上がり、これと同期して図 5 Aに三角形で示された頭出し位置から RGBフィル夕 33が回転する。時点 1^から t₂の期間において、チヤ一ト 103に示すように回転している RG Bフィル夕 33の Ext. R領域 33 aを微弱光が透過する。透過した微弱光の赤外を含む赤の波長成分は、光増強管 35に入射するが、チャート 104に示すように光増強管 35のゲート機能により、 Ext. R領域 33 aを透過する有効成分のみが光増強管 35によって増強される。光増強管 35によって増強された赤外を含む赤の波長成分の光は、 CCDカメラ 37によって撮像され、画像信号に対応する電荷が蓄積される。

時点 t₂において、チャート 105に示すように CCD電荷読み出し信号が立ち上がり、これによつて CCDカメラ 37に蓄積されていた赤外を含む赤の波長成分の画像信号に対応する電荷が、 RGBコントロールュニット 3の： RGBフレームメモリ 42に出力される。時点 t ₂から ₃の期間において、チャート 103 に示すように回転している RGBフィル夕 33の R領域 33 bを微弱光が透過する。透過した微弱光の R波長成分は、光増強管 3 5に入射するが、チャート 10 4に示すように光増強管 35のゲート機能により、 R領域 33 bを透過する有効成分のみが光増強管 35によって増強される。光増強管 35によって増強された赤の波長成分の光は、 CCDカメラ 37によって撮像され、画像信号に対応する電荷が蓄積される。 RGBフレームメモリ 42に出力された赤外を含む赤の波長成分の画像信号は、チャート 1 0 6に示すように： RGBフレームメモリ 42の Ext.： VFMに書き込まれる。 Ext. RVFMに書き込まれた赤外を含む赤の波長成分の画像信号は、画像改善装置 43によって光増強管 35による光の増強で発生する特有の雑音成分を除去される。そして、チャート 1 1 3に示すように走査変換器 44の演算部（図示せず）に入力される。

時点 t₃ において、チヤ一ト 1 07に示すように C CD電荷読み出し信号が立ち上がり、これによつて CCDカメラ 37に蓄積されていた赤の波長成分の画像信号に対応する電荷が、 RGBコントロールュニット 3の RGBフレームメモリ 42に出力される。時点 1₃から ₄の期間において、チヤ一ト 103に示すように回転している RGBフィルタ 33の G領域 33 cを微弱光が透過する。透過した微弱光の緑の波長成分は、光増強管 35に入射するが、チャート 1 04に示すように光増強管 35のゲート機能により、 G領域 33 cを透過する有効成分のみが光増強管 35によって増強される。光増強管 3 5によって増強された緑の波長成分の光は、 CCDカメラ 37によって撮像され、画像信号に対応する電荷が蓄積される。 RGBフレームメモリ 42に出力された赤の波長成分の画像信号は、チャート 1 08に示すように RGBフレームメモリ 42の R e dVFMに書き込まれる。 Re dVFMに書き込まれた赤の波長成分の画像信号は、画像改善装置 43によって光増強管 35による光の増強で発生する特有の雑音成分を除去される。そして、チャート 1 13に示すように走査変換器 44の演算部に入力され、先に入力されていた赤外を含む赤の波長成分の画像信号と重畳される。

時点 t₄において、チャート 1 0 9に示すように CCD電荷読み出し信号が立ち上がり、これによつて CCDカメラ 37に蓄積されていた緑の波長成分の画像信号に対応する電荷が、 RGBコントロールュニヅト 3の RGBフレームメモリ 42に出力される。時点 t₄から 15の期間において、チヤ一ト 103に示すように回転している RGBフィル夕 33の B領域 33 dを微弱光が透過する。透過した微弱光の青の波長成分は、光増強管 35に入射するが、チャート 104に示すように光増強管 35のゲート機能により、 B領域 33 dを透過する有効成分のみが光増強管 35によって増強される。光増強管 35によって増強された青の波長成分の光は、 CCDカメラ 37によって撮像され、画像信号に対応する電荷が蓄積される。 RGBフレームメモリ 42に出力された緑の波長成分の画像信号は、チャート 1 10に示すように RGBフレームメモリ 42の Gr e enVFMに書き込まれる。 Gr e e nVFMに書き込まれた緑の波長成分の画像信号は、画像改善装置 43によって光増強管 35による光の増強で発生する特有の雑音成分を除去される。そして、チャート 1 13に示すように走査変換器 44の演算部に入力され、先に入力されていた赤外を含む赤および赤の波長成分の画像信号と重畳される。

この時点で、 RGBフィル夕 33は 1回転し、すべての波長成分の画像が CC Dカメラ 37によって撮像される。そして、後述するように撮像されたすベての画像信号を読み出すことによって 1つのカラ一画像を得ることができる。このように、チャート 102に示すビデオ信号 VDの 4クロックで 1つのカラー画像が作成されるため、 15 H zで変化するカラー画像が得られる。また、これ以降、図 7 A〜図 7 Dに示すチャート 10 1から 104の動作は、時点 tiからの繰り返しになり、これに応じて C CD電荷の読み出し等の動作も繰り返しになるため説明を省略する。

時点 1₅において、チャート 1 1 1に示すように CCD電荷読み出し信号が立ち上がり、これによつて C CDカメラ 37に蓄積されていた青の波長成分の画像信号に対応する電荷が、 RGBコントロールュニット 3の RGBフレームメモリ 42に出力される。時点 t₅から t₆の期間において、 RGBフレームメモリ 42 に出力された青の波長成分の画像信号は、チャート 1 12に示すように RGBフレームメモリ 42の B 1 u e VFMに書き込まれる。 B lueVFMに書き込まれた青の波長成分の画像信号は、画像改善装置 43によって光増強管 35による光の増強で発生する特有の雑音成分を除去される。そして、チャート 1 13に示すように走査変換器 44の演算部に入力され、先に入力されていた赤外を含む赤、赤および緑の波長成分の画像信号と重畳される。ここで、走査変換器 44の演算部には赤、赤、緑および青の波長成分の画像信号が重畳された（Ext. R+R + G + B) 画像信号が記憶されている。

時点 ₆において、チャート 1 14に示すように（Ext. R+R + G + B)読み出し信号が立ち上がり、走査変換器 44の演算部に記憶されている（Ext. R+R + G + B) 画像信号が読み出される。このとき、走査変換器 44は、接続されている画像を取り込む媒体に応じて、（£^.11+1¾ + & +：8)画像信号を走查変換する例えば、モニタ 27が取り込む画像信号は NT S C方式に変換される。このとき、走査変換器 44は、 NT S C方式の画像信号に対応するように（Ext. R+R + G + B) 画像信号を、図 7〇のチャート 1 15に示される Oddあるいは Even のイン夕一レース走査するため画像信号に変換する。図 1に示すように、第一実施形態において、画像を取り込む媒体にはモニタ 27以外に、 VTR28およびパソコン 29がある。走査変換器 44は、（Ext.R+R + G + B)画像信号をモニ夕 27が取り込む画像信号は NTS C方式に、 VTR 28が取り込む画像信号は Y / C信号に、パソコンが取り込む画像信号は R G B信号にとそれそれ走査変換する。ここで、パソコン 29は変換された RGB信号をィンターフェ一ス回路（I /F) 29 aを介して取り込んでいる。

取り込まれた画像は、モニタ 27などによって表示され、観測者が被写体 Aのカラー画像を観測することができる。ただし、第一実施形態の微弱光カラ一撮像装置は、人間が目で見る画像のよりも高い割合で赤（および赤外）の波長成分を撮像しているため、得られる画像は赤色の強度が強い画像となる。

ところで、第一実施形態において、励起光源 2 2をガン細胞である被写体 Aに照射した場合、被写体 Aからは波長 6 3 0 n mと 6 9 0 n mにピークを持つ H p Dの蛍光が発生する。このとき、被写体 Aを第一実施形態の微弱光力ラー撮像装置で撮像する場合について説明する。ただし、出力可変な白色光源 2 1も励起光源 2 2と共に被写体 Aに照射し、被写体 Aの周辺の様子と蛍光発光の様子とを同時に観察する。

励起光源 2 2を用いた場合の第一実施形態の作用について説明する。内視鏡 1 1によってカメラボックス 3に導かれた被写体 Aからの微弱光は、励起光カツトフィルタ 3 1によって微弱光に含まれる励起光成分がカットされる。そして、励起光成分がカツトされた微弱光は、結合レンズ 3 2によって R G Bフィル夕 3 3 に入射 ·透過される。この後の作用は、前述した第一実施形態の作用と同様なので説明を省略する。

第一実施形態の微弱光力ラー撮像装置で撮像された被写体 Aからの波長 6 3 0 n mおよび 6 9 0 n mの蛍光は、赤外を含む赤および赤の波長成分に含まれるため、強調して撮像される。このため、観測者は、撮像された画像が表示されるモ二夕 2 7において、被写体 A周辺の様子と共に H p Dの蛍光が視認できるようになり、 P D Dを容易に行うことが可能になる。 P D Dによりガン細胞の部位が確定したら、励起光源 2 2を治療用光源 2 3に交換することにより、その場で P D Tを行うことが可能になる。

また、撮像された画像が表示されるモニタ 2 7において、 H p Dの蛍光が非常に微弱な場合あるいは照明光の光強度が強い場合、白色光源 2 1が照射した被写体 Aの照明光に蛍光が埋もれてしまうため撮像した画像からは蛍光を視認することができない。そのため、蛍光が視認でき且つ被写体 A周辺の様子も観察できるように、モニタ 2 7に表示されている被写体 Aの画像を観察しながら、被写体 A で反射又は散乱することにより内視鏡 1 1に入射する白色光源 2 1からの光の強度が、被写体 Aから内視鏡 1 1に入射する蛍光の光強度と同等または同等以下となる範囲で白色光源 2 1の出力を適宜調節する。これにより、被写体 Aにおいて蛍光が発生している場所を観測者が視認できるようになり、 PDDを容易に行うことが可能になる。

次に、図 8 A〜図 8 Mを参照して、 RGBフィル夕 33に図 5 Bのフィル夕を用いた場合の第一実施形態の作用について説明する。図 8A〜図 8Mは、 60H zの VD信号に同期して、赤外を含む赤、緑および青の各波長成分の画像が取り込まれ、各画像が演算されて 1つのカラ一画像を得るまでの動作を示すタイミングチャートである。ここで、図中チヤ一ト 201は頭出し信号、チヤ一ト 202 はビデオ信号（VD)、チャート 203は RGBフィル夕信号、チヤ一ト 204は光増強管 35のゲート信号、チャート 205は CCDの Ext. R電荷読み出し信号、チャート 206は Ext.RVFM書込み信号、チャート 207は CCDの Gr e e n電荷読み出し信号、チャート 208は Gr e e nVFM書込み信号、チャート 209は CCDの B lue電荷読み出し信号、チャート 2 1 (H B lueVFM 書込み信号、チャート 21 1は（Ext. R+G + B) 演算信号、チャート 2 12は (Ext. R+G + B) 読み出し信号、チャート 2 13はイン夕レース走査変換信号をそれそれ示す。

図 8 A〜図 8 Mに示すチヤ一ト 20 1から 2 13の動作は、前述した第一実施形態の作用とほぼ同じであるので詳細な説明は省略するが、図 7 A〜図 70と異なる点は、 RGBフィル夕 33が 3分割されているため、図 8 Bに示すチャート 202の VD信号 3クロック分で赤外を含む赤、緑および青の各波長成分の画像を取り込むことができ、 3クロックで 1つのカラー画像を得られる点である。つまり、図 5 Bの RGBフィル夕 33を用いた場合、 20 H zで変化するカラ一画像が得られる。前述したように、図 5 Aの RGBフィル夕で 33では、 15 Hz のカラ一画像が得られるため、画質の点では図 5 Bの RGBフィル夕 33を用いた場合の方が良いことがわかる。しかし、図 5 Aの RGBフィル夕 33を用いた場合の方が、赤外を含む赤および赤の波長成分を長時間撮像するため、赤の波長成分をより多く含んだカラ一画像を得ることができる。

以上のように第一実施形態の微弱光力ラ一撮像装置は、被写体 Aからの H p D の蛍光成分を含む微弱光をカラー且つ動画で撮像することが可能であり、被写体 Aに含まれた H p Dの蛍光が強調して表示された画像により、被写体 A周辺の様子と共に H p Dの蛍光を視認できるカラ一画像を得ることができる。

次に、図 9を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。

図 9は、第二実施形態の概略図を示す図である。第二実施形態は、微弱光カラ一撮像装置をレンズマウントしてマクロ撮像に適用した実施形態であり、例えば手術などにおいて被写体 Aが眼下にさらされており、被写体 Aを直接撮像できる場合に適用される実施形態である。ただし、第一実施形態と同様に、生体にはあらかじめ H p Dが注入されているとする。図 9に示すように、第二実施形態の微弱光力ラー撮像装置は、 2種類の光源 2 1および 2 2と、被写体 Aを所定の倍率で拡大するズームレンズ 1 5と、被写体 Aからの微弱光を赤、緑および青の各波長成分毎に増強し撮像するカメラボックス 3と、撮像された各波長成分の画像信号を演算して一つの画像を得る R G Bコントロールュニット 4と、得られた画像を表示 ·記録するモニタ 2 7、 V T R 2 8およびパソコン 2 9と、その他付随する装置類とを備えている。

更に詳細に説明すると、第二実施形態の微弱光力ラー撮像装置は、ガン細胞である被写体 Aに照明光を照射する白色光源 2 1と、励起光を照射し被写体 Aに蓄積されている H p Dを励起させ蛍光を発生させる励起光源 2 2を有している。第一実施形態と異なり、被写体 Aが眼下にさらされているため、白色光源 2 1からの照明光をライトガイドなどを介さずに直接被写体 Aに照射することができる。また、励起光源 2 2はファイバ導光され、被写体 Aに励起光が照射されるようになっている。

また、第二実施形態の微弱光力ラー撮像装置は、被写体 Aから反射散乱された H p Dを励起する励起光をカツトする励起光カツトフィル夕 1 4と、被写体 Aからの微弱光を所定の倍率に拡大するズームレンズ 1 5と、励起光カツトフィル夕 1 4を回転させることにより使用する励起光の波長に対応する励起光カツトフィル夕にフィル夕を交換したり、励起光を照射していない場合に被写体 Aからの微弱光をフィル夕を介さずにズームレンズ 1 5に入射させるように制御するフィル夕交換器 1 6と、ズームレンズ 1 5の拡大倍率を制御するズームコントローラ 1 7とを有している。励起光カットフィル夕 1 4は、第一実施形態では図 1に示すようにカメラボックス 3が具備していたが、第二実施形態ではカメラボックス 3 の内部ではなく外部に備えられている。

更に、第二実施形態の微弱光力ラー撮像装置は、被写体 Aからの微弱光を撮像するカメラボックス 3と、カメラボックス 3で撮像された微弱光の赤外を含む赤、赤、緑および青の各波長成分の画像信号を記憶し、画像を取り込む媒体に応じた画像信号に変換する R G Bコントロールュニヅト 4を備えている。カメラボックス 3および R G Bコントロールュニット 4内部の構成は、図 1に示す微弱光カラ一撮像装置の第一実施形態と同様である。ただし、前述したように、カメラボックス 3内に具備されていた励起光カツトフィル夕 3 1は、第二実施形態ではカメラボックス 3内部ではなく被写体 Aとカメラボックス 3との間に配置されている。更に、第一実施形態と同様に、 R G Bコントロールユニット 4内部に具備されている C C U 4 1から送られてくる頭出し信号に同期して、カメラボックス 3内部の R G Bフィル夕 3 3の回転を制御する R G Bフィルタコントローラ 2 5と、 C C U 4 1から送られてくる信号に同期して、カメラボックス 3内部の光増強管 3 5のゲート機能を制御する光増強管電源 2 6とを備えている。また、撮像した画像信号を取り込む媒体として、モニタ 2 7、 V T R 2 8およびパソコン 2 9が備えられている。ここで、パソコン 2 9は R G Bコントロールユニット 4で走査変換された R G B信号をインターフヱ一ス回路 2 9 aを介して取り込み、画像を表示している。次に、図 9を参照して、第二実施形態の微弱光力ラー撮像装置の作用について説明する。まず、被写体 Aに白色光源 2 1および励起光源 2 2を照射する。被写体 Aからの H p Dの蛍光を含む微弱光は、励起光カツトフィル夕 1 4を介してズ —ムレンズ 1 5に入射する。ズームレンズ 1 5は所定の倍率で微弱光による被写体 Aの画像を拡大し、カメラボックス 3に入射させる。カメラボックス 3以降の作用は第一実施形態と同様であるので省略する。

以上のように第二実施形態では、本発明にかかる微弱光力ラー撮像装置をレンズマウントし、眼下にさらされている被写体 Aのマクロ撮像に応用することが可能である。そして、被写体 Aからの H p Dの蛍光成分を含む微弱光をカラー且つ動画で撮像することが可能であり、被写体 Aに含まれた H p Dの蛍光を強調して表示された画像により、被写体 A周辺の様子と共に H p Dの蛍光を視認できる力ラー画像を得ることができる。

なお、本発明は第一および第二実施形態に限られるものではない。例えば、 R G Bフィル夕 3 3を透過した微弱光の有効成分のみを C C Dカメラ 3 7で撮像したい場合、第一実施形態および第二実施形態では光増強管 3 5のゲート機能を利用したが、 C C Dカメラ 3 7のシャツ夕機能を利用して増強された微弱光の有効成分のみを撮像することも可能である。また、 V T R 2 8は走査変換器 4 4に接続されていたが、モニタ 2 7に接続することによりモニタ 2 7に表示された画像を取り込む（録画する）ようにしてもよい。また、第一および第二実施形態は、赤外域の波長成分の画像も撮像することができるため、励起光の照射により赤外域の波長の蛍光を発生する H p D以外の光感受性物質にも対応して P D Dを行うことが可能である。また、本発明の微弱光力ラー撮像装置を第二実施形態と同様にレンズマウントし、顕微鏡に適用してミク口撮像を行う応用例なども考えられる。

産業上の利用可能性

以上詳細に説明したように、本発明の微弱光カラ一撮像装置によれば、被写体からの微弱光が R G Bフィル夕を透過し、光増強管で増強されることによって力ラー且つ動画で被写体 Aの画像を撮像することが可能である。

また、微弱な H p Dからの蛍光が、被写体に照射されている照明光に埋もれてしまわない様に、照明光を照射する白色光源の出力を調節することにより、 H p Dの蛍光と共に被写体周辺の画像を撮像することができる。このため、被写体における H p Dの蛍光部位を視認できるようになり、容易に P D Dを行うことが可能となる。

また、 R G Bフィル夕の長波長側、特に赤（および赤外）の波長成分の透過率を高めたフィル夕用いたり、赤（および赤外）の波長成分の光を透過するフィル夕の面積を緑および青の波長成分の光を透過するフィル夕よりも大きくし、長時間赤（および赤外）の波長成分の光を透過させることによって、赤の波長成分を多く含んだ被写体の画像を得ることができる。これにより、被写体に含まれた H p Dの蛍光が強調して撮像されるため、撮像した画像により視認で P D Dを行うことが可能となる。

また、赤外域の波長成分の画像も撮像することができるため、 H p D以外の光感受性物質で、励起光の照射により赤外域の波長の蛍光を発生する光感受性物質にも対応して P D Dを行うことが可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 被写体からの微弱光をカラーで撮像する微弱光力ラー撮像装置であつて、

前記被写体を照明する照明手段と、

前記被写体に励起光を照射することにより蛍光を発生させる励起手段と、前記被写体からの微弱光の赤、緑および青の各波長成分をそれそれ透過させるフィルタ手段と、

前記フィル夕手段を透過した前記被写体からの微弱光の前記赤、緑および青の各波長成分の光強度を増強する増強手段と、

増強された前記被写体からの光の前記赤、緑および青の各波長成分の画像を撮像する撮像手段と、

撮像された前記赤、緑および青の各波長成分の画像信号をそれそれ記憶する記憶手段と、

前記記憶手段に記憶された前記赤、緑および青の各波長成分の画像信号を重畳し、カラー画像信号に変換する変換手段と、

前記カラー画像信号をカラ一画像として表示するモニタ手段と、

前記照明手段の出力を可変にする出力可変手段と

を備えることを特徴とする微弱光力ラ一撮像装置。

2 . 前記出力可変手段は、前記被写体で反射又は散乱することにより前記撮像手段に入射する前記照明手段からの光の強度が、前記被写体からの前記撮像手段に入射する蛍光の光強度と同等または同等以下となる範囲において、前記照明手段の出力を可変にすることを特徴とする請求項 1記載の微弱光カラ一撮像装置。

3 . 前記フィル夕手段は、前記被写体からの微弱光の前記赤の波長成分を前記緑および青の波長成分よりも多く透過させることを特徴とする請求項 1記載の微弱光力ラー撮像装置。

4 . 前記フィル夕手段は、前記被写体からの微弱光の前記赤の波長成分を前記青および緑の波長成分よりも長時間透過させることによって、前記赤の波長成分を前記青および緑の波長成分よりも多く透過させることを特徴とする請求項 3記載の微弱光力ラ一撮像装置。

5 . 前記フィル夕手段は、前記被写体からの微弱光の前記赤の波長成分を前記緑および青の波長成分より高い透過率で透過させることによって、前記赤の波長成分を前記青および緑の波長成分よりも多く透過させることを特徴とする請求項 3記載の微弱光力ラ一撮像装置。

6 . 前記フィル夕手段は、更に赤外域の波長成分を透過することを特徴とする請求項 1記載の微弱光力ラ一撮像装置。