WO2012005151A1 - 蛍光観察装置 - Google Patents

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芙美子 小野
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オリンパス株式会社
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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 fluorescence observation apparatus.
  • the observation target is irradiated with excitation light, fluorescence generated in the observation target is detected, reflected light of the excitation light on the observation target surface is also detected, and the fluorescence intensity is divided by the detected reflected light intensity.
  • a fluorescence measuring apparatus that is standardized by this (see, for example, Patent Document 1). According to this fluorescence measuring apparatus, even if the generated fluorescence fluctuates due to fluctuations in the distance and angle between the exit end of the excitation light and the observation target, this is normalized to reduce the influence of the distance and angle, and to observe the fluorescence. Quantitative performance can be improved.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and uses a fluorescent image and a return light image acquired by cameras having different lens characteristics to accurately standardize a fluorescent image and to provide highly quantitative fluorescence. It aims at providing the fluorescence observation apparatus which can observe.
  • the present invention provides the following means.
  • the present invention provides an illumination unit that irradiates a subject with illumination light and excitation light, a fluorescence image acquisition unit that captures fluorescence generated in the subject by irradiation of excitation light from the illumination unit and acquires a fluorescence image, and the illumination
  • a return light image acquisition unit that captures return light from the subject by irradiation of illumination light from the unit and acquires a return light image
  • a light distribution characteristic of an optical system provided in the fluorescence image acquisition unit and the return light image acquisition unit A light distribution characteristic information storage unit that stores information on the light distribution characteristic, and the light distribution characteristic included in the fluorescence image and the return light image using the information on the light distribution characteristic stored in the light distribution characteristic information storage unit
  • the image correction unit that corrects at least one of the fluorescence image or the return light image so as to match, and the fluorescence image and the return light image corrected by the image correction unit are used to convert the fluorescence image into the return light image.
  • the fluorescence generated in the subject is captured by the fluorescence image acquisition unit and the fluorescence image is acquired, while the illumination light from the illumination unit is received.
  • the return light returning from the subject is captured by the return light image acquisition unit, and the return light image is acquired.
  • the fluorescence image acquisition unit and the return light image acquisition unit are provided with optical systems having different light distribution characteristics due to different purposes, and information on the light distribution characteristics of each optical system is stored in the light distribution characteristic information storage unit. Has been.
  • the image correction unit the information on the light distribution characteristics stored in the light distribution characteristic information storage unit is used, so that the light distribution characteristics included in the fluorescence image and the return light image are matched. Alternatively, at least one of the return light images is corrected. By normalizing the fluorescent image with the return light image using the corrected fluorescence image and the return light image, the influence of the difference in the light distribution characteristics is removed from the normalized fluorescence image. Therefore, observation with higher quantitativeness can be performed.
  • the light distribution characteristic information storage unit includes the light distribution characteristics of both optical systems provided in the fluorescent image acquisition unit and the return light image acquisition unit as information relating to the light distribution characteristic of the optical system, respectively.
  • the image correction unit divides the fluorescent image by the light distribution characteristic of the optical system provided in the fluorescent image acquisition unit, and the return light image by the light distribution characteristic of the optical system provided in the return light image acquisition unit. You may divide.
  • the light distribution characteristic information storage unit stores the light distribution characteristic of the optical system provided in the fluorescent image acquisition unit as information on the light distribution characteristic of the optical system in the return light image acquisition unit.
  • the light distribution characteristic ratio divided by the light distribution characteristic of the optical system provided may be stored, and the image correction unit may divide the fluorescence image by the light distribution characteristic ratio.
  • the light distribution characteristic information storage unit stores the light distribution characteristic of the optical system provided in the return light image acquisition unit as information on the light distribution characteristic of the optical system in the fluorescence image acquisition unit.
  • the light distribution characteristic ratio divided by the light distribution characteristic of the optical system provided may be stored, and the image correction unit may divide the return light image by the light distribution characteristic ratio.
  • the number of corrections of the image in the image correction unit can be reduced by using the light distribution characteristic ratio, and the influence of the difference in the light distribution characteristic can be removed from the standardized fluorescent image in a short processing time. It is possible to perform observation with higher quantitativeness.
  • the present invention also includes an illumination unit that irradiates a subject with illumination light and excitation light, a fluorescence image acquisition unit that captures fluorescence generated in the subject by irradiation of excitation light from the illumination unit and acquires a fluorescence image, A return light image acquisition unit that captures a return light from the subject by irradiation of illumination light from the illumination unit and acquires a return light image, and an arrangement of optical systems provided in the fluorescence image acquisition unit and the return light image acquisition unit.
  • a light distribution characteristic information storage unit for storing information on light characteristics, and an image normalization unit for normalizing the fluorescent image acquired by the fluorescent image acquisition unit using the return light image acquired by the return light image acquisition unit And the information on the light distribution characteristic stored in the light distribution characteristic information storage unit so that the light distribution characteristics included in the fluorescence image and the return light image are matched.
  • the present invention it is possible to standardize a fluorescent image with high accuracy using a fluorescent image and an irradiation light image acquired by cameras having different lens characteristics, and to perform fluorescence observation with high quantitativeness.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a fluorescence observation procedure of a subject using the fluorescence observation apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a fluorescence observation procedure of a subject using the fluorescence observation apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a fluorescence observation procedure of a subject using the fluorescence observation apparatus of FIG.
  • FIG. 2nd modification of the fluorescence observation apparatus of FIG. is a flowchart which shows the fluorescence observation procedure of the to-be-photographed object using the fluorescence observation apparatus of FIG.
  • the fluorescence observation apparatus 1 is an endoscope apparatus, and is opposed to an insertion portion 2 to be inserted into a body cavity and a distal end surface 2a of the insertion portion 2.
  • An illuminating unit 3 that irradiates a living tissue (hereinafter referred to as a subject) A with white light (illumination light) and excitation light, and an image acquisition unit that acquires a fluorescent image signal and a white light image signal of the subject A 4, an image processing unit 5 that processes an image signal acquired by the image acquisition unit 4, and a monitor 6 that displays an image generated by the image processing unit 5.
  • the illumination unit 3 includes a xenon lamp 7, a filter 8, a coupling lens 9, a light guide fiber 10, and an illumination optical system 11.
  • the filter 8 includes a white light filter 8c arranged in a circumferential direction on a turret 8b rotated by a motor 8a and transmitting a white light wavelength band (for example, 400 to 650 nm), and a wavelength band of excitation light (for example, , Excitation light filter 8d that transmits light of 650 to 750 nm).
  • the coupling lens 9 condenses the white light and the excitation light transmitted through the filter 8 so as to be incident on the end of the light guide fiber 10.
  • the light guide fiber 10 is disposed over the entire length from the proximal end to the distal end of the insertion portion 2, and guides white light and excitation light to the distal end surface 2 a of the insertion portion 2.
  • the illumination optical system 11 diffuses the white light and excitation light guided by the light guide fiber 10 to irradiate the subject A.
  • the image acquisition unit 4 is disposed at the distal end of the insertion unit 2 and collects the fluorescence generated in the subject A and the white light return light from the subject A, and the light collected by the objective lens 12.
  • a dichroic mirror 13 that branches into fluorescent light and white light, condensing lenses 14 and 15 that condense the fluorescent light and white light branched off by the dichroic mirror 13, and fluorescent light that is collected by the condensing lens 14.
  • a fluorescence CCD (fluorescence image acquisition unit) 16 for photographing and a white light CCD (return light image acquisition unit) 17 for photographing white light collected by the condenser lens 15 are provided.
  • reference numeral 18 denotes an excitation light cut filter that blocks the excitation light from entering the fluorescence CCD 16.
  • the condensing lens 14 for condensing weak fluorescence to acquire a bright fluorescent image and the condensing lens 15 for condensing white light to acquire a clear white light image are different from each other for the purpose. It has light distribution characteristics.
  • the light distribution characteristics of the condenser lenses 14 and 15 are, for example, as shown in FIG.
  • 2A and 2B show examples of light distribution characteristics. These light distribution characteristics are the same in fluorescent images and white light images obtained by irradiating excitation light and white light to a standard sample that uniformly contains a fluorescent dye and has optical characteristics similar to biological tissue. It is a gradation value distribution on a straight line.
  • FIG. 2A shows an example of the light distribution characteristic of the condensing lens 14 along a straight line of the excitation light irradiation range.
  • the gradation value of the fluorescence at the end of the straight line and FL 0, indicates the luminance values of the fluorescence at an arbitrary position on a straight line of standard samples as FLs ij.
  • the subscripts i and j are natural numbers indicating pixel positions in two orthogonal directions of the fluorescent image.
  • FIG. 2B shows an example of the light distribution characteristic of the condenser lens 15 along the straight line in the white light irradiation range.
  • the luminance value of the fluorescence at the end of the straight line and WL 0, indicates the luminance values of the fluorescence at an arbitrary position on a straight line of standard samples as WLs ij.
  • the subscripts i and j are natural numbers indicating pixel positions in two orthogonal directions of the white light image.
  • the image processing unit 5 processes the fluorescent image signal acquired by the fluorescent CCD 16 to generate a fluorescent image, and the white light image signal acquired by the white light CCD 17 to process white light.
  • a white light image generation unit 20 that generates an image
  • an image correction unit 21 that corrects the generated fluorescent image and white light image
  • a corrected fluorescent image and a corrected white light image An image normalization unit 22 that normalizes the fluorescent image and an image composition unit 23 that combines the normalized fluorescent image and the white light image are provided.
  • the image correction unit 21 stores a fluorescent image correction coefficient and a white light image correction coefficient.
  • the image correction unit 21 stores the gradation values FL ij and WL ij at the pixel positions of the fluorescent image and the white light image obtained by irradiating the subject A with the excitation light and the white light. By dividing each by the correction coefficients F and W, the corrected fluorescence image FL ′ ij and the corrected white light image WL ′ ij are calculated.
  • the fluorescent image FL ′ ij corrected by the image correction unit 21 and the corrected white light image WL ′ ij are sent to the image normalization unit 22, and the white light image in which the corrected fluorescent image FL ′ ij is corrected.
  • a normalized fluorescence image is acquired by dividing by WL ′ ij .
  • the acquired normalized fluorescent image is combined with the white light image in the image combining unit and output to the monitor 6.
  • the illumination light generated by operating the xenon lamp is rotated by rotating the turret by operating the filter motor.
  • the light is sequentially transmitted through the optical filter 8c and the excitation light filter 8d.
  • the white light that has passed through the white light filter 8c and the excitation light that has passed through the excitation light filter 8d are sequentially incident on the end face of the light guide fiber 10 by the coupling lens. Is guided to the front end surface 2a and irradiated onto the surface of the subject A by the illumination optical system 11 (step S1).
  • the white light applied to the surface of the subject A is reflected by the surface and collected by the objective lens 12.
  • the fluorescent substance existing inside the subject A is excited and emits fluorescence, and a part of the generated fluorescence emitted from the surface of the subject A is partially emitted.
  • the light is condensed by the objective lens 12.
  • the white light condensed by the objective lens 12 passes through the dichroic mirror 13 and is condensed by the condenser lens 15 and is photographed by the white light CCD 17.
  • the fluorescence condensed by the objective lens 12 is reflected by the dichroic mirror 13, condensed by the condenser lens 14, and photographed by the fluorescence CCD 16. Thereby, a white light image signal and a fluorescence image signal are acquired (step S2).
  • the white light image signal and the fluorescence image signal are respectively sent to the white light image generation unit 20 and the fluorescence image generation unit 19 of the image processing unit 5, and a white light image WL ij and a fluorescence image FL ij are generated. Then, the generated white light image WL ij and fluorescent image FL ij are sent to the image correction unit 21 to obtain the corrected white light image WL ′ ij and fluorescent image FL ′ ij (Step S3, S4).
  • the corrected white light image WL ′ ij and the fluorescent image FL ′ ij are sent to the image normalization unit 22 so that the corrected fluorescent image FL ′ ij is divided by the corrected white light image WL ′ ij .
  • the normalized fluorescent image FL ′ ij / WL ′ ij is acquired (step S5).
  • the fluorescent image FL ′ ij / WL ′ ij is sent to the image composition unit 23, where it is synthesized with the white light image WL ij (step S6) and displayed on the monitor 6 (step S7).
  • a fluorescence image and a white light image acquired separately using the condensing lenses 14 and 15 having different light distribution characteristics are acquired. Since the correction is performed by dividing by the light distribution characteristics of the condenser lenses 14 and 15 used for the purpose, the fluorescence image can be normalized by the fluorescence image and the white light image in which the influence of the light distribution characteristics is reduced, There is an advantage that the subject A can be observed with a normalized fluorescent image with higher quantitativeness.
  • the light distribution characteristics of the condensing lenses 14 and 15 are stored separately, and the condensing lens 14 used to acquire the acquired fluorescent image and white light image respectively. 15, and the corrected fluorescent image is normalized with the corrected white light image.
  • the method shown in FIGS. 4 and 5 may be adopted. Good.
  • the image correction unit 21 stores W / F as a correction coefficient, and the white light image WL ij generated by the white light image generation unit 20 is divided by the correction coefficient W / F.
  • the corrected white light image WL ′′ ij is calculated.
  • the image normalization unit 22 corrects the fluorescent light image FL ij generated by the fluorescent image generation unit 19. Divide by ij .
  • the fluorescent image correction step S4 existing in the flowchart of FIG. 3 can be omitted, and the calculation amount can be reduced and the processing can be speeded up.
  • the image correction unit 21 stores F / W as a correction coefficient
  • the fluorescent image is corrected with the correction coefficient
  • the corrected fluorescent image is generated by the white light image generation unit 20. It is good also as dividing by the white-light image which was made.
  • the fluorescent image is normalized using the corrected image.
  • Image processing may be performed as shown in FIG. That is, the order of the image normalization unit 22 and the image correction unit 21 is switched.
  • the fluorescent image FL ij generated by the fluorescent image generation unit 19 is generated by the white light image generation unit 20.
  • correction is performed by multiplying the normalized fluorescent image FL ij / WL ij by the correction coefficient W / F (step S8). Accordingly, the standardized fluorescent image FL ′ ij / WL ′ ij similar to the above can be quickly acquired with a small amount of calculation.
  • the white light image is adopted as the return light image used for standardizing the fluorescent image.
  • the same irradiation as the fluorescent image such as an excitation light image and an autofluorescence image, is used. Any other image acquired for the range may be employed.
  • the image correction unit 21 stores the correction coefficient
  • a storage unit (light distribution characteristic information storage unit, not shown) is provided separately from the image correction unit 21, and the image correction unit 21 is stored in the storage unit. The image may be corrected using the stored correction coefficient.
  • the image correction unit 21 stores a correction coefficient having a ratio obtained by dividing the light distribution characteristic by a representative gradation value
  • the light distribution characteristic itself is stored as a correction coefficient instead. May be.

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Abstract

被写体（Ａ）に照明光および励起光を照射する照明部（３）と、励起光の照射により被写体（Ａ）において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光画像取得部（１６）と、照明光の照射により被写体（Ａ）から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部（１７）と、これら画像取得部（１６，１７）に備えられる光学系（１４，１５）の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部（２１）と、この配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている配光特性を一致させるように、蛍光画像または戻り光画像の少なくとも一方を補正する画像補正部（２１）と、補正後の蛍光画像および戻り光画像を用いて、蛍光画像を戻り光画像により規格化する画像規格化部（２２）とを備える蛍光観察装置（１）を提供する。

Description

蛍光観察装置
　本発明は、蛍光観察装置に関するものである。
　従来、観察対象に対して励起光を照射し、観察対象において発生する蛍光を検出するとともに、観察対象表面における励起光の反射光をも検出し、検出された反射光強度によって蛍光強度を除算することにより規格化する蛍光測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　この蛍光測定装置によれば、励起光の射出端と観察対象との距離や角度の変動によって、発生する蛍光が変動してもこれを規格化して、距離や角度の影響を低減し、蛍光観察の定量性を向上させることができる。
特開昭６２－２４７２３２号公報
　しかしながら、特許文献１の蛍光測定装置の場合、励起光と該励起光によって発生する蛍光とではその強度が大きく相違し、鮮明な蛍光画像を取得するためにはカメラに入射する励起光を遮断する必要がある。また、微細な蛍光を撮影するために、明るいレンズ特性を有するカメラによって撮影する必要がある。また、強度の高い励起光の反射光については、蛍光画像取得用のカメラとは異なる高解像度のカメラによって撮影する必要がある。
　その結果、異なるカメラの異なるレンズ特性によって、２つのカメラの各撮像面に入射される光の配光特性が相違することとなり、特許文献１のように蛍光強度を励起光強度によって除算するだけでは、精度よく規格化を行うことはできず、定量的な蛍光観察を精度よく行うことができないという不都合がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、レンズ特性の異なるカメラによって取得された蛍光画像と戻り光画像とを用いて、蛍光画像を精度よく規格化し、定量性の高い蛍光観察を行うことができる蛍光観察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、被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、該照明部からの励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、該配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、蛍光画像または戻り光画像の少なくとも一方を補正する画像補正部と、該画像補正部による補正後の蛍光画像および戻り光画像を用いて、蛍光画像を戻り光画像により規格化する画像規格化部とを備える蛍光観察装置を提供する。
　本発明によれば、照明部からの励起光が被写体に照射されることにより、被写体において発生した蛍光が蛍光画像取得部により撮影されて蛍光画像が取得される一方、照明部からの照明光が被写体に照射されることにより、被写体から戻る戻り光が戻り光画像取得部により撮影されて戻り光画像が取得される。蛍光画像取得部および戻り光画像取得部には、その目的の相違から異なる配光特性を有する光学系が備えられており、各光学系の配光特性に関する情報は配光特性情報記憶部に記憶されている。
　そして、画像補正部において、この配光特性情報記憶部に記憶されている配光特性に関する情報が用いられて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている配光特性を一致させるように蛍光画像または戻り光画像の少なくとも一方が補正される。
　このようにして補正された蛍光画像および戻り光画像を用いて、蛍光画像を戻り光画像で規格化することにより、規格化された蛍光画像からは配光特性の相違による影響が除去されており、より定量性の高い観察を行うことができる。
　上記発明においては、前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部および前記戻り光画像取得部に備えられる両方の光学系の配光特性をそれぞれ記憶し、前記画像補正部が、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって蛍光画像を除算し、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって戻り光画像を除算してもよい。
　このようにすることで、蛍光画像の規格化に用いられる蛍光画像および戻り光画像から、それぞれの画像に含まれる光学系の配光特性の影響が除去されるので、規格化された蛍光画像からは配光特性の相違による影響が除去されており、より定量性の高い観察を行うことができる。
　また、上記発明においては、前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、前記画像補正部が、前記配光特性比により蛍光画像を除算してもよい。
　また、上記発明においては、前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、前記画像補正部が、前記配光特性比により戻り光画像を除算してもよい。
　このようにすることで、配光特性比の使用により、画像補正部における画像の補正回数を減らすことができ、規格化された蛍光画像から、配光特性の相違による影響を短い処理時間で除去することができ、より定量性の高い観察を行うことができる。
　また、本発明は、被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、該照明部からの励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、前記戻り光画像取得部により取得された戻り光画像を用いて前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像を規格化する画像規格化部と、前記配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、前記画像規格化部により規格化された蛍光画像を補正する画像補正部とを備える蛍光観察装置を提供する。
　本発明によれば、レンズ特性の異なるカメラによって取得された蛍光画像と照射光画像とを用いて、蛍光画像を精度よく規格化し、定量性の高い蛍光観察を行うことができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置を示す全体構成図である。 図１の蛍光観察装置に備えられる集光レンズの配光特性の一例を示す図であり、（ａ）蛍光用の集光レンズ、（ｂ）白色光用の集光レンズの配光特性をそれぞれ示す図である。 図１の蛍光観察装置を用いた被写体の蛍光観察手順を示すフローチャートである。 図１の蛍光観察装置の第１の変形例を示す全体構成図である。 図４の蛍光観察装置を用いた被写体の蛍光観察手順を示すフローチャートである。 図１の蛍光観察装置の第２の変形例を示す全体構成図である。 図６の蛍光観察装置を用いた被写体の蛍光観察手順を示すフローチャートである。
　本発明の一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は、図１に示されるように、内視鏡装置であって、体腔内に挿入される挿入部２と、該挿入部２の先端面２ａに対向して配置される生体組織（以下、被写体という。）Ａに対して白色光（照明光）および励起光を照射する照明部３と、被写体Ａの蛍光画像信号および白色光画像信号を取得する画像取得部４と、該画像取得部４により取得された画像信号を処理する画像処理部５と、画像処理部５により生成された画像を表示するモニタ６とを備えている。
　照明部３は、キセノンランプ７と、フィルタ８と、カップリングレンズ９と、ライトガイドファイバ１０と、照明光学系１１とを備えている。フィルタ８は、モータ８ａにより回転させられるターレット８ｂに周方向に並んで配列された、白色光の波長帯域（例えば、４００～６５０ｎｍ）を透過させる白色光フィルタ８ｃと、励起光の波長帯域（例えば、６５０～７５０ｎｍ）の光を透過する励起光フィルタ８ｄとを備えている。
　カップリングレンズ９は、フィルタ８を透過した白色光および励起光を集光してライトガイドファイバ１０の端部に入射させるようになっている。ライトガイドファイバ１０は、挿入部２の基端から先端まで全長にわたって配置され、白色光および励起光を挿入部２の先端面２ａまで導光するようになっている。照明光学系１１は、ライトガイドファイバ１０により導光された白色光および励起光を拡散させて、被写体Ａに向けて照射するようになっている。
　画像取得部４は、挿入部２の先端に配置され、被写体Ａにおいて発生した蛍光および被写体からの白色光の戻り光を集光する対物レンズ１２と、該対物レンズ１２により集光された光を蛍光と白色光とに分岐するダイクロイックミラー１３と、該ダイクロイックミラー１３によって分岐された蛍光および白色光をそれぞれ集光する集光レンズ１４，１５と、該集光レンズ１４により集光された蛍光を撮影する蛍光用ＣＣＤ（蛍光画像取得部）１６と、集光レンズ１５により集光された白色光を撮影する白色光用ＣＣＤ（戻り光画像取得部）１７とを備えている。図中、符号１８は蛍光用ＣＣＤ１６への励起光の入射を遮断する励起光カットフィルタである。
　微弱な蛍光を集光して明るい蛍光画像を取得するための集光レンズ１４と、白色光を集光して鮮明な白色光画像を取得するための集光レンズ１５とは、その目的から異なる配光特性を有している。集光レンズ１４，１５の配光特性は、例えば、図２に示される通りである。
　図２（ａ），（ｂ）に配光特性の一例を示している。これらの配光特性は、蛍光色素を均一に含有し生体組織に似た光学特性を有する標準試料に対して、励起光および白色光を照射することにより取得された蛍光画像および白色光画像における同一直線上の階調値分布である。
　図２（ａ）は、励起光の照射範囲の一直線上に沿う集光レンズ１４の配光特性の一例を示している。上記直線の端部における蛍光の階調値をＦＬ０とし、標準試料の直線上の任意の位置における蛍光の輝度値をＦＬｓｉｊとして示している。ここで添字ｉ，ｊは、蛍光画像の直交する２方向の画素位置を示す自然数である。
　図２（ｂ）は、白色光の照射範囲の上記直線上に沿う集光レンズ１５の配光特性の一例を示している。上記直線の端部における蛍光の輝度値をＷＬ０とし、標準試料の直線上の任意の位置における蛍光の輝度値をＷＬｓｉｊとして示している。ここで添字ｉ，ｊは、白色光画像の直交する２方向の画素位置を示す自然数である。
　画像処理部５は、蛍光用ＣＣＤ１６により取得された蛍光画像信号を処理して蛍光画像を生成する蛍光画像生成部１９と、白色光用ＣＣＤ１７により取得された白色光画像信号を処理して白色光画像を生成する白色光画像生成部２０と、生成された蛍光画像および白色光画像を補正する画像補正部２１と、補正後の蛍光画像および補正後の白色光画像を用いて、白色光画像により蛍光画像を規格化する画像規格化部２２と、規格化された蛍光画像と白色光画像とを合成する画像合成部２３とを備えている。
　画像補正部２１は、蛍光画像の補正係数と白色光画像の補正係数とをそれぞれ記憶している。補正係数は、標準試料を用いた各集光レンズ１４，１５の配光特性ＦＬｓｉｊ，ＷＬｓｉｊを、代表的な共通の画素位置における階調値ＦＬ０，ＷＬ０によって除算した比率Ｆｉｊ＝ＦＬｓｉｊ／ＦＬ０，Ｗｉｊ＝ＷＬｓｉｊ／ＷＬ０として算出されている。
　そして、画像補正部２１は、被写体Ａに対して励起光および白色光を照射して得られた蛍光画像および白色光画像の各画素位置における階調値ＦＬｉｊ，ＷＬｉｊを、記憶している補正係数Ｆ，Ｗによってそれぞれ除算することにより、補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊおよび補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊを算出するようになっている。
　画像補正部２１において補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊおよび補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊは、画像規格化部２２に送られて、補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊが補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊによって除算されることにより規格化された蛍光画像が取得される。取得された規格化蛍光画像は、画像合成部において白色光画像と合成され、モニタ６に出力され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を用いて被写体Ａの蛍光観察を行うには、キセノンランプを作動させて発生させた照明光を、フィルタのモータを作動させてターレットを回転させることにより、白色光フィルタ８ｃおよび励起光フィルタ８ｄに順次透過させる。
　図１および図３に示されるように、白色光フィルタ８ｃを透過した白色光および励起光フィルタ８ｄを透過した励起光は、順次カップリングレンズによってライトガイドファイバ１０の端面に入射され、挿入部２の先端面２ａまで導光されて、照明光学系１１によって被写体Ａの表面に照射される（ステップＳ１）。
　被写体Ａの表面に照射された白色光は表面において反射して対物レンズ１２により集光される。一方、被写体Ａに励起光が照射されると、被写体Ａ内部に存在している蛍光物質が励起されて蛍光が発せられ、発生した蛍光の内、被写体Ａの表面から放出されたものの一部が、対物レンズ１２により集光される。
　対物レンズ１２により集光された白色光は、ダイクロイックミラー１３を透過して集光レンズ１５により集光され、白色光用ＣＣＤ１７により撮影される。一方、対物レンズ１２により集光された蛍光は、ダイクロイックミラー１３によって反射されて集光レンズ１４によって集光され、蛍光用ＣＣＤ１６により撮影される。これにより、白色光画像信号および蛍光画像信号が取得される（ステップＳ２）。
　これら、白色光画像信号および蛍光画像信号はそれぞれ画像処理部５の白色光画像生成部２０および蛍光画像生成部１９に送られ、白色光画像ＷＬｉｊおよび蛍光画像ＦＬｉｊが生成される。そして、生成された白色光画像ＷＬｉｊおよび蛍光画像ＦＬｉｊは、画像補正部２１に送られることにより、補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊおよび蛍光画像ＦＬ’ｉｊが取得される（ステップＳ３、Ｓ４）。
　補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊおよび蛍光画像ＦＬ’ｉｊは画像規格化部２２に送られることにより、補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊが補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊによって除算されることにより、規格化された蛍光画像ＦＬ’ｉｊ／ＷＬ’ｉｊが取得される（ステップＳ５）。そして、蛍光画像ＦＬ’ｉｊ／ＷＬ’ｉｊは画像合成部２３に送られ、そこで、白色光画像ＷＬｉｊと合成され（ステップＳ６）、モニタ６に表示される（ステップＳ７）。
　このように、本実施形態に係る蛍光観察装置１によれば、配光特性の異なる集光レンズ１４，１５を用いて別個に取得された蛍光画像と白色光画像とを、それぞれの画像を取得するために用いた集光レンズ１４，１５の配光特性によって除算することにより補正するので、配光特性の影響を低減した蛍光画像と白色光画像とによって蛍光画像を規格化することができ、定量性のより高い規格化蛍光画像によって被写体Ａを観察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、集光レンズ１４，１５の配光特性を別々に記憶しておき、取得された蛍光画像および白色光画像をそれぞれの画像を取得するために用いた集光レンズ１４，１５の配光特性によって補正し、補正後の蛍光画像を補正後の白色光画像で規格化することとしたが、これに代えて、図４および図５に示される方法を採用してもよい。
　すなわち、図４に示す例では、画像補正部２１が補正係数として、Ｗ／Ｆを記憶しており、白色光画像生成部２０によって生成された白色光画像ＷＬｉｊを補正係数Ｗ／Ｆで除算することにより、補正された白色光画像ＷＬ”ｉｊを算出している。そして、画像規格化部２２が、蛍光画像生成部１９により生成された蛍光画像ＦＬｉｊを補正された白色光画像ＷＬ”ｉｊによって除算することとしている。
　これにより、図１と同様に規格化された蛍光画像を取得することができる。この場合に、図５に示されるように、図３のフローチャートに存在していた蛍光画像の補正ステップＳ４を省略することができ、計算量を低減して、処理を迅速化することができるという利点がある。
　また、これとは逆に、画像補正部２１が補正係数としてＦ／Ｗを記憶しておくことにより、蛍光画像を補正係数で補正し、補正された蛍光画像を白色光画像生成部２０で生成された白色光画像によって除算することとしてもよい。
　また、上記実施形態においては、蛍光画像および白色光画像の少なくとも一方を補正係数によって補正した後に、補正後の画像を用いて蛍光画像の規格化を行ったが、これに代えて、図６および図７に示されるように画像処理してもよい。
　すなわち、画像規格化部２２と画像補正部２１との順序を入れ替え、最初に、画像規格化部２２において、蛍光画像生成部１９で生成された蛍光画像ＦＬｉｊを白色光画像生成部２０で生成された白色光画像ＷＬｉｊによって規格化した（ステップＳ５）後に、規格化蛍光画像ＦＬｉｊ／ＷＬｉｊに補正係数Ｗ／Ｆを乗算することにより補正する（ステップＳ８）。これにより、少ない演算量で、上記と同様の規格化された蛍光画像ＦＬ’ｉｊ／ＷＬ’ｉｊを迅速に取得することができる。
　また、本実施形態においては、蛍光画像を規格化するために使用する戻り光画像として白色光画像を採用したが、これに代えて、励起光画像、自家蛍光画像等、蛍光画像と同一の照射範囲について取得される他の任意の画像を採用してもよい。
　また、画像補正部２１が補正係数を記憶することとしたが、画像補正部２１とは別に記憶部（配光特性情報記憶部、図示略）を設け、画像補正部２１が、その記憶部に記憶されている補正係数を用いて画像の補正を行うこととしてもよい。
　また、画像補正部２１に配光特性を代表的な階調値で除算した比率からなる補正係数を記憶することとしたが、これに代えて、配光特性自体を補正係数として記憶しておいてもよい。
　Ａ　被写体
　１　蛍光観察装置
　３　照明部
　１４，１５　集光レンズ（光学系）
　１６　蛍光用ＣＣＤ（蛍光画像取得部）
　１７　白色光用ＣＣＤ（戻り光画像取得部）
　２１　画像補正部（配光特性情報記憶部）
　２２　画像規格化部

Claims (5)

  1. 　被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、
    　該照明部からの励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、
    　前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、
    　これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、
    　該配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、蛍光画像または戻り光画像の少なくとも一方を補正する画像補正部と、
    　該画像補正部による補正後の蛍光画像および戻り光画像を用いて、蛍光画像を戻り光画像により規格化する画像規格化部とを備える蛍光観察装置。
  2. 　前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部および前記戻り光画像取得部に備えられる両方の光学系の配光特性をそれぞれ記憶し、
    　前記画像補正部が、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって蛍光画像を除算し、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって戻り光画像を除算する請求項１に記載の蛍光観察装置。
  3. 　前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、
    　前記画像補正部が、前記配光特性比により蛍光画像を除算する請求項１に記載の蛍光観察装置。
  4. 　前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、
    　前記画像補正部が、前記配光特性比により戻り光画像を除算する請求項１に記載の蛍光観察装置。
  5. 　被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、
    　該照明部からの励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、
    　前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、
    　これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、
    　前記戻り光画像取得部により取得された戻り光画像を用いて前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像を規格化する画像規格化部と、
    　前記配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、前記画像規格化部により規格化された蛍光画像を補正する画像補正部とを備える蛍光観察装置。
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