WO2009081706A1 - 生体観察装置および内視鏡装置 - Google Patents

生体観察装置および内視鏡装置 Download PDF

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light
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observation apparatus
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Ken Fujinuma
Takeshi Watanabe
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Olympus Corporation
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    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
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    • A61B1/0646—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements with illumination filters

Definitions

  • the present invention relates to a living body observation apparatus and an endoscope apparatus.
  • Patent Document 1 an imaging system that detects the state of blood vessel running by irradiating a living tissue with infrared light and taking an image of the living tissue is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a living body observation apparatus and an endoscope apparatus that can easily observe in-vivo substances from outside the living body. It is another object of the present invention to provide a living body observation apparatus and an endoscope apparatus that can detect blood vessels existing deep in a living tissue more clearly regardless of the presence of living tissue, particularly fat tissue. Yes.
  • the present invention relates to a light source unit capable of selectively emitting two types of wavelengths of illumination light having different absorption intensities for in-vivo substances, an irradiation optical system for irradiating a subject with illumination light from the light source unit, and the irradiation optical system.
  • a detection optical system that detects scattered light when the illumination light of the two types of wavelengths is irradiated on the subject by the system, and acquires an image, respectively, and a comparison calculation process on the two images acquired by the detection optical system
  • a living body observation apparatus provided with an image processing unit for performing the above.
  • the illumination light of two types of wavelengths is selectively emitted by the operation of the light source unit, and the subject is irradiated by the irradiation optical system.
  • the two types of irradiated illumination light are scattered in the subject and are respectively imaged by being detected by a detection optical system. Since these illumination lights have different absorption intensities with respect to the in-vivo substance, the scattered light of one illumination light contains more information on the in-vivo substance than the scattered light of the other illumination light. Therefore, by performing the comparison calculation process of the two images by the image processing unit, it is possible to make the information on the in vivo substance stand out, and the in vivo substance existing deep in the living tissue can be clearly visualized. .
  • the present invention provides a light source unit that emits illumination light including two types of wavelengths having different absorption intensities with respect to in vivo substances, an irradiation optical system that irradiates a subject with illumination light from the light source unit, and the irradiation optical system
  • a spectral optical system that separates the scattered light of the two types of wavelengths from the scattered light when the object is irradiated with illumination light, and the scattered light of the two types of wavelengths dispersed by the spectral optical system, respectively.
  • a living body observation apparatus including a detection optical system that acquires an image and an image processing unit that performs a comparison calculation process on two images acquired by the detection optical system.
  • illumination light including two types of wavelengths is emitted by the operation of the light source unit, and the subject is irradiated by the irradiation optical system.
  • Each irradiated illumination light is scattered in the subject, and scattered light of two types of wavelengths is dispersed by the spectroscopic optical system.
  • the scattered light of the two types of wavelengths separated is detected by the detection optical system, and two images are acquired. Since the two types of wavelengths included in the illumination light have different absorption intensities with respect to the in-vivo substance, the scattered light of one wavelength contains more information on the in-vivo substance than the scattered light of the other wavelength. Therefore, by performing the comparison calculation process of the two images by the image processing unit, it is possible to make the information on the in vivo substance stand out, and the in vivo substance existing deep in the living tissue can be clearly visualized. .
  • the said 2 types of wavelength is a wavelength of the light which has equivalent absorption intensity with respect to a biological tissue.
  • the comparison calculation process may be a subtraction process for subtracting the other image from one image. If the two types of wavelengths have the same absorption intensity with respect to the living tissue, the information on the living tissue can be deleted by the subtraction process.
  • the comparison calculation process may be a division process in which one image is divided by the other image. If the two wavelengths have the same absorption intensity with respect to the living tissue, the division process reduces the information on the living tissue and displays an image that emphasizes other in-vivo substances buried in the living tissue. Can be acquired.
  • the two types of wavelengths may be not less than 400 nm and not more than 2300 nm.
  • one wavelength may be 400 nm to 1100 nm or 1400 nm to 2300 nm, and the other wavelength may be 600 nm to 850 nm or 1000 nm to 1400 nm.
  • the absorption coefficient of a substance contained in blood for example, hemoglobin, can be set so that the illumination light of one wavelength is 1 cm ⁇ 1 and the illumination light of the other wavelength is 5 cm ⁇ 1. Therefore, it is possible to accurately visualize the running state of a blood vessel buried in a living tissue, particularly a fat tissue.
  • the one wavelength may be not less than 400 nm and not more than 600 nm, or not less than 900 nm and not more than 1100 nm. By doing in this way, the wavelength from which the absorption coefficient of hemoglobin or water peaks can be selected as one wavelength.
  • the present invention also provides an endoscope apparatus including any one of the above living body observation apparatuses.
  • a blood vessel existing in a deep part of a living tissue regardless of the presence of a living tissue, in particular, a fatty tissue, from a deep part information inside the living body, regardless of the presence of a living tissue, particularly a fatty tissue. Play.
  • 1 is a schematic overall configuration diagram showing a living body observation apparatus and an endoscope apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a front view of a filter turret of a living body observation apparatus and an endoscope apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the image of the scattered light acquired when the illumination light of a 1st wavelength is irradiated in the endoscope apparatus of FIG. 1A. It is a figure which shows the path
  • a biological tissue ⁇ 1, ⁇ 2 Wavelength G1, G2 Image L1, L2 Illumination light S1, S2 Scattered light 1 Living body observation device 2 Endoscope device 4
  • Light source device (light source unit) 7
  • Light guide (irradiation optics) 8
  • Objective lens (detection optical system) 9
  • Image guide (detection optics) 12, 12a, 12b Imaging unit (detection optical system) 14
  • Image processing unit 16 Spectroscopic unit (spectral optical system, light source switching circuit)
  • a living body observation apparatus 1 and an endoscope apparatus 2 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 4.
  • a living body observation apparatus 1 according to the present embodiment is provided in an endoscope apparatus 2 having a configuration for visualizing blood vessel travel in a fat tissue as a living tissue.
  • an endoscope apparatus 2 includes an elongated insertion portion 3 that is inserted into a body cavity, a light source device (light source portion) 4 that is disposed on the proximal end side of the insertion portion 3, and an insertion portion.
  • 3 includes a camera control unit (CCU) 5 that detects and images light collected at the tip of 3 and performs image processing, and a monitor 6 that displays an image processed by the CCU 5.
  • CCU camera control unit
  • the insertion portion 3 includes a light guide (irradiation optical system) 7 for guiding light from the light source device 4 along the longitudinal direction from the proximal end side to the distal end and irradiating the inner surface of the body cavity, and from the inner surface of the body cavity to the inside.
  • An objective lens 8 that collects scattered light that travels to the inner surface of the body cavity after being scattered by a biological tissue or the like, and an image guide 9 that guides the scattered light collected by the objective lens 8. Yes.
  • the light source device 4 generates light in a relatively wide wavelength band including two types of wavelengths, for example, a light source 10 such as a xenon lamp or a halogen lamp, or a white LED or a near infrared LED, and the light source 10 emits light.
  • a filter turret 11 is provided as wavelength switching means for selectively cutting out light of two types of wavelengths from the emitted light. As shown in FIG.
  • the filter turret 11 has two types of wavelengths corresponding to the in vivo substance, for example, a first wavelength ⁇ 1 (400 nm ⁇ ⁇ 1 ⁇ 600 nm) or a second wavelength ⁇ 2 (1000 nm ⁇ ⁇ 2 ⁇
  • Two filters 11a and 11b capable of transmitting light of 1400 nm are provided.
  • a wavelength selection means other than the filter turret 11 a spectroscopic element that performs spectroscopy using a grating may be used.
  • a drive-type spectroscopic device capable of high-speed wavelength switching for example, a Fabry-Perot type wavelength variable element, For example, imaging at a video rate may be executed by a piezo drive type etalon spectroscopic element.
  • the CCU 5 includes an imaging unit 12 such as a CCD that captures the scattered light guided by the image guide 9, switching timings of the filters 11 a and 11 b of the filter turret 11, and images acquired by the imaging unit 12. Are associated with each other, and an image processing unit 14 for processing the acquired image.
  • the image processing unit 14 subtracts (comparison calculation processing) the image acquired when the illumination light of the second wavelength ⁇ 2 is irradiated from the image acquired when the illumination light of the first wavelength ⁇ 1 is irradiated. A new image is generated.
  • the biological observation apparatus 1 includes a light source device 4, a light guide 7, an objective lens 8, an image guide 9, an imaging unit 12, a control circuit 13, and an image processing unit 14. Yes.
  • the operation of the living body observation apparatus 1 and the endoscope apparatus 2 according to the present embodiment configured as described above will be described.
  • the light source 10 of the light source apparatus 4 is operated to emit illumination light, and the control circuit 13 rotates the filter turret 11.
  • different filters 11a and 11b are alternately arranged on the optical axis of the illumination light.
  • the control circuit 13 stops or passes the filters 11a and 11b repeatedly on the optical axis of the illumination light so as to perform time-series observation according to the movement in the living body for each wavelength.
  • the two types of illumination light emitted alternately from the light source device 4 are respectively guided to the distal end by the light guide 7 of the insertion portion 3 and emitted from the distal end of the insertion portion 3 toward the inner wall of the body cavity.
  • the illumination light L1 having the first wavelength ⁇ 1 is a wavelength at which the absorption intensity with respect to hemoglobin or water peaks. Therefore, as shown in FIG. 2B, among the illumination light having the first wavelength ⁇ 1 that has entered the living tissue A from the inner wall of the body cavity, the light that has passed through the blood vessel B existing deep in the living tissue A is caused by blood.
  • the scattered light S ⁇ b> 1 that is absorbed and scattered again from the surface of the living tissue A includes the information B ⁇ b> 1 of the blood vessel B and the information A ⁇ b> 1 of the surface shape of the living tissue A. Will be.
  • the illumination light L2 of the second wavelength ⁇ 2 has a small absorption coefficient for hemoglobin or water, and has a small absorption coefficient equivalent to that of the living tissue A, particularly adipose tissue.
  • the scattered light S2 that is incident on the living tissue A from the inner wall of the body cavity and is emitted from the surface of the living tissue A does not include blood vessel information B1 (broken line).
  • a lot of shape information A1 is included.
  • each of the images G1 and G2 is activated by the operation of the control circuit.
  • the images G1 and G2 when the illumination lights L1 and L2 having the wavelengths of 1 and 2 are irradiated are classified.
  • the image processing unit 14 the image G2 when the illumination light L2 of the second wavelength ⁇ 2 is irradiated is subtracted from the image G1 when the illumination light L1 of the first wavelength ⁇ 1 is irradiated.
  • the difference image G3 obtained in this way, only the information B1 of the blood vessel B is imaged as a difference and displayed on the monitor 6, as shown in FIG.
  • a significant difference (in this embodiment, 4 cm ⁇ in the absorption coefficient) between the main component (in this example, blood or blood vessel) of the biological substance (in this example, hemoglobin and water) and the biological tissue is at least 1 cm ⁇ 1 or more. 1 ) and images acquired at different wavelengths (in this example, two types) having the same absorption coefficient between the in-vivo substance and the living tissue (adipose tissue in this example). By performing the calculation, it is possible to generate an image in which the information on the living tissue is eliminated or sufficiently reduced.
  • the blood vessel B existing in the deep part of the living tissue A can be visualized more clearly regardless of the presence of the living tissue A, particularly the fat tissue. There is an advantage that you can. If the running of the blood vessel B existing in the deep part of the living tissue A is visualized, it is possible to easily avoid the inconvenience of damaging the blood vessel B when incising the human body, and to shorten the operation time.
  • the travel of the blood vessel B is visualized by light utilizing the characteristics of the biological tissue A that depends on the wavelength of light, it is non-invasive, reduces the burden on the patient, and is inexpensive without using CT or MRI. Can be observed.
  • 400 nm ⁇ ⁇ 1 ⁇ 600 nm is selected as the first wavelength ⁇ 1
  • 1000 nm ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1400 nm is selected as the second wavelength ⁇ 2.
  • the present invention is not limited to this, but the first wavelength As ⁇ 1, 400 nm ⁇ ⁇ 1 ⁇ 1100 or 1400 nm ⁇ ⁇ 1 ⁇ 2300 nm can be used, and as the second wavelength ⁇ 2, 600 nm ⁇ ⁇ 2 ⁇ 850 nm or 1000 nm ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1400 nm can be used.
  • the imaging unit 12 such as a CCD is arranged in the CCU 5 provided on the proximal end side of the insertion unit 3, but instead of this, the imaging unit 12 is inserted as shown in FIG.
  • the image information arranged at the tip of the unit 3 and converted into an electric signal may be transmitted to the CCU 5 via the wiring 15.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 of the illumination lights L1 and L2 emitted from the light source device 4 are switched by the rotation of the filter turret 11, but instead, as shown in FIG.
  • the light sources 10a and 10b whose center wavelengths are the first wavelength ⁇ 1 and the second wavelength ⁇ 2 are separately prepared, the light source 10a having the first wavelength ⁇ 1 is turned on in response to a command signal from the light source switching circuit 16, and the second Alternatively, the lighting of the light source 10b having the wavelength ⁇ 2 may be switched alternately.
  • the two images G1 and G2 are subtracted as the comparison calculation process in the image processing unit 14, but instead of this, a division process may be performed. Also by this, the image G3 which emphasized the blood vessel B can be produced
  • a living body observation apparatus 1 ′ and an endoscope apparatus 2 ′ according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
  • the same reference numerals are given to portions having the same configurations as those of the living body observation apparatus 1 and the endoscope apparatus 2 according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.
  • the biological observation apparatus 1 ′ according to the present embodiment does not include the filter turret 11 as the light source device 4, and instead, the CCU 5 splits the scattered light guided by the image guide 9 into two.
  • the biological observation device 1 according to the first embodiment is different from the biological observation device 1 in that the spectroscopic unit 16 is provided. Moreover, it is different from the biological observation apparatus 1 according to the first embodiment in that two imaging units 12a and 12b are provided in order to capture each of the two scattered light beams.
  • Examples of the spectroscopic unit 16 include a dichroic mirror, a diffraction grating, and a prism. Scattered light S1 and S2 having wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are extracted by allowing the scattered light guided by the image guide 9 to pass through the spectroscopic unit 16, respectively. The scattered light S1 having the first wavelength ⁇ 1 is photographed by the first imaging unit 12a, and the scattered light S2 having the second wavelength ⁇ 2 is photographed by the second imaging unit 12b.
  • the scattered light S1 having the first wavelength ⁇ 1 extracted from the scattered light includes information B1 on the blood vessel B and information A1 on the surface shape of the living tissue A, and the second wavelength ⁇ 2 extracted from the scattered light.
  • the scattered light S2 includes only the surface shape information A1 of the living tissue A. Accordingly, by subtracting the images G1 and G2 obtained by photographing the scattered light beams S1 and S2 that are dispersed, the surface shape information A1 of the living tissue A is erased, and the blood vessel B information B1 is clear. Can be generated.
  • the spectroscopic unit 16 and the two imaging units 12a and 12b are arranged in the CCU 5, but these may be arranged at the distal end of the insertion unit 3 instead. In that case, the electrical signals output from the imaging units 12a and 12b may be sent to the image processing unit 14 of the CCU 5.
  • the control circuit 13 may associate the switching timing by the spectral switching unit 17 with the obtained images G1 and G2.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the above gist.
  • the in-vivo substance to be observed in the present invention is not limited to blood using red blood cells mainly composed of hemoglobin as an index, but other in-vivo substances having other light absorption characteristics such as blood vessel walls, lymph It can be a duct, lymph, lymph node, nerve cell, tumor cell, collagen, melanin.
  • examples of the biological tissue interposed between the observation optical path and the in-vivo substance in the present invention include adipose tissue, subcutaneous tissue, bone tissue, and muscle tissue.
  • a fat component (not a living tissue) may be referred to as an in vivo substance in order to observe a fat component that can occur in a subcutaneous tissue in an arbitrary organ.
  • the present invention can be applied to enable observation of a substance in any living body having different light absorption properties while minimizing the influence of other intervening substances.
  • the wavelength of the irradiation light to be used may be changed according to the type of other in-vivo substance, and when three or more types of in-vivo substances are mixed or superimposed in the deep part of the living body, the three or more types of wavelengths are alternately switched.
  • Each image may be subtracted or divided as it is irradiated.
  • the wavelength of light having an equivalent absorption intensity in each of the subcutaneous tissue and the adipose tissue is set. Two or more types are preferably selected.
  • endoscopes to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and various endoscopes (for example, rigid endoscopes, flexible endoscopes, abdominal surgery endoscopes, capsule endoscopes).
  • a device or system in combination with a treatment instrument that performs a surgical process such as grasping, excision, and suturing, or an endoscope equipped with other observation means such as fluorescence, polarization, or ultrasound. There may be.

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Abstract

　生体組織、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織の深部に存在する血管をより鮮明に検出する。血液に含まれる物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長の照明光を選択的に出射可能な光源部（４）と、該光源部（４）からの照明光を被写体に照射する照射光学系（７）と、該照射光学系（７）により２種類の波長の照明光が被写体に照射されたときの散乱光を検出してそれぞれ画像を取得する検出光学系（８，９，１２）と、該検出光学系（８，９，１２）により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部（１４）とを備える生体観察装置（１）を提供する。

Description

生体観察装置および内視鏡装置
　本発明は、生体観察装置および内視鏡装置に関するものである。
　従来、生体組織に対して赤外光を照射し、生体組織の像を撮影することにより血管走行の状態を検出する撮像システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４－３５８０５１号公報
　しかしながら、同じ観察領域に異なる種類の生体内物質が混在すると、生体外部から光学的に観察することが困難となる。とくに、生体組織、例えば脂肪組織は、その組織表面における散乱が強いため、照射した赤外光が、脂肪組織の表面で散乱され、表面形状が強調された画像が取得されてしまい、生体組織の深部に存在する血管走行の状態を検出することが困難であるという問題がある。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体内物質を生体外部から観察することが容易な生体観察装置および内視鏡装置を提供することを目的としている。また、本発明は、生体組織、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織の深部に存在する血管をより鮮明に検出することができる生体観察装置および内視鏡装置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。
　本発明は、生体内物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長の照明光を選択的に出射可能な光源部と、該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、該照射光学系により前記２種類の波長の照明光が被写体に照射されたときの散乱光を検出してそれぞれ画像を取得する検出光学系と、該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置を提供する。
　本発明によれば、光源部の作動により２種類の波長の照明光が選択的に出射され、照射光学系により被写体に照射される。照射された２種類の照明光は被写体において散乱し、検出光学系により検出されることによりそれぞれ画像化される。これらの照明光は、生体内物質に対する吸収強度が異なるので、一方の照明光の散乱光には、他方の照明光の散乱光よりも、生体内物質の情報が多く含まれる。したがって、画像処理部により２枚の画像の比較演算処理を施すことにより、生体内物質の情報を際立たせることが可能となり、生体組織の深部に存在する生体内物質を鮮明に可視化することができる。
　また、本発明は、生体内物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長を含む照明光を出射する光源部と、該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、該照射光学系により照明光が被写体に照射されたときの散乱光から前記２種類の波長の散乱光を分光する分光光学系と、該分光光学系により分光された２種類の波長の散乱光をそれぞれ検出して画像を取得する検出光学系と、該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置を提供する。
　本発明によれば、光源部の作動により２種類の波長を含む照明光が出射され、照射光学系により被写体に照射される。照射された各照明光は被写体において散乱し、分光光学系により２種類の波長の散乱光が分光される。そして、分光された２種類の波長の散乱光は検出光学系によりそれぞれ検出されて２枚の画像が取得される。照明光に含まれる２種類の波長は、生体内物質に対する吸収強度が異なるので、一方の波長の散乱光には、他方の波長の散乱光よりも、生体内物質の情報が多く含まれる。したがって、画像処理部により２枚の画像の比較演算処理を施すことにより、生体内物質の情報を際立たせることが可能となり、生体組織の深部に存在する生体内物質を鮮明に可視化することができる。
　上記発明においては、前記２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有する光の波長であることが好ましい。
　このようにすることで、比較演算処理により、生体組織の情報を消滅あるいは十分に低減させた画像を生成することが可能となり、さらに鮮明に血管走行を可視化することができる。
　また、上記発明においては、前記比較演算処理が、一方の画像から他方の画像を減算する減算処理であってもよい。
　２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有していれば、減算処理により、生体組織の情報を消去することができる。
　また、上記発明においては、前記比較演算処理が、一方の画像を他方の画像で除算する除算処理であってもよい。
　２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有していれば、除算処理により、生体組織の情報を低減し、生体組織中に埋もれた他の生体内物質を強調した画像を取得することができる。
　また、上記発明においては、前記２種類の波長が、４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であってもよい。
　また、上記発明においては、一方の波長が，４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下または１４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であり、他方の波長が６００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下または１０００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下であってもよい。
　このようにすることで、血液に含まれる物質、例えば、ヘモグロビンの吸収係数を、一方の波長の照明光が１ｃｍ－１、他方の波長の照明光が５ｃｍ－１となるように設定することができるので、生体組織、とくに脂肪組織内に埋もれた血管の走行状態を正確に可視化できる。
　また、上記発明においては、前記一方の波長が，４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下または９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であってもよい。
　このようにすることで、一方の波長として、ヘモグロビンまたは水の吸収係数がピークとなる波長を選択することができる。
　また、本発明は、上記いずれかの生体観察装置を備える内視鏡装置を提供する。
　本発明によれば、生体内部の深部情報から、所望の生体内物質について生体組織、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織の深部に存在する血管をより鮮明に検出する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および内視鏡装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る生体観察装置および内視鏡装置のフィルタターレットの正面図である。 図１Ａの内視鏡装置において第１の波長の照明光を照射したときの取得される散乱光の画像を示す図である。 図１Ａの内視鏡装置において第１の波長の照明光を照射したときの光の経路を示す図である。 図１Ａの内視鏡装置において第２の波長の照明光を照射したときの取得される散乱光の画像を示す図である。 図１Ａの内視鏡装置において第２の波長の照明光を照射したときの光の経路を示す図である。 図１Ａの内視鏡装置において画像処理部により比較演算処理されて生成された画像例を示す図である。 図１Ａの生体観察装置および内視鏡装置の第１の変形例を示す模式的な全体構成図である。 図１Ａの生体観察装置および内視鏡装置の第２の変形例を示す模式的な全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る生体観察装置および内視鏡装置を示す模式的な全体構成図である。 図７の生体観察装置および内視鏡装置の変形例を示す模式的な全体構成図である。
符号の説明
　Ａ　生体組織（被写体）
　λ１，λ２　波長
　Ｇ１，Ｇ２　画像
　Ｌ１，Ｌ２　照明光
　Ｓ１，Ｓ２　散乱光
　１　生体観察装置
　２　内視鏡装置
　４　光源装置（光源部）
　７　ライトガイド（照射光学系）
　８　対物レンズ（検出光学系）
　９　イメージガイド（検出光学系）
　１２，１２ａ，１２ｂ　撮像部（検出光学系）
　１４　画像処理部
　１６　分光部（分光光学系、光源切替回路）
　以下、本発明の第１の実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２について、図１Ａ～図４を参照して説明する。
　本実施形態に係る生体観察装置１は、生体組織としての脂肪組織中の血管走行を可視化するための構成を有する内視鏡装置２に備えられている。
　内視鏡装置２は、図１Ａに示されるように、体腔内に挿入される細長い挿入部３と、該挿入部３の基端側に配置された光源装置（光源部）４と、挿入部３の先端において集光された光を検出して画像化するとともに画像処理を施すカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）５と、該ＣＣＵ５により画像処理された画像を表示するモニタ６とを備えている。
　挿入部３には、その長手方向に沿って基端側から先端まで光源装置４からの光を導光して体腔内面に照射するためのライトガイド（照射光学系）７と、体腔内面から内部に進行し、生体組織等によって散乱された後に体腔内面に戻る散乱光を集光する対物レンズ８と、該対物レンズ８により集光された散乱光を導光するイメージガイド９とが備えられている。
　光源装置４には、２種類の波長を含む比較的広い波長帯域の光を発生する、例えば、キセノンランプあるいはハロゲンランプ、または白色ＬＥＤや近赤外ＬＥＤ等の光源１０と、該光源１０から出射された光から、２種類の波長の光を選択的に切り出すための波長切替手段としてのフィルタターレット１１とが備えられている。フィルタターレット１１には、図１Ｂに示されるように、生体内物質に応じた２種類の波長、例えば、第１の波長λ１（４００ｎｍ≦λ１≦６００ｎｍ）または第２の波長λ２（１０００ｎｍ≦λ２≦１４００ｎｍ）の光をそれぞれ透過可能な２つのフィルタ１１ａ，１１ｂが備えられている。ここで、フィルタターレット１１以外の波長選択手段として、グレーティングによる分光を行う分光素子を使用してもよいが、高速な波長切替が可能な駆動型の分光デバイス(例えばファブリーペロー型の波長可変素子、例えばピエゾ駆動式のエタロン分光素子)によってビデオレートの撮像を実行するようにしてもよい。
　ＣＣＵ５には、イメージガイド９により導光されてきた散乱光を撮影するＣＣＤのような撮像部１２と、前記フィルタターレット１１の各フィルタ１１ａ，１１ｂの切り替えタイミングと撮像部１２により取得された画像とを対応づける制御回路１３と、取得された画像を処理する画像処理部１４とが備えられている。
　画像処理部１４は第１の波長λ１の照明光が照射されたときに取得された画像から第２の波長λ２の照明光が照射されたときに取得された画像を減算（比較演算処理）して新たな画像を生成するようになっている。
　本実施形態に係る生体観察装置１は、光源装置４と、ライトガイド７と、対物レンズ８と、イメージガイド９と、撮像部１２と、制御回路１３と、画像処理部１４とから構成されている。
　このように構成された本実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２の作用について説明する。
　本実施形態に係る内視鏡装置２を用いて、体腔内壁の観察を行うには、光源装置４の光源１０を作動させて照明光を出射させるとともに、制御回路１３がフィルタターレット１１を回転させて、照明光の光軸上に異なるフィルタ１１ａ，１１ｂを交互に配置する。これにより、光源装置４からは、第１の波長λ１の照明光と第２の波長λ２の照明光とが交互に出射される。好ましくは、制御回路１３はフィルタ１１ａ，１１ｂを繰り返し照明光の光軸上に配置されるように、停止または通過させることにより、生体内の動きに応じた時系列の観察を波長ごとに行うようにする。
　光源装置４から交互に出射された２種類の照明光は、それぞれ、挿入部３のライトガイド７により先端まで導光され、挿入部３の先端から体腔内壁に向けて出射される。
　第１の波長λ１の照明光Ｌ１は、ヘモグロビンまたは水に対する吸収強度がピークとなる波長である。したがって、図２Ｂに示されるように、体腔内壁から生体組織Ａ内に入射された第１の波長λ１の照明光のうち、生体組織Ａの深部に存在する血管Ｂを通過した光は、血液により吸収されるので、散乱されて生体組織Ａの表面から再度出射される散乱光Ｓ１には、図２Ａに示されるように、血管Ｂの情報Ｂ１および生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１が含まれていることになる。
　一方、図３Ｂに示されるように、第２の波長λ２の照明光Ｌ２は、ヘモグロビンまたは水に対する吸収係数が小さく、生体組織Ａ、特に脂肪組織と同等の小さい吸収係数を有しているので、体腔内壁から生体組織Ａ内に入射され、再度生体組織Ａの表面から出射される散乱光Ｓ２には、図３Ａに示されるように、血管の情報Ｂ１（破線）が含まれておらず、表面形状の情報Ａ１が多く含まれている。
　そして、これら２種類の照明光Ｌ１，Ｌ２を照射したときの散乱光Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ撮像部１２により撮影されて画像化されると、制御回路の作動により、各画像Ｇ１，Ｇ２が、いずれの波長の照明光Ｌ１，Ｌ２を照射したときの画像Ｇ１，Ｇ２であるかが分類される。画像処理部１４においては、第１の波長λ１の照明光Ｌ１を照射したときの画像Ｇ１から第２の波長λ２の照明光Ｌ２を照射したときの画像Ｇ２が減算処理される。これにより得られる差分画像Ｇ３には、図４に示されるように、血管Ｂの情報Ｂ１のみが差分として画像化され、モニタ６に表示されることになる。
　このように、生体内物質（この例では血液または血管）の主成分（この例ではヘモグロビンおよび水）と生体組織と間の吸収係数が少なくとも１ｃｍ－１以上の有意差（この実施形態では４ｃｍ－１）が有し、且つ前記生体内物質と生体組織（この例では脂肪組織）との間の吸収係数が同等であるような異種の波長（この例では２種類）により取得した画像同士を比較演算したことにより、生体組織の情報を消滅あるいは十分に低減させた画像を生成することが可能となる。したがって、本実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２によれば、生体組織Ａ、特に脂肪組織の存在にかかわらず、生体組織Ａの深部に存在する血管Ｂをより鮮明に可視化することができるという利点がある。
　生体組織Ａの深部に存在する血管Ｂの走行が可視化されると、人体を切開する際に血管Ｂを傷つける不都合の発生を容易に回避することができ、手術時間を短縮することができる。
　特に、光の波長に依存する生体組織Ａの特性を活用して、光により血管Ｂの走行を可視化するので、無侵襲で、患者にかかる負担を軽減し、ＣＴやＭＲＩを用いることなく安価に観察することができる。
　なお、本実施形態においては、第１の波長λ１として、４００ｎｍ≦λ１≦６００ｎｍ、第２の波長λ２として１０００ｎｍ≦λ２≦１４００ｎｍを選択したが、これに限定されるものではなく、第１の波長λ１としては、４００ｎｍ≦λ１≦１１００または１４００ｎｍ≦λ１≦２３００ｎｍを用いることができ、第２の波長λ２としては、６００ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍまたは１０００ｎｍ≦λ２≦１４００ｎｍを用いることができる。
　また、本実施形態においては、ＣＣＤのような撮像部１２を挿入部３の基端側に設けたＣＣＵ５に配置したが、これに代えて、図５に示されるように、撮像部１２を挿入部３の先端に配置し、電気信号に変換された画像情報を配線１５によってＣＣＵ５に伝送することにしてもよい。
　また、本実施形態においてはフィルタターレット１１の回転により、光源装置４から出射する照明光Ｌ１，Ｌ２の波長λ１，λ２を切り替えることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、中心波長が第１の波長λ１および第２の波長λ２の光源１０ａ，１０ｂを別々に用意し、光源切替回路１６からの指令信号に応じて第１の波長λ１の光源１０ａの点灯と、第２の波長λ２の光源１０ｂの点灯とを交互に切り替えることにしてもよい。
　また、本実施形態においては、画像処理部１４における比較演算処理として２つの画像Ｇ１，Ｇ２の減算を行うこととしたが、これに代えて、除算処理を行うことにしてもよい。これによっても、血管Ｂを強調した画像Ｇ３を生成することができる。
　次に、本発明の第２の実施形態に係る生体観察装置１′および内視鏡装置２′について、図７を参照して以下に説明する。
　本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る生体観察装置１および内視鏡装置２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。
　本実施形態に係る生体観察装置１′は、光源装置４として、フィルタターレット１１を備えておらず、その代わりに、ＣＣＵ５に、イメージガイド９により導光されてきた散乱光を２つに分光する分光部１６が備えられている点において、第１の実施形態に係る生体観察装置１と相違している。また、２つに分光された散乱光をそれぞれ撮影するために、２つの撮像部１２ａ，１２ｂが備えられている点においても第１の実施形態に係る生体観察装置１と相違している。
　分光部１６としては例えば、ダイクロイックミラーや回折格子あるいはプリズムが挙げられる。イメージガイド９により導光されてきた散乱光が分光部１６を通過させられることにより、波長λ１、λ２を有する散乱光Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ抽出されるようになっている。そして、第１の波長λ１の散乱光Ｓ１は第１の撮像部１２ａにより撮影され、第２の波長λ２の散乱光Ｓ２は第２の撮像部１２ｂにより撮影されるようになっている。
　散乱光から抽出された第１の波長λ１の散乱光Ｓ１には、血管Ｂの情報Ｂ１および生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１が含まれており、散乱光から抽出された第２の波長λ２の散乱光Ｓ２には、生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１のみが含まれている。
　したがって、これら分光された散乱光Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ撮影して得られた画像Ｇ１，Ｇ２を減算処理することにより、生体組織Ａの表面形状の情報Ａ１を消去し、血管Ｂの情報Ｂ１を鮮明に含む画像Ｇ３を生成することができる。
　なお、本実施形態においては、ＣＣＵ５内に分光部１６と２つの撮像部１２ａ，１２ｂとを配置したが、これに代えて、これらを挿入部３の先端に配置してもよい。その場合には、各撮像部１２ａ，１２ｂから出力される電気信号をＣＣＵ５の画像処理部１４に送ることにすればよい。
　また、本実施形態においては、図８に示されるように、分光部１６として、分光切替部１７からの指令信号に応じて、透過する散乱光の波長を切り替えるものを採用してもよい。このようにすることで撮像部１２も１つで済むので、さらに小型化および低コスト化を図ることができる。この場合、制御回路１３によって分光切替部１７による切替タイミングと得られた画像Ｇ１，Ｇ２とを対応づけることにすればよい。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上記主旨に基づいて様々な変更が可能である。例えば、本発明で観察する対象としての生体内物質は、ヘモグロビンを主体とする赤血球を指標とするような血液に限らず、他の光吸収特性を有するような生体内物質、例えば血管壁、リンパ管、リンパ液、リンパ節、神経細胞、腫瘍細胞、コラーゲン、メラニンであり得る。また、本発明で観察用の光路と生体内物質との間に介在するような生体組織として、脂肪組織、皮下組織、骨組織、筋肉組織が挙げられる。稀に、任意の臓器における皮下組織に発生し得る脂肪成分を観察するために、脂肪成分（生体組織ではない）を生体内物質と呼んでもよい。結局、本発明は光吸収性が異なる任意の生体における物質を他の介在する物質の影響を最小限にして観察可能にするために適用可能である。また、使用する照射光の波長の範囲は対象としての生体内物質に応じて変更するのが好ましい。また、使用する照射光の波長は、他生体内物質の種類に応じて変更してもよく、３種類以上の生体内物質が生体深部において混在または重畳する場合に３種類以上の波長を交互に照射するようにして各画像を減算または除算するようにしてもよい。例えば、皮下組織の深部に脂肪組織が存在する場合、脂肪組織の内部または深部に存在する各種生体内物質を観察するために皮下組織および脂肪組織のそれぞれに同等な吸収強度を有する光の波長を２種類以上選択するのが好ましい。
　また、画像処理部において減算または除算された２枚の画像による血管走行を表示する以外に、逆に血管に関する情報を完全に除外した脂肪組織のみの画像や、血管と脂肪組織の両方が強調された画像をモニタに表示すれば内視鏡的な処置（例えば、脂肪部分の切除）を支援することも可能である。さらに、画像処理された画像を時系列に取得してモニタ表示することにより、生体自身または生体内物質の動きに追従した画像や、生体内物質に関する最新の濃度または密度が反映された画像をリアルタイムに観察することができる。また、本発明が適用し得る内視鏡は、上述した実施形態に限定されず、種々の内視鏡（例えば、硬性内視鏡、軟性内視鏡、腹腔手術用内視鏡、カプセル内視鏡）であってもよく、把持、切除、縫合のような外科処理を行う処置具や、蛍光、偏光、超音波のような他の観察手段を備えた内視鏡と組み合わせた装置またはシステムであってもよい。

Claims (9)

  1. 　生体内物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長の照明光を選択的に出射可能な光源部と、
    　該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、
    　該照射光学系により前記２種類の波長の照明光が被写体に照射されたときの散乱光を検出してそれぞれ画像を取得する検出光学系と、
    　該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置。
  2. 　生体内物質に対する吸収強度が異なる２種類の波長を含む照明光を出射する光源部と、
    　該光源部からの照明光を被写体に照射する照射光学系と、
    　該照射光学系により照明光が被写体に照射されたときの散乱光から前記２種類の波長の散乱光を分光する分光光学系と、
    　該分光光学系により分光された２種類の波長の散乱光をそれぞれ検出して画像を取得する検出光学系と、
    　該検出光学系により取得された２枚の画像に比較演算処理を施す画像処理部とを備える生体観察装置。
  3. 　前記２種類の波長が、生体組織に対して同等の吸収強度を有する光の波長である請求項１または請求項２に記載の生体観察装置。
  4. 　前記比較演算処理が、一方の画像から他方の画像を減算する減算処理である請求項３に記載の生体観察装置。
  5. 　前記比較演算処理が、一方の画像を他方の画像で除算する除算処理である請求項３に記載の生体観察装置。
  6. 　前記２種類の波長が、４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下である請求項１から請求項５のいずれかに記載の生体観察装置。
  7. 　一方の波長が，４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下または１４００ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であり、他方の波長が６００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下または１０００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下である請求項６に記載の生体観察装置。
  8. 　前記一方の波長が，４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下または９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である請求項７に記載の生体観察装置。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれかに記載の生体観察装置を備える内視鏡装置。
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