WO2017146184A1

WO2017146184A1 - レーザ内視鏡装置

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Publication number: WO2017146184A1
Application number: PCT/JP2017/006962
Authority: WO
Inventors: 明溝口; 光司田中; 裕二問山; 匡介田中; 淑杰王; 愛加垣内; 煌植崔; 一志木村
Original assignee: 国立大学法人三重大学
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2017-08-31
Also published as: JPWO2017146184A1; EP3420885A1; US11140318B2; US20210227133A1; EP3420885B1; EP3420885A4; CN108697315A; CN108697315B; JP6738100B2

Abstract

消化管（１１２）の内部に挿入される撮像ヘッド（１１）を有し、撮像ヘッド（１１）を介して消化管（１１２）にレーザを当てることで生体を撮像する撮像部（１０）と、撮像ヘッド（１１）を消化管（１１２）の内部にて移動するように制御する制御部（５０）と、撮像部（１０）により撮像した画像を処理する画像処理部（７０）とを備え、撮像部（１０）は、撮像ヘッド（１１）の移動に伴って撮像する複数の撮像領域（Ｐ）を、隣り合う撮像領域（Ｐ１、Ｐ２）の一部が重なるように撮像し、画像処理部（７０）は、複数の撮像領域（Ｐ１、Ｐ２）の重なった領域（Ｐａ）を互いに重ね合わせて合成画像を生成する。

Description

レーザ内視鏡装置

　本発明は、生体内部を撮像するレーザ内視鏡装置に関する。

　近年、生体内部（例えば消化管）の病変を確認する方法として、生体内部に内視鏡を挿入し、がん細胞などの病変の有無を確認する方法が知られている。

　その一例として、特許文献１には、生体内部にある所定の細胞群を染色した後、染色した細胞群に多光子レーザを当て、生体内部の細胞形態を撮像する方法が記載されている。この方法によれば、染色された細胞群が多光子レーザを当てることで蛍光を発生するので、生体内部の細胞形態の鮮明な画像を得ることができる。これにより、がん細胞などの病変の有無を的確に確認することができる。

国際公開第２０１４／１５７７０３号

　しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、得られた画像が生体内部の局所的な領域を撮像したものなので、撮像した領域内でしか病変の有無を確認することができない。また、検査を受ける者の立場からすれば、撮像した領域以外における病変の有無を把握することができず不安が残る。

　本発明は、上述した課題を解決するものであり、生体の内部の細胞形態を広範囲に漏れなく撮像することができるレーザ内視鏡装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ内視鏡装置は、生体の内部に挿入される撮像ヘッドを有し、前記撮像ヘッドを介して前記生体にレーザを当てることで前記生体を撮像する撮像部と、前記撮像ヘッドを前記生体の内部にて移動するように制御する制御部と、前記撮像部により撮像した画像を処理する画像処理部とを備え、前記撮像部は、前記撮像ヘッドの移動に伴って撮像する複数の撮像領域を、隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせて合成画像を生成する。

　本態様によれば、生体の内部の細胞形態を広範囲で漏れなく撮像することができる。

　例えば、前記撮像部は、前記生体の内部の粘膜表面から１０μｍ以上１０００μｍ以下の深さのうち、所定深さにおける前記撮像領域を撮像し、前記画像処理部は、前記所定深さにおける前記合成画像を生成してもよい。

　本態様によれば、粘膜表面から１０μｍ以上１０００μｍ以下の所定深さにおける生体の内部の細胞形態を広範囲で漏れなく撮像することができる。

　例えば、前記制御部は、前記撮像ヘッドが前記生体に対して一定距離を保った状態で走査するように、前記撮像ヘッドを移動制御してもよい。

　本態様によれば、撮像で得られる複数の画像の品質が安定し、複数の画像を合成した場合にムラの少ない合成画像を得ることができる。

　例えば、前記撮像ヘッドは、前記生体に対向して配置される対物レンズと、前記対物レンズと前記生体との間の空間の周囲に設けられるスペーサとを有し、前記制御部は、前記スペーサが前記生体に当接するように前記撮像ヘッドを移動制御することで、前記一定距離を維持してもよい。

　本態様によれば、生体と対物レンズとの距離が一定になり、レンズのピント合わせを高精度に行うことができるので、鮮明な画像を得ることができる。

　例えば、前記生体は、消化管であり、前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の内周に沿って移動するように制御し、前記撮像部は、前記撮像ヘッドの移動に伴って撮像する複数の撮像領域を、周方向に隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせてパノラマ画像を生成してもよい。

　本態様によれば、パノラマ画像により、消化管の内壁の状態を網羅的に把握することができる。

　例えば、前記生体は、消化管であり、前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の軸を中心に回転するように制御し、前記撮像部は、前記撮像ヘッドの回転に伴って撮像する複数の撮像領域を、回転方向に隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせてパノラマ画像を生成してもよい。

　例えば、前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の軸を中心に公転するように制御してもよい。

　本態様によれば、撮像領域と消化管内壁の位置とを対応づけしながら、漏れなく撮像することができる。

　例えば、前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の軸を中心に螺旋方向に移動するように制御してもよい。

　本態様によれば、消化管の内壁を連続的に短時間で撮像することができる。

　例えば、前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の管路方向に沿って移動するように制御し、前記撮像部は、前記撮像ヘッドの移動に伴って撮像する複数の撮像領域を、前記管路方向に隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせて前記パノラマ画像を生成してもよい。

　本態様によれば、消化管の管路方向における病変の存在する位置（座標）を把握することができる。

　例えば、前記撮像ヘッドは、対物レンズと、前記対物レンズの焦点位置を前記生体の細胞表面より深さ方向に変えることのできる焦点可変部とを有し、前記制御部は、前記焦点可変部を作動させることで、前記焦点位置を変え、前記撮像部は、前記焦点位置の変更に伴って深さの異なる複数の撮像領域を撮像し、前記画像処理部は、前記撮像部の撮像により得られた複数の画像を前記焦点位置に対応させて配置することで、前記生体の内部の立体画像を得る。

　本態様によれば、所定深さにおける生体内部の細胞形態を把握することができる。

　例えば、前記制御部は、前記焦点位置を第１のピッチで変更させる第１の焦点可変モードと、前記第１のピッチよりも小さいピッチである第２のピッチで前記焦点位置を変更させる第２の焦点可変モードとを有し、前記第１の焦点可変モードにおいて前記撮像を行った後、前記撮像により得た画像の中に病変の疑いがある部分が存在する場合に、前記病変の疑いがある部分の画像を撮像した際の焦点位置の近辺において、前記第２の焦点可変モードで前記撮像を行ってもよい。

　本態様によれば、撮像時間を短縮しつつ網羅的な撮像を行うことができる。

　例えば、前記制御部は、病変がない状態にある正常細胞の画像を予め記憶し、前記第１の焦点可変モードで得た画像と前記正常細胞の画像とを、形状および明るさのうちの少なくとも一方について比較し、前記病変の疑いを判断してもよい。

　本態様によれば、病変の疑いを短時間で客観的に判断することができる。

　例えば、前記制御部は、前記撮像部により得られた画像の中に病変した細胞が存在する場合に、撮像時よりも前記レーザの出力を上げ、前記病変した細胞に前記出力を上げたレーザを当て、前記病変した細胞を除去してもよい。

　本態様によれば、病変した細胞を早期にかつ確実に除去することができる。

　例えば、前記レーザは、多光子レーザであってもよい。

　本態様によれば、生体内部における表面から深さ約１ｍｍまでの組織細胞を確実に撮像することができる。

　例えば、さらに、前記生体の内部の細胞群を選択的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、前記撮像部は、前記染色剤供給部により染色された前記細胞群を撮像してもよい。

　本態様によれば、染色された細胞群の鮮明な画像を得ることができる。

　例えば、さらに、前記生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、前記撮像部は、前記染色剤供給部により２色以上に染色された前記細胞群を撮像してもよい。

　本態様によれば、２色以上に染色された細胞群の鮮明な画像を得ることができる。また、例えば、消化管の内壁における複数の組織を一つの画像内で同時に確認することができる。

　また、本発明の一態様に係るレーザ内視鏡装置は、生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部と、前記染色剤供給部により染色された前記細胞群にレーザを当てることで前記細胞群を撮像する撮像部とを備える。

　本態様によれば、２色以上に染色された細胞群の鮮明な画像を得ることができる。また、例えば、消化管の内壁における複数の組織細胞を一つの画像内で同時に確認することができる。

　例えば、前記染色剤は、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類およびアシッドレッド（ＡｃｉｄＲｅｄ）の両方を含む染色剤、または、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類を含む染色剤とアシッドレッド（ＡｃｉｄＲｅｄ）を含む染色剤とによる２つの染色剤であってもよい。

　本態様によれば、生体内部の細胞群を確実に２色に染色することができ、鮮明な画像を得ることができる。

　例えば、前記染色剤は、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類およびファストグリーンＦＣＦ（ＦａｓｔＧｒｅｅｎＦＣＦ）の両方を含む染色剤、または、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類を含む染色剤とファストグリーンＦＣＦ（ＦａｓｔＧｒｅｅｎＦＣＦ）を含む染色剤とによる２つの染色剤であってもよい。

　また、本発明の一態様に係るレーザ内視鏡装置は、生体の内部の細胞群のうち、がん細胞の周辺に位置する前記がん細胞以外のがん細胞周辺細胞群を特異的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部と、前記染色剤供給部により染色された前記生体内部の細胞群にレーザを当てることで前記がん細胞周辺細胞群を視覚的に判別できる画像を撮像する撮像部とを備える。

　本態様によれば、がん細胞の周辺に位置するがん細胞周辺細胞群の鮮明な画像を得ることができる。

　例えば、前記染色剤は、ローズベンガル（ＲｏｓｅＢｅｎｇａｌ）を含む染色剤であってもよい。

　本態様によれば、がん細胞の周辺に位置するがん細胞周辺細胞群の鮮明な画像を確実に得ることができる。

　本発明の一態様に係るレーザ内視鏡装置は、生体の内部に挿入される撮像ヘッドを有し、前記撮像ヘッドを介して前記生体にレーザを当てることで前記生体を撮像する撮像部と、前記撮像ヘッドの作動を制御する制御部とを備え、前記撮像ヘッドは、対物レンズと、前記対物レンズの焦点位置を前記生体の細胞表面より深さ方向に変えることのできる焦点可変部とを有し、前記制御部は、前記焦点可変部を作動させることで、前記焦点位置を変え、前記撮像部は、前記焦点位置の変更に伴って生体の内部の粘膜表面から深さの異なる複数の撮像領域を撮像する。

　例えば、前記撮像部は、前記生体の内部の粘膜表面から０μｍ以上１０００μｍ以下の深さのうち、所定範囲の深さにおける前記撮像領域を撮像し、撮像した画像と前記深さ情報を対応させて記憶し、前記撮像部により撮像した画像を処理する画像処理部を備え、前記画像処理部は、前記撮像部の撮像により得られた複数の画像を前記焦点位置に対応させて配置することで、前記生体の内部の立体画像を生成してもよい。

　本態様によれば、粘膜表面から０μｍ以上１０００μｍ以下の深さにおける生体内部の細胞形態を把握することができる。

　さらに、前記生体の内部の細胞群を選択的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、前記撮像部は、前記染色剤供給部により染色された前記細胞群を撮像してもよい。

　さらに、前記生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、前記撮像部は、前記染色剤供給部により２色以上に染色された前記細胞群を撮像してもよい。

　さらに、生体の内部の細胞群のうち、がん細胞の周辺に位置する前記がん細胞以外のがん細胞周辺細胞群を特異的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、前記撮像部は、前記染色剤供給部により染色された前記がん細胞周辺細胞群を撮像してもよい。

　例えば、前記画像処理部は、前記複数の画像を、前記染色された前記細胞群を含む位置で切断することで、前記染色された前記細胞群の断面画像を生成し、前記制御部は、前記断面画像に表わされた前記細胞群が染色されている深さに基づいて、病変の疑いを判断してもよい。

　本態様によれば、病変の疑いを客観的に判断することができる。

　本発明によれば、生体の内部の細胞形態を広範囲に漏れなく撮像することができるレーザ内視鏡装置を提供することができる。

　また、本発明の主要構成によれば、病変が小さすぎて現行内視鏡ではその存在にさえ気づかない超早期がん（直径０．２ｍｍ～１ｍｍ）のような微細病変を、偶然にではなく、広範囲にわたって網羅的に検出することが可能となる。

図１は、消化管の一例である大腸の細胞の配列を示す模式図図２は、消化管に発生するがん細胞を模式的に示す図図３は、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管の内壁を撮像する様子を示す模式図図４は、クルクミンを含む染色剤で上皮細胞および腺細胞を染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて上皮細胞および腺細胞等を撮像した場合の画像図５は、アシッドレッドを含む染色剤で毛細血管および結合組織を染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて毛細血管および結合組織等を撮像した場合の画像図６は、クルクミンを含む染色剤とアシッドレッドを含む染色剤とで消化管の内壁を二重染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管の内壁を撮像した場合の画像図７は、ローズベンガルを含む染色剤で消化管の内壁を染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管の内壁を撮像した場合の画像図８は、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管の内壁を全周性に撮像する様子を示す模式図図９は、アシッドレッドを含む染色剤で染色した消化管の内壁の合成画像図１０Ａは、クルクミンを含む染色剤とアシッドレッドを含む染色剤で染色した消化管の内壁の合成画像図１０Ｂは、消化管内壁のパノラマ画像を立体再構築した一例を示す図図１１は、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置において、消化管内に挿入管を挿入した後の状態を示す図図１２は、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置において、染色剤を供給するための染色剤供給部の一例を示す図図１３の（ａ）は、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置を用いて消化管の内壁を平坦化する様子を示す図であり、図１３の（ｂ）はレーザ内視鏡装置の先端側の端部を示す模式図図１４は、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置における内視鏡の全体を示す概略図図１５は、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置の制御構成を示すブロック図図１６は、実施の形態１に係るレーザ顕微鏡を用いて消化管の内壁を撮像する様子を示す模式図図１７Ａは、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置の動作を説明する図図１７Ｂは、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置の動作を説明する図図１７Ｃは、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置の動作を説明する図図１７Ｄは、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置の動作を説明する図図１７Ｅは、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置の動作を説明する図図１８は、レーザ内視鏡装置の動作の一例を示すフローチャート図１９は、実施の形態１の変形例１におけるレーザ内視鏡装置を用いてパノラマ画像を生成する模式図図２０は、実施の形態１の変形例２におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２１は、実施の形態１の変形例３におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２２は、実施の形態１の変形例４におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２３は、実施の形態１の変形例５におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２４は、実施の形態１の変形例６におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２５は、実施の形態１の変形例７におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２６は、実施の形態１の変形例８におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２７は、実施の形態１の変形例９におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図２８は、実施の形態１の変形例１０におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を染色する模式図図２９は、実施の形態１の変形例１１におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図３０は、実施の形態１の変形例１２におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図３１は、実施の形態１の変形例１２におけるレーザ内視鏡装置を用いて生体内部を撮像する模式図図３２Ａは、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管の内壁を全周性に撮像する様子を示す模式図図３２Ｂは、内壁面（粘膜表面）から深さ５０μｍの位置における細胞形態を示すパノラマ画像図３３は、実施の形態２に係るレーザ内視鏡装置の内視鏡を示す図図３４Ａは、内壁面（粘膜表面）から所定範囲の深さにおける細胞形態を示す３次元データ画像であって、クルクミン色素およびアシッドレッド色素の両方の色素によって染色された色領域を抽出した画像図３４Ｂは、内壁面（粘膜表面）から所定範囲の深さにおける細胞形態を示す３次元データ画像であって、クルクミン色素によって染色された色領域を抽出した画像図３４Ｃは、内壁面（粘膜表面）から所定範囲の深さにおける細胞形態を示す３次元データ画像であって、アシッドレッド色素によって染色された色領域を抽出した画像図３５は、実施の形態３に係るレーザ内視鏡装置の制御構成を示すブロック図図３６Ａは、内壁面（粘膜表面）から深さ５０μｍの位置における細胞形態を示す画像であって、クルクミン色素によって染色された色領域を抽出した画像図３６Ｂは、内壁面（粘膜表面）から深さ５０μｍの位置における細胞形態を示す画像であって、アシッドレッド色素によって染色された色領域を抽出した画像図３６Ｃは、内壁面（粘膜表面）から深さ５０μｍの位置における細胞形態を示す画像であって、クルクミン色素およびアシッドレッド色素の両方の色素によって染色された色領域を抽出した画像図３７は、クルクミン色素で染色した、胃のがん細胞群を示す図図３８は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）に垂直な方向から見て撮像した場合の画像図３９は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）に対して右斜め上側から撮像した場合の画像図４０は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）に対して左斜め上側から撮像した場合の画像図４１は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）に対して右斜め上側から撮像した場合の画像図４２は、溶解方法を至適化した染色剤にて染色された生体細胞を共焦点レーザ顕微鏡で撮像した画像であり、（ａ）は正常大腸粘膜、（ｂ）は大腸がんを示す画像図４３は、実施の形態４に係るレーザ内視鏡装置の内視鏡の先端側の端部を示す概略図図４４は、内視鏡の全体を示す概略図図４５は、レーザ内視鏡装置の制御構成を示すブロック図図４６は、無染色の状態の大腸粘膜内面を、共焦点レーザ顕微鏡を用いて撮影した画像図４７は、無染色の状態の大腸粘膜内面を、多光子レーザ顕微鏡を用いて撮影した画像

　（本発明の基礎となった知見１）
　本発明の基礎となった知見１、知見２、知見３、知見４、知見５および知見６のうち、まず、本発明の基礎となった知見１、および、知見１に関する発明の主要構成について説明する。

　まず、生体の内部構造とがん細胞との関係について説明する。

　生体の内部には、消化管、呼吸器、腎泌尿器、子宮卵巣生殖器などの臓器や、脳脊髄神経などが含まれている。消化管としては、食道、胃、小腸、大腸などが挙げられる。

　図１は、消化管１１２の一例である大腸の細胞の配列を示す模式図である。例えば、大腸の内壁は、粘液を分泌する腺１３０と、腺１３０よりも内壁面（粘膜表面）１１３側で食物に接して水分を吸収する上皮１２０とにより構成されている。上皮１２０は、内壁面１１３に沿って並んだ複数の上皮細胞１２１により構成されている。上皮細胞１２１は、核１２５と細胞質１２６を有している。腺１３０は、上皮１２０の一部がつぼ状に窪んだ形状をしている。腺１３０は、複数の腺細胞１３１により構成され、腺細胞１３１は、核１３５と細胞質１３６を有している。腺１３０が窪んだ部分は、腺１３０の陰窩（いんか）と呼ばれる。上皮細胞１２１の内側および腺細胞１３１の周囲には、基底膜１３７、毛細血管１３２および結合組織１３３が形成されている。上皮細胞１２１の表面には、腺１３０から分泌された薄い粘液層が形成されており、上皮細胞１２１はこの粘液層により保護されている。

　生体の内部構造における核１２５、１３５の大きさ、核１２５、１３５のそれぞれの並び方、核１３５から基底膜１３７までの距離は、がんなどの病理診断をする上で重要な判断要素となる。

　図２は、消化管１１２に発生するがん細胞集団１５２を模式的に示す図である。消化管１１２に発生する早期段階のがん細胞集団１５２は、一般的に、消化管１１２の内壁面（粘膜表面）１１３から深さ約１ｍｍ以内の位置にて発生すると言われている。粘膜筋板１６０に到達して超える前の状態である早期段階のがん細胞集団１５２を、広範囲にわたり漏れなく発見することができれば、粘膜筋板１６０を超えて拡大し他の臓器に転移を発生する状態である進行がんにつながるケースを少なくすることができる。

　今回、がん細胞集団１５２をはじめとする生体の内部の病変を把握する試みとして、発明者らは、多光子レーザ顕微鏡（オリンパス社製ＦＶ１０００ＭＰＥ）を用いて生体の内部の細胞形態を撮像した。多光子レーザ顕微鏡とは、多光子励起過程を利用した蛍光顕微鏡である。なお、生体としてはマウスを用いた。

　図３は、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管１１２の内壁を撮像する様子を示す模式図である。図３に示すように、多光子レーザ顕微鏡の対物レンズ１６は、撮像対象である消化管１１２の内壁にレーザＬを照射するため、消化管１１２の内壁面１１３に対向して配置される。

　主に上皮細胞１２１を撮像する場合は、対物レンズ１６の焦点が内壁面（粘膜表面）１１３に結ばれるように、対物レンズ１６を配置する。これにより、上皮細胞１２１等は、図３のａ－ａラインで切断した模式図である図３の（ａ）のように表れる。また、主に腺細胞１３１、毛細血管１３２および結合組織１３３を撮像する場合は、対物レンズ１６の焦点が内壁面（粘膜表面）１１３よりも１０μｍ以上深い位置に結ばれるように、対物レンズ１６を配置する。これにより、腺細胞１３１、毛細血管１３２および結合組織１３３は、図３のｂ－ｂラインで切断した模式図である図３の（ｂ）のように表れる。このように、多光子レーザ顕微鏡の対物レンズ１６の焦点位置を変えることで、消化管１１２における上皮細胞１２１、腺細胞１３１、毛細血管１３２および結合組織１３３を撮像することができる。

　また、発明者らは、多光子レーザ顕微鏡を用いて生体内部の細胞形態を撮像するにあたり、可食性の色素を含む染色剤を用いて生体（マウス）を有彩色に染色して撮像を行った。染色剤を用いることで、消化管１１２の上皮細胞１２１、腺細胞１３１、毛細血管１３２および結合組織１３３を選択的に染色することができる。なお、可食性の色素とは、自然色素または人工合成色素のうち、人への投与が許可されている色素（例えば食品着色用の色素）である。

　図４に示す画像は、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）を含む染色剤で上皮細胞１２１および腺細胞１３１を染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて上皮細胞１２１および腺細胞１３１等を撮像した場合の画像である。なお、レーザの波長は７８０ｎｍとし、対物レンズの倍率は（ａ）が１０倍、（ｂ）が２５倍とした。図５示す画像は、アシッドレッド（ＡｃｉｄＲｅｄ：赤色１０６号）を含む染色剤で毛細血管１３２および結合組織１３３を染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて毛細血管１３２および結合組織１３３等を撮像した場合の画像である。なお、レーザの波長は８４０ｎｍとし、対物レンズの倍率は、（ａ）が１０倍、（ｂ）が２５倍、（ｃ）が７５倍（２５倍でズーム３倍）とした。なお、クルクミンを含む染色剤としては、クルクミン溶液（原液５％）を生理食塩水で１／５～１／５０００希釈したものを用いることができ、染色時間はそれぞれ２～５分間程度である。図４は白黒であるが本来カラー画像であり、染色剤により、上皮および腺部分は緑の蛍光色に、毛細血管および結合組織は、蛍光色がなく暗い緑色に分離して表現することができる。この蛍光色は、実際の蛍光を視覚的に判断しやすい色に画像上で補正を行って表現している。

　図４および図５に示すように、染色剤を用いて生体の内部の細胞群を染色して撮像すると、鮮明な細胞群の画像を得ることができる。

　また、発明者らは、今回新たな試みとして、染色剤を用いて生体を染色するにあたり、２種類の染色剤を用いて各細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色し、撮像を行った。具体的には、クルクミンを含む染色剤、および、アシッドレッドを含む染色剤を用いて生体を染色した。以下、２つの染色剤を用いて生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色することを「二重染色」と呼ぶ。

　図６に示す画像は、クルクミンを含む染色剤とアシッドレッドを含む染色剤とで消化管１１２の内壁を二重染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管１１２の内壁を撮像した場合の画像である。そのうち、（ａ）は正常な消化管１１２を示す画像であり、（ｂ）は、早期段階の大腸のがん細胞集団１５２が形成された消化管１１２を示す画像である。なお、（ａ）に示す画像の倍率は、（ｂ）に示す画像の１．５倍の倍率で撮像したものである。

　なお、クルクミンを含む染色剤としては、クルクミン溶液（原液５％）を生理食塩水で１／１０希釈したものを用いた。アシッドレッドを含む染色剤としては、アシッドレッド溶液（原液１０ｍｇ／ｍＬ）をそのまま用いた。染色時間はそれぞれ２～５分間とした。ここでクルクミンを含む染色剤としては、クルクミン溶液（原液５％）を生理食塩水で１／５～１／５０００希釈したもの、アシッドレッドを含む染色剤としては、アシッドレッド溶液（原液１０ｍｇ／ｍＬ）をそのままの濃度１～１／１０００希釈した濃度でも染色をすることができる。

　図６の（ａ）に示すように、生体の内部の細胞群を二重染色した後、撮像することで、消化管１１２の内壁における上皮、腺、毛細血管または結合組織などの複数の組織を一つの画像内で同時に確認することができる。図６は白黒であるが本来カラー画像であり、染色剤による染色傾向の違いにより、上皮および腺部分は緑の蛍光色に、毛細血管および結合組織は薄い赤色からオレンジ色に近い蛍光色であり、１つの染色剤による染色の場合に比べて、より鮮明に上皮および腺部分と、毛細血管および結合組織を分離して表現することができる。このクルクミン溶液の染色による蛍光色は緑色に、アシッドレッド溶液の染色による蛍光色は赤色に表示して、実際の蛍光を視覚的に判断しやすい色に画像上で補正を行って表現している。また、図６の（ｂ）に示すように、（ａ）と（ｂ）に表された細胞群の形状や明るさを比べることで、消化管１１２が正常な状態にあるか、または、がんなどの病変が発生しているかを確認することができる。

　なお、二重染色を行うための染色剤としては、上記に示した他に、クルクミンを含む染色剤とファストグリーンＦＣＦ（ＦａｓｔＧｒｅｅｎＦＣＦ）を含む染色剤とを用いることもできる。その場合、クルクミンを含む染色剤としては、クルクミン溶液（原液５％）を生理食塩水で１／１０希釈したものを用い、ファストグリーンＦＣＦを含む染色剤としては、ファストグリーンＦＣＦ溶液（原液１０ｍｇ／ｍＬ）をそのまま用いればよい。染色時間はそれぞれ２～５分間とすればよい。ここでクルクミンを含む染色剤としては、クルクミン溶液（原液５％）を生理食塩水で１／５～１／５０００希釈したもの、ファストグリーンＦＣＦを含む染色剤としては、ファストグリーンＦＣＦ溶液（原液１０ｍｇ／ｍＬ）をそのままの濃度１～１／１０００希釈した濃度でも染色をすることができる。

　また、発明者らは、染色剤を用いて生体を染色するにあたり、がん細胞集団１５２の周辺に位置するがん細胞以外のがん細胞周辺細胞群を特異的に有彩色に染色する染色剤を用いて生体の内部の細胞群を選択的に染色し、撮像を行った。具体的には、ローズベンガル（ＲｏｓｅＢｅｎｇａｌ）を含む染色剤を用いて生体を染色した。

　図７の（ａ）は、緑色蛍光タンパク質であるＧＦＰを利用してがん細胞だけから発する蛍光を撮像した画像である。図７の（ｂ）は、ローズベンガルを含む染色剤で消化管１１２の内壁を染色した後、多光子レーザ顕微鏡を用いて消化管１１２の内壁を撮像した場合の画像である。図７の（ｃ）は、（ａ）と（ｂ）を合成した画像であり、実際の画像では（ａ）は緑色蛍光色、（ｂ）は赤色蛍光色であり、はっきりとがん細胞周辺細胞群だけを識別することができるものである。

　図７の（ｂ）に示すように、生体の内部の細胞群のうち、（ａ）に示すがん細胞集団１５２の周囲に位置するがん細胞周辺細胞群による蛍光を得られることから、その周辺の細胞群を撮像することで、消化管１１２にがんが発生しているかを確認することができる。この画像を利用することにより、がん細胞だけでなくがん細胞除去処置後の再発防止のための処置範囲を決める際に有効となる。例えば、図７の（ｂ）に示すがん細胞周辺の細胞群をがん細胞およびがん細胞側から半分の長さのがん細胞周辺の細胞群までを除去するなどの基準を決めて処置をすることで、患者にとってより安全な処置をすることができる。

　またさらに、発明者らは、多光子レーザ顕微鏡を用いて生体の内部の細胞形態を撮像し、撮像した複数の画像を重ね合わせて合成画像を作成することを試みた。

　図８は、多光子レーザ顕微鏡１０２を用いて消化管１１２の内壁を全周性に撮像する様子を示す模式図である。図８に示すように、広げられた消化管１１２の内壁面１１３に、レーザＬを照射するための撮像ヘッド１１を挿入した後、撮像ヘッド１１を移動させ、複数の撮像領域Ｐにて撮像を行うことができる。その際、複数の撮像領域Ｐのうち、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の一部が重なるように撮像を行うことができる。そして、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の重なった領域Ｐａを互いに重ね合わせて合成画像を作成した。

　図９は、アシッドレッドを含む染色剤で染色した消化管１１２の内壁の合成画像である。図１０Ａは、クルクミンを含む染色剤とアシッドレッドを含む染色剤で染色した消化管１１２の内壁の合成画像である。また、図１０Ｂは、消化管１１２の内壁のパノラマ画像を立体再構築した一例を示す図である。

　図９および図１０Ａに示すように、複数の画像を重ねあわせた合成画像を作成することで、生体の内部の細胞形態を広範囲に、かつ、漏れなく把握することができる。また、さらに、図８に示すように、撮像ヘッド１１を消化管１１２の内周に沿って移動させ、３６０°回転させながら撮像することで、消化管１１２の内壁のパノラマ画像を作成することも考えられる。また、図１０Ｂに示すように、パノラマ画像をトンネル状に立体再構築することで、消化管１１２のどの位置（座標）に病変が存在するかを可視化して把握しやすくなる。このような撮像を行えば、生体の内部における病変を網羅的に検出することが可能となる。

　すなわち、本発明の主要構成によれば、病変が小さすぎて現行内視鏡ではその存在にさえ気づかない超早期がん（直径０．２ｍｍ～１ｍｍ）のような微細病変を、偶然にではなく、広範囲にわたって網羅的に検出することが可能となる。

　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は、省略または簡略化する。

　［１．レーザ内視鏡装置の構成］
　本実施の形態に係るレーザ内視鏡装置は、消化管、呼吸器、腎泌尿器、子宮卵巣生殖器および脳脊髄神経などにおいて発生した病変を、広範囲に漏れなく撮像することのできる装置である。また、撮像にとどまらず、生体に発生している病変に対して治療を施すことができる。本実施の形態では、生体の内部にある消化管１１２を例に挙げて説明する。

　［１．１撮像準備のための構成］
　まず、撮像準備を行うためのレーザ内視鏡装置の構成について説明する。

　消化管１１２の内壁は、実際には凹凸があるので、レーザ内視鏡装置を用いて撮像する前に、消化管１１２内を押し広げ、撮像できる状態にすることが望ましい。また、レーザ内視鏡装置を用いて、鮮明な画像を得るため、消化管１１２の内壁の細胞群を染色剤で染色することが望ましい。そのため、本実施の形態に係るレーザ内視鏡装置は、消化管１１２内を押し広げる挿入管と、消化管１１２の内壁の細胞群を染色するために染色剤を供給する染色剤供給部を備えている。

　図１１の（ａ）は、消化管１１２内に挿入管２０を挿入した後の状態を示す図である。

　図１１の（ａ）に示すように、挿入管２０には、流体を供給する供給口４２と、供給した流体を回収する回収口４３が形成されている。また、挿入管２０には、第１バルーン２１と第２バルーン２２とが設けられている。第１バルーン２１および第２バルーン２２は、バルーン２１、２２内に流体（気体または液体）が出し入れされることで、膨らんだり縮んだりする。第１バルーン２１は、供給口４２よりも挿入管２０の先端側に設けられ、第２バルーン２２は、回収口４３よりも後ろ側（先端とは反対側）に設けられている。消化管１１２内にて、第１バルーン２１および第２バルーン２２を膨らますことで、第１バルーン２１と第２バルーン２２とに挟まれた消化管１１２内の空間が、閉じた空間Ｓとなる。

　図１１の（ｂ）および図１２は、染色剤４５を供給するための染色剤供給部４０の一例を示す図である。図１２に示すように、例えば、染色剤４５が貯留された染色剤供給部４０から、挿入管２０および供給口４２を介して染色剤４５を空間Ｓ内に供給する。染色剤４５としては、例えば、クルクミン類を含む染色剤またはアシッドレッドの１染色剤であっても良いが、クルクミン類を含む染色剤およびアシッドレッドを含む染色剤の２種類の染色剤を用いることが望ましい。２種類の染色剤４５を用いて生体の内部の細胞群を２色に分けて染色することで、より鮮明な撮像画像を得ることができる。なお、クルクミン類には、クルクミンはもちろん、水溶性の高いクルクミノイド（数種類のクルクミン誘導体の混合物）が含まれる。

　染色剤４５は、クルクミン類およびアシッドレッドの両方を含む１つの染色剤であってもよい。また、染色剤４５は、クルクミン類およびファストグリーンＦＣＦの両方を含む１つの染色剤であってもよいし、クルクミン類を含む染色剤とファストグリーンＦＣＦを含む染色剤とによる２種類の染色剤であってもよい。また、染色剤４５は、２種類に限られず、１種類の単色であってもよい。例えば、染色剤４５は、ローズベンガル（ＲｏｓｅＢｅｎｇａｌ）を含む染色剤であってもよい。また、染色する前に、供給口４２および回収口４３を用いて消化管１１２の内部を洗浄したり、粘液を除去したりしてもよい。

　その後、図１３の（ａ）に示すように、供給口４２から、例えば、気体を供給し消化管１１２内を膨らますことで、消化管１１２の内壁が伸びて平坦化される。平坦化された場合の内壁面１１３の凹凸は、凹と凸の高低差が、例えば０．２ｍｍ以内であることが望ましい。これにより、レーザ内視鏡装置を用いて生体を撮像する準備が整う。

　消化管１１２の内壁を平坦化することで、内壁面１１３、および、内壁面１１３から所定深さの位置にある細胞群の状態を的確に把握することができる。また、消化管１１２内を袋体で膨らまして袋体を介して撮像するのではなく、消化管１１２の内壁にレーザＬを直接当てて撮像するので、内壁面１１３等を的確に把握することができる。

　なお、消化管１１２内を膨らます媒体は気体に限られず、蒸留水や生理食塩水等の液体を用いることもできる。ただし、液体を用いる場合は、使用するレーザの波長を透過する液体である必要があり、媒体が液体の場合は気体の場合より染色剤の濃度を濃くすることが望ましい。また、消化管１１２の内圧を調整するために、第１バルーン２１と第２バルーンとの間に圧力センサを備えていてもよい。圧力センサは等間隔で複数設けることが好ましい。

　［１．２レーザ内視鏡装置の基本構成］
　次に、図１３の（ｂ）、図１４および図１５を参照しながら、実施の形態１に係るレーザ内視鏡装置１の基本構成について説明する。

　図１３の（ｂ）は、図１５におけるレーザ内視鏡装置１の内視鏡２の先端側の端部を示す概略図である。図１４は、内視鏡２の全体を示す概略図である。図１５は、レーザ内視鏡装置１の制御構成を示すブロック図である。

　図１５に示すように、レーザ内視鏡装置１は、内視鏡２を有する撮像部１０、制御部５０および画像処理部７０を備えている。また、レーザ内視鏡装置１は、レーザ発振器６０、光学部品６５を有している。

　レーザ発振器６０から発振されたレーザＬは、光学部品６５であるダイクロイックミラー６６により反射され、さらに、内視鏡２内のミラー１９により反射されて生体に照射される。レーザＬが照射された生体細胞は蛍光を発生し、その蛍光による光がミラー１９で反射され、ダイクロイックミラー６６を透過して光検出器３５で検出される。光検出器３５で検出された光は電気信号に変換され、画像処理部７０にて画像形成される。蛍光の色は染色剤によって変わるため、光検出器３５を複数備え、光検出器３５の前に色を分離する光学フィルタを置いて分離することができる。

　レーザ発振器６０としては、パルス幅が数十～数百フェムト秒、パルス周波数が数十～数百ＭＨｚのものが用いられる。本実施の形態におけるレーザＬは、多光子レーザの一種である二光子レーザであり、レーザ発振器６０は、例えば、波長が８００ｎｍで、出力が３．２Ｗまで出せるパルスレーザを用いている。このレーザの撮像時のレーザ出力は０．１６～０．３２Ｗの範囲で出射している。波長を８００ｎｍ以上とすることで、多光子励起過程によって発生する１／２波長の光において、紫外線域（波長４００ｎｍ未満）の光子が生じることを防ぐことができる。なお、レーザ発振器６０では、レーザＬの強度を調整することも可能である。

　光学部品６５であるダイクロイックミラー６６は、レーザＬと同一の波長については反射し、その他の波長の光を透過させる。したがって、レーザ発振器６０から発振されたレーザＬは、ダイクロイックミラー６６によってミラー１９に向かって反射される。一方、生体細胞において発生した蛍光は、ミラー１９を反射した後、ダイクロイックミラー６６を通過し、光検出器３５に到達する。なお、光学部品６５は、プリズムや４／λ板などで構成することもできる。

　撮像部１０は、内視鏡２および光検出器３５を備えており、生体の内部にレーザＬを当てることで生体の内部の細胞形態を撮像する。

　光検出器３５は、レーザＬを当てることで発生した蛍光を検出し、その蛍光を蛍光強度に応じた電気信号に変換する。光検出器３５としては、例えば、光電子増倍管、ＣＣＤ半導体イメージセンサなどを用いることができる。

　内視鏡２は、図１４に示すように、内筒１２と、内筒１２の一部の外側を囲む外筒１３とを備えている。内筒１２、および、外筒１３の一部は、生体の内部に挿入される。内筒１２の長さは、例えば５０ｍｍであり、内筒１２の外径は、例えば３～１０ｍｍである。内筒１２には直動アクチュエータが取付けられており、内筒１２は、外筒１３に対して軸方向Ｘに２５ｍｍほど移動可能となっている。また、内筒１２には超音波モータが取りけられており、内筒１２は、外筒１３に対して３６０°回転可能となっている。内筒１２の軸方向Ｘの動作、または、回転方向Ｒの動作は制御部５０により制御される。

　内視鏡２の内筒１２の先端側の端部には撮像ヘッド１１が設けられている。撮像ヘッド１１は、図１３の（ｂ）に示すように、挿入管２０の脇を通って、内筒１２とともに生体の内部に挿入される。撮像ヘッド１１は、内筒１２の軸方向Ｘおよび回転方向Ｒの動作により、生体の内部を移動するように制御される。

　撮像ヘッド１１は、対物レンズ１６、焦点可変部１８、スペーサ１７およびミラー１９を有している。

　ミラー１９は、前述したように、レーザ発振器６０から出力されたレーザＬを対物レンズ１６に向けて方向転換し、または、生体細胞により蛍光された光を光検出器３５に向けて方向転換する部品である。

　対物レンズ１６は、生体の内壁面１１３に対向して設けられる。対物レンズ１６は、例えば、直径が１０ｍｍ、倍率が１０倍、解像度が５μｍ、撮像視野が３ｍｍ×３ｍｍである。または、対物レンズ１６は、直径が１２ｍｍ、倍率が４０倍、解像度が１０μｍ、視野が７．５ｍｍ×７．５ｍｍｍである。撮像視野は広いほどよい。また、対物レンズ１６は左記した直径のレンズの一部をカットするか、同様の解像度を得られる対物レンズとして生体内に挿入しやすい３ｍｍ～５ｍｍの直径としたものを用いることができる。

　焦点可変部１８は、例えば圧電アクチュエータまたは電磁アクチュエータであり、対物レンズ１６を光軸の方向に移動させることで、対物レンズ１６の焦点位置を変える。焦点可変部１８は、制御部５０により動作制御され、焦点を内壁面（粘膜表面）１１３から深さ０～１０００μｍの範囲で調整できるようになっている。焦点位置を変えることで、消化管１１２の細胞表面から所定の深さにおける生体の状態を撮像することができる。なお、多光子レーザの代わりに共焦点レーザを用いる場合は、焦点の内壁面（粘膜表面）１１３からの深さを０～７５μｍの範囲で調整すればよい。

　スペーサ１７は、例えば環状であり、対物レンズ１６と内壁面１１３との間の空間の周囲に設けられる。スペーサ１７は、対物レンズ１６が生体の内壁に触れないようにするため、また、対物レンズ１６と内壁面１１３との距離を一定に維持するための部品である。対物レンズ１６と内壁面（粘膜表面）１１３との距離は、撮像開始前にスペーサ１７を取り替えるか、アクチュエータなどで可変とする機構を付加することにより、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲の適切な値に設定される。制御部５０は、スペーサ１７を内壁面１１３に当接させながら撮像ヘッド１１（内筒１２）を移動制御し、内壁面１１３に対する対物レンズ１６の距離を一定に維持する。

　制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成される。制御部５０は、内筒１２を介して撮像ヘッド１１の動作を制御する。具体的には、制御部５０は、撮像ヘッド１１を、消化管１１２の内壁の内周を沿うように周方向に移動制御し、また、消化管１１２の管路方向（消化管の軸）に沿うように移動制御する。また、制御部５０は、焦点可変部１８の動作を制御することで、対物レンズ１６の光軸方向の位置を変え、生体の内部に結ばれる焦点位置を制御する。また、制御部５０は、レーザ発振器６０を制御することで、レーザ出力を調整することもできる。

　画像処理部７０は、光検出器３５により変換された電気信号（蛍光強度）と、制御部５０から送られる撮像部１０の座標位置とを対応づけて記憶し、これらのデータを処理してデジタル画像を生成する。生成されたデジタル画像は、例えば、モニタに表示されたり、プリントアウトされたり、記憶装置に記録されたりする。撮像部１０の座標位置の例としては、患者の基準となる箇所（例えば喉や肛門など）からの距離と、撮像ヘッド１１の回転角度などを用いることができる。

　本実施の形態に係るレーザ内視鏡装置１では、制御部５０は、撮像ヘッド１１が生体の内壁面１１３に対して一定距離を保った状態で走査するように、撮像ヘッド１１を移動制御する。そして、撮像部１０は、図１６に示すように、撮像ヘッド１１の移動に伴って撮像する複数の撮像領域Ｐを、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の一部が重なるように撮像する。画像処理部７０は、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の重なった領域Ｐａを互いに重ね合わせて合成画像を生成する。これにより、生体の内部の細胞形態を広範囲に、かつ、漏れなく撮像することができる。

　また、このレーザ内視鏡装置１を用いることで、パノラマ画像を生成することもできる。例えば、図１６に示すように、制御部５０が、撮像ヘッド１１を消化管１１２の内周に沿って３６０°移動（または、消化管１１２の軸を中心に公転）するように制御する。そして、撮像部１０は、撮像ヘッド１１の移動に伴って撮像する複数の撮像領域Ｐを、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の一部が周方向に重なるように撮像する。画像処理部７０は、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の重なった領域Ｐａを互いに重ね合わせてパノラマ画像を生成する。これにより、消化管１１２の内壁の状態を網羅的に把握することができる。

　また、このレーザ内視鏡装置１を用いることで、消化管１１２の管路方向に沿った画像を生成することもできる。例えば、図１６に示すように、消化管１１２内の内周３６０°における撮像が終わった後、制御部５０は、撮像ヘッド１１を消化管１１２の管路方向に沿って所定距離だけ移動させ、撮像部１０は、移動後の撮像領域Ｐ１１を、管路方向に隣り合う撮像領域Ｐ１と一部が重なるように撮像する。そして、画像処理部７０は、２つの撮像領域Ｐ１、Ｐ１１の重なった領域Ｐｂを互いに重ね合わせる。次に、再び撮像部１０にて、消化管１１２の内周３６０°における撮像を行い、画像処理部７０にて、周方向および管路方向に重なる領域を互いに重ね合わせ、管路方向に延びたパノラマ画像を生成する。これによれば、管路方向においても、消化管１１２の内壁の状態を網羅的に把握することができる。

　また、このレーザ内視鏡装置１を用いることで、生体の立体画像を生成することもできる。例えば、制御部５０が、撮像ヘッド１１の焦点可変部１８を作動制御することで、対物レンズ１６の焦点位置を変え、撮像部１０は、焦点位置の変更に伴って深さの異なる複数の撮像領域を撮像する。そして、画像処理部７０が、撮像により得られた複数の画像を焦点位置に対応させて配置することで、生体の内部の細胞形態の立体画像を生成する。これにより、生体の内壁面１１３だけでなく、所定範囲の深さの生体内部の細胞形態を撮像することができる。

　［２．１　レーザ内視鏡装置の動作１］
　次に、消化管１１２の内部の細胞形態を撮像する場合におけるレーザ内視鏡装置１の動作について説明する。

　図１７Ａの（ａ）に示すように、通常は、消化管１１２の内壁が凹凸状態にあるので、消化管１１２の内壁を平坦化するための動作を行う。

　まず、図１７Ａの（ｂ）に示すように、消化管１１２内に挿入管２０を入れる。

　次に、図１７Ａの（ｃ）に示すように、挿入管２０の先端において、第１バルーン２１を拡張させ、消化管１１２の内壁面１１３に当接させる。なお、気密性を向上させるため、第１バルーン２１は３つのバルーンにより構成されている。

　次に、図１７Ａの（ｄ）に示すように、挿入管２０の後方に位置する第２バルーン２２を拡張させ、消化管１１２の内壁面１１３に当接させる。第２バルーン２２も３つのバルーンにより構成されている。この動作により、第１バルーン２１と第２バルーン２２との間に、閉じた空間Ｓが形成される。そして、閉じた空間Ｓに供給口４２から空気を吹き出し、消化管１１２の内部を膨らませる。これにより、消化管１１２の内壁に存在するしわ等を伸ばして平坦化する。なお、内壁を平坦化させる工程は、後述する染色の後に実行してもよい。

　次に、図１７Ｂの（ｅ）に示すように、洗浄液を供給口４２から閉じた空間Ｓに供給する。これにより消化管１１２の内壁面１１３を洗う。その後、洗浄液を回収口４３から吸い込んで回収する。

　次に、図１７Ｂの（ｆ）に示すように、プロナーゼ液を供給口４２から閉じた空間Ｓに供給する。これにより、消化管１１２の内壁面１１３についた余分な粘液を除去する。その後、プロナーゼ液を回収口４３から吸い込んで回収する。

　次に、図１７Ｂの（ｇ）に示すように、染色剤Ａ（例えば、クルクミン類を含む染色剤）を供給口４２から閉じた空間Ｓに供給し充填する。そして、２～５分間静置した後、洗浄液で洗う。これにより、消化管１１２の内壁の所定の細胞群が染色剤Ａにより染色される。なお、所定の細胞群とは、上皮細胞１２１、腺細胞１３１、毛細血管１３２または結合組織１３３などに含まれる複数の細胞を示す。

　次に、図１７Ｂの（ｈ）に示すように、染色剤Ｂ（例えば、アシッドレッドを含む染色剤）を供給口か４２ら閉じた空間Ｓに供給し充填する。そして、２～５分間静置した後、洗浄液で洗う。これにより、消化管１１２の内壁の所定の細胞群が染色剤Ｂにより染色され、消化管１１２の内壁が二重染色される。このように、空間Ｓ内に染色剤ＡまたはＢで満たす方法をとれば、消化管１１２の内壁をむらの少ない状態で二重染色することができる。

　次に、図１７Ｃの（ｉ）に示すように、閉じた空間Ｓ内に内視鏡２を挿入する。内視鏡２の先端側に設けられた撮像ヘッド１１は、内壁面１１３と対物レンズ１６との距離を一定に保ちつつ、対物レンズ１６の焦点位置を、内壁面（粘膜表面）１１３から深さ０μｍ、３０μｍ、６０μｍ、９０μｍ、１２０μｍ、１５０μｍに合わせて撮像を行う。なお、深さ０μｍの位置は、内視鏡２が有するオートフォーカス機能により決めることもできる。また、多光子レーザでなく、共焦点レーザを用いる場合は、対物レンズ１６の焦点位置を、内壁面（粘膜表面）１１３から深さ０μｍ、２５μｍ、５０μｍ、７５μｍの位置に合わせて撮像を行う。上記の深さ変更ピッチは１例であって、更に細かいピッチであっても、粗いピッチであっても良い。

　そして、図１７Ｃの（ｊ）に示すように、撮像ヘッド１１を内壁面１１３に沿って３６０°回転させながら撮像を行う。このとき、周方向に隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の一部が重なるように撮像する。この一部重複した撮像により１つ目のパノラマ画像を取得する。内周３６０°の撮像が終われば、撮像ヘッド１１を消化管１１２の管路方向に沿って所定距離移動させる。そして、再び、撮像ヘッド１１を３６０°回転させ、２つ目のパノラマ画像を取得する。なお、１つ目のパノラマ画像と２つ目のパノラマ画像は、挿入管２０の管路方向に隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ１１の一部が重なるように設定された上で撮像されたものであり、消化管の円周方向、直線方向における重複部分のパターンを、画像処理により正確に合わせることで継ぎ目のない画像となって合成される。これらの動作を複数回（本実施の形態では５回）繰り返す。

　これらの撮像が一旦終われば、図１７Ｃの（ｋ）に示すように、撮像ヘッド１１を含む内視鏡２を第２バルーン２２よりも後方へ移動させる。

　次に、撮像領域をさらに変えて撮像するため、図１７Ｄの（ｌ）に示すように、第１バルーン２１を収縮させる。そして、図１７Ｄの（ｍ）に示すように、第２バルーン２２の位置を維持したまま、挿入管２０を後方に引く。その後、図１７Ｄの（ｎ）に示すように、第１バルーン２１を拡張させる。そして、図１７Ｅの（ｏ）に示すように、第２バルーン２２を収縮させた後、図１７Ｅの（ｐ）に示すように、第１バルーン２１の位置を維持したま挿入管２０を後方に引く。その後、図１７Ｅの（ｑ）に示すように、第２バルーン２２を拡張させる。これにより、先に形成した閉じた空間Ｓに対し管路方向に隣り合う、別の閉じた空間Ｓ１を形成する。そして、この閉じた空間Ｓ１にて、図１７Ａの（ｄ）～図１７Ｃの（ｋ）に示す動作を再び行う。

　これらの動作を繰り返すことで、例えば、管路方向で３００ｍｍの長さの撮像を行うことができる。消化管１１２が大腸の場合だと、大腸の全長を４回に分けて撮像すればよい。

　このような、レーザ内視鏡装置１の動作によれば、消化管１１２の内周方向および管路方向において、内壁の状態を網羅的に、また、効率的に撮像することができる。

　［２．２　レーザ内視鏡装置の動作２］
　また、レーザ内視鏡装置１は、深さ方向において、がん細胞などの病変を効率的に検出するための動作を行えるように構成されている。

　そのため、制御部５０は、次に示す２つの焦点可変モードを備えている（図１５参照）。具体的には、制御部５０は、焦点位置を第１のピッチで変更させる第１の焦点可変モード５１と、第１のピッチよりも小さいピッチである第２のピッチで焦点位置を変更させる第２の焦点可変モード５２とを備えている。第１の焦点可変モード５１は、例えば、生体の内壁面（粘膜表面）１１３から深さ０μｍ、３０μｍ、６０μｍ、９０μｍ、１２０μｍの位置で焦点を結ぶように変更させるモードである。第２の焦点可変モード５２は、それよりも細かい、例えば、５μｍのピッチで焦点位置を変更させるモードである。またこれらの可変ピッチはプログラムを書き換えることで可変量を変更することもできる。

　また、制御部５０は、病変の有無をすばやく判断するため、対応する内臓器官毎に病変がない状態にある正常細胞の参照画像をあらかじめ記憶している。正常細胞の参照画像は、照射するレーザの種類（多光子レーザまたは共焦点レーザ）や、器官の細胞膜表面からの深度に応じて異なり、また染色剤を用いる場合は染色剤の種類によっても異なるため、予め撮像条件に応じた参照画像を準備しておくことが好ましい。

　図１８は、レーザ内視鏡装置１の動作の一例を示すフローチャートである。制御部５０は、まず、粗いピッチである第１の焦点可変モード５１にて、深さ方向の一通りの撮像を行わせる（Ｓ１１）。このときは倍率を低く設定し（例えば１０倍以下）、試し撮りをした際の画像によって判断し、深さを変えない一定深さのみの撮像であっても、粘膜表面の撮像であっても良い。

　次に、制御部５０は、第１の焦点可変モード５１で得た画像と、予め記憶した正常細胞の参照画像とを、形状および明るさのうちの少なくとも一方について比較し、病変の疑いを判断する（Ｓ１２）。病変の疑いがなければ、検査を終了する（Ｓ１３）。

　制御部５０は、撮像により得た画像の中に病変の疑いがある部分が存在すると判断した場合に、病変の疑いがある部分の画像を撮像した際の焦点位置の近辺において、第２の焦点可変モード５２で撮像を行う（Ｓ１４）。このときは倍率を高く設定し（例えば４０倍）、ここでも、深さを変えない一定深さのみの撮像であっても、表面の撮像であっても診断が可能な画像が撮像できれば良い。

　次に、制御部５０は、第１の焦点可変モード５１で得た画像と予め記憶した正常細胞の参照画像とを、形状および明るさのうちの少なくとも一方について比較し、病変の疑いを判断する（Ｓ１５）。病変の疑いがなければ、検査を終了する（Ｓ１６）。

　そして、制御部５０は、撮像部１０により得られた画像の中に病変した細胞が存在する場合に、撮像時よりもレーザＬの出力をあげて、病変した細胞に、出力を上げたレーザＬを当て、病変した細胞を除去（蒸散）させる（Ｓ１７）。なお、図示はしないが、病変した細胞を除去した後は、同じ場所を再度撮像し、病変した細胞の有無を再確認することが好ましい。細胞除去時のレーザ出力は撮像時の１０～２０倍で、２～３Ｗである。

　上記判断はコンピュータを用いて形状、明るさ等の比較を自動的に行っても良い。また、コンピュータによる判断後に病変の疑いのある場所については、医師の判断を行うことが好ましい。

　このような断層撮像を行うことで、撮像時間を短縮しつつ網羅的な撮像を行うことができる。また、病変した細胞を早期にかつ確実に除去することができる。上記除去処置は、図１７Ａ～図１７Ｅを用いて説明した撮像空間Ｓを移動する前に診断、除去を行っても良いし、対象器官の撮像が終了してから、別の機会に画像の座標を用いて一連の撮像空間Ｓを形成して病変部分の除去を行っても良い。これらは患者の体力、患部の症状、レーザ内視鏡装置１の性能などによって決めることができる。

　（変形例１）
　図１９は、実施の形態１の変形例１におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、パノラマ画像を生成する一例を示す模式図である。

　変形例１における制御部５０は、アーム１５に取り付けられた撮像ヘッド１１を消化管１１２の軸を中心に螺旋状に回転するように制御する。撮像部１０は、撮像ヘッド１１の回転に伴って撮像する複数の撮像領域Ｐを、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の一部が回転方向Ｒに重なるように撮像する。画像処理部７０は、隣り合う撮像領域Ｐ１、Ｐ２の重なった領域Ｐａを互いに重ね合わせてパノラマ画像を生成する。これにより、消化管１１２の内壁の状態を網羅的に撮像することができる。

　（変形例２）
　図２０は、実施の形態１の変形例２におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例２では、消化管１１２の内壁面１１３と対物レンズ１６との距離を一定に維持するため、スペーサ１７の代わりに一対のホイール１７ａが、内視鏡２の先端側のアーム１５に取り付けられている。撮像ヘッド１１を内周方向に移動させる場合に、一対のホイール１７ａを内壁面１１３に当接させながら転動させることで、対物レンズ１６は内壁面１１３に対して一定の距離を保った状態で移動できるようになっている。これによれば、上皮細胞１２１、腺細胞１３１、毛細血管１３２または結合組織１３３などの撮像対象に対するピント合わせを的確に行うことができる。

　（変形例３）
　図２１は、実施の形態１の変形例３におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例３では、撮像ヘッド１１の背部（レーザＬの照射側と反対側）に押付け部材２３が設けられている。そして、押付け部材２３に流体を入れて膨らませ、押付け部材２３で撮像領域の反対側の内壁を押圧することで、スペーサ１７を撮像領域側の内壁に当接させている。これにより、対物レンズ１６と内壁面１１３との距離を一定に維持することができ、撮像対象に対するピント合わせを的確に行うことができる。

　（変形例４）
　図２２は、実施の形態１の変形例４におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例４では、変形例３に示す押付け部材２３の代わりに、撮像ヘッド１１の背部に支えローラ２４が設けられている。そして、拡張機構２５を用いて、支えローラ２４を撮像領域の反対側の内壁に押し付けることで、スペーサ１７を撮像領域側の内壁に当接させている。これにより、対物レンズ１６と内壁面１１３との距離を一定に維持することができ、撮像対象に対するピント合わせを的確に行うことができる。

　（変形例５）
　図２３は、実施の形態１の変形例５におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例５では、変形例４に示す支えローラ２４の代わりに、撮像ヘッド１１の背部に摺動部材２６が設けられている。そして、拡張機構２５を用いて、摺動部材２６を撮像領域の反対側の内壁に押し付けることで、スペーサ１７を撮像領域側の内壁に当接させている。これにより、対物レンズ１６と内壁面１１３との距離を一定に維持することができ、撮像対象に対するピント合わせを的確に行うことができる。

　（変形例６）
　図２４は、実施の形態１の変形例６におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例６では、図２４の（ａ）に示すように、撮像ヘッド１１が、フレキシブルに動く関節機構２７に支持されている。また、撮像ヘッド１１の背部には別の関節機構２８が設けられ、撮像ヘッド１１を支えている。この構造によれば、図２４の（ｂ）に示すように、消化管１１２に存在する大腸の半月ヒダなどの凹凸部位１１３ａも撮像することができる。また、オートフォーカス機能を用いることで、対物レンズ１６と内壁面１１３との距離を一定に維持することができる。

　（変形例７）
　図２５は、実施の形態１の変形例７におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例７では、内視鏡２の先端が第１バルーン２１に挿入され、撮像ヘッド１１が、内視鏡２の内筒１２の途中（第１バルーン２１と第２バルーン２２の間）に設けられた関節機構２７に支持されている。これによれば、変形例６に示した関節機構２８が不要となり、変形例６に比べて内視鏡２の構造を簡略化することができる。

　（変形例８）
　図２６は、実施の形態１の変形例８におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例８では、撮像ヘッド１１にジャイロセンサ２９が設けられている。これにより、撮像時の撮像ヘッド１１の位置と姿勢に関する情報を取得することができる。また、取り込んだ画像データを３Ｄ表示することも可能になる。また、この構造によれば、前述した第１の焦点可変モード５１を用いて粗いピッチでの撮像を行った後に、病変が存在すると疑われる部分に、迅速および正確に戻り、細かいピッチでの第２の焦点可変モード５２で撮像を行うことができる。なお、ジャイロセンサ２９の代わりにＧＰＳ機能を付加してもよい。

　また、変形例８では、内視鏡２の内筒１２に圧力センサ３０が設けられている。閉じた空間Ｓ内の圧力を、圧力センサ３０を用いて計測しフィードバックすることで、空間Ｓ内の圧力を適切に調整することが可能になる。

　（変形例９）
　図２７は、実施の形態１の変形例９におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例９では、撮像ヘッド１１に、対物レンズ１６と内壁面１１３との距離を調整するための伸縮スペーサ３１が設けられている。図２７の（ａ）は伸縮スペーサ３１が膨張した状態で、図２７の（ｂ）は伸縮スペーサ３１が収縮した状態である。この伸縮スペーサ３１の伸縮により、対物レンズ１６と内壁面１１３との距離を的確に調整することができる。伸縮スペーサ３１はアクチュエータなどによって構成することができる。

　（変形例１０）
　図２８は、実施の形態１の変形例１０におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を染色する一例を示す模式図である。

　変形例１０では、挿入管２０に複数の吐出口４２ａが設けられている。そして、吐出口４２ａから内壁に向かって染色剤をスプレー塗布することで、内壁を染色している。これによれば、空間Ｓ内に染色剤を充填する方法に比べて、染色剤の使用量を少なくすることができる。そのため、許容量の少ない色素を用いた染色剤であっても、安心して使用することができる。

　（変形例１１）
　図２９は、実施の形態１の変形例１１におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例１１では、変形例２に示す撮像ヘッド１１の一対のホイール１７ａの間隔を広くし、ミラー１９および対物レンズ１６が、図示しないアクチュエータ等により内視鏡２の軸方向Ｘに移動できるように構成されている。これによれば、内視鏡２の内筒１２を必要以上に動かさずに、生体内部を撮像することができる。

　（変形例１２）
　図３０および図３１は、実施の形態１の変形例１におけるレーザ内視鏡装置１を用いて、生体内部を撮像する一例を示す模式図である。

　変形例１２では、変形例２に示す撮像ヘッド１１の一対のホイール１７ａの間隔を広くし、一対のホイール１７ａ間に複数のミラー１９および対物レンズ１６（本変形例では５組）が設けられている。そして、図３１の（ａ）および（ｂ）に示すように、撮像ヘッド１１は、第１バルーン２１および第２バルーン２２間の領域を１回の３６０°回転動作により撮像できるように構成されている。これによれば、生体内部の撮像を効率よく行うことができる。

　なお、上記した実施の形態では、内視鏡２、挿入管２０、内筒１２、外筒１３等を直線状の形態で示しているが、大腸などの形状に沿って円滑に挿入するために、内視鏡２、挿入管２０、内筒１２、外筒１３等には可撓性を持たせること、レーザの導波路として光ファイバーなどを用いることが好ましい。また、撮像ヘッド１１のアーム１５等を、Ｌ型構造にしたり、内筒１２に収めて直線状にしたりするには、撮像ヘッド１１等に適切な関節構造とワイヤーなどによりＬ字形などに固定する構造を持たせることで可能となる。

　また、内視鏡２、挿入管２０、アーム１５、スペーサ１７、バルーン２１、２２等は、材質として金属、樹脂、ゴムなどが使われるが、大腸や胃などの生体臓器に直接触れるものであるため、その表面加工には細心の注意が払われ極めて精度良く仕上げられる。

　（本発明の基礎となった知見２）
　次に、本発明の基礎となった知見２、および、知見２に関する発明の主要構成について説明する。

　知見２では、多光子レーザ顕微鏡（オリンパス社製ＦＶ１０００ＭＰＥ）を用いて生体の内部の細胞形態を撮像し、撮像した複数の画像を重ね合わせてパノラマ画像を作成した例について説明する。生体としてはマウスを用いた。

　図３２Ａは、多光子レーザ顕微鏡１０２を用いて消化管１１２の内壁を全周性に撮像する様子を示す模式図である。パノラマ画像を作成する方法としては、知見１の図１０Ａを作成した方法とほぼ同様であり、撮像ヘッド１１を消化管１１２の内周に沿って移動させ、かつ、３６０°回転させて撮像し、画像を合成することでパノラマ画像を得た。

　図３２Ｂは、内壁面（粘膜表面）１１３から深さ５０μｍの位置における細胞形態を示すパノラマ画像である。細胞群を染色するための染色剤としては、クルクミンを含む染色剤およびアシッドレッド（赤色１０６号）を含む染色剤の両方を用いた。図３２Ｂから、複数の陰窩１３８（または腺１３０）が、ほぼ規則的な間隔で並んでいることが見てとれる。

　また、図３２Ｂでは、図３２Ａに示す時計の短針方角に対応して各撮像領域Ｐが並べられているが、８時の方角に、複数のリンパ球が集まった孤立リンパ小節が形成されている。孤立リンパ小節は、現在のところ、がんなどの病変に値するものではないが、この孤立リンパ小節が形成された領域では、腺１３０の陰窩１３８が消えていることがわかる。そこで、発明者らは、孤立リンパ小節が形成された領域をパノラマ画像における座標の目印とすることで、病変を発見した場合に、その病変の位置を特定することができると考えた。また、孤立リンパ小節が無くても、パノラマ画像において所定の位置を基準にすることで、病変が存在する位置を明確に特定できると考えた。以下、知見２に基づく実施の形態について説明する。

　（実施の形態２）
　図３３を参照しながら、実施の形態２に係るレーザ内視鏡装置１Ａの構成について説明する。図３３は、レーザ内視鏡装置１Ａの内視鏡２を示す図である。

　レーザ内視鏡装置１Ａの内視鏡２は、実施の形態１で示した内視鏡２とほぼ同じ構成を有し、内筒１２と、内筒１２の一部の外側を囲む外筒１３とを備えている。内筒１２には直動アクチュエータが取付けられており、内筒１２は、外筒１３に対して軸方向Ｘに移動可能となっている。また、内筒１２には超音波モータが取りけられており、内筒１２は、外筒１３に対して３６０°回転可能となっている。内筒１２の軸方向Ｘの動作、または、回転方向Ｒの動作は制御部５０により制御される。

　さらに、本実施の形態のレーザ内視鏡装置１Ａの内視鏡は、内筒１２の回転方向Ｒの角度を検出する角度検出器８１、および、内筒１２の軸方向Ｘの位置を検出するリニアスケール８２を有している。内視鏡２が、角度検出器８１およびリニアスケール８２を有しているので、例えば孤立リンパ小節の位置を基準として、孤立リンパ小節から病変までの軸方向Ｘの距離、回転方向Ｒの角度を知ることができ、病変の位置を特定することができる。また、孤立リンパ小節が無くても、例えば大腸であれば肛門、胃であれば口など、所定の位置を基準とすることで、病変が存在する位置を特性することが可能となる。

　このように、レーザ内視鏡装置１Ａによれば、パノラマ画像において座標基準を設けることができ、消化管１１２のどの位置に病変が存在するかを可視化して把握することができる。また、座標基準を設けることで、３６０°回転させて撮像した証拠を示すことができ、取得した画像が全周性を有する漏れの無い画像であることを患者に提示することができる。

　（本発明の基礎となった知見３）
　次に、本発明の基礎となった知見３、および、知見３に関する発明の主要構成について説明する。

　知見３では、生体の内部の細胞形態を、多光子レーザ顕微鏡（オリンパス社製ＦＶ１０００ＭＰＥ）を用いて焦点の深さを変えて撮像し、撮像した複数の画像を所定の位置で切断して断面画像（断層画像）を作成した例について説明する。生体としてはマウスを用いた。

　図３４Ａ、図３４Ｂおよび図３４Ｃは、内壁面（粘膜表面）から所定範囲の深さにおける細胞形態を示す画像であって、粘膜表面（深さ０）から深さ１５０μｍまでを深さ２μｍピッチで撮像し、合計７５枚の画像を積み重ねて合成した３次元データ画像である。図３４Ａ～３４Ｃのそれぞれにおいて、（ａ）は、細胞群を内壁面１１３に垂直な方向から平面視した画像であり、（ｂ）は（ａ）をｂ－ｂ線で切断した場合の断面画像であり、（ｃ）は（ａ）をｃ－ｃ線で切断した場合の断面画像である。

　細胞群を染色するための染色剤としては、クルクミンを含む染色剤およびアシッドレッド（赤色１０６号）を含む染色剤の両方の染色剤を用いた。染色時間は、５分間とした。染色時間は、細胞群に染色剤を接触させて、細胞自体または各細胞の間に染色剤の色素を浸透させる時間である。

　図３４Ａ～図３４Ｃは、同じ細胞群を同時に撮像し、フィルタをかけて異なる色（波長）を抽出した画像である。図３４Ａは、クルクミン色素およびアシッドレッド色素の両方の色素によって染色された色領域を抽出した画像である。図３４Ｂは、クルクミン色素によって染色された色領域を抽出した画像である。図３４Ｃは、アシッドレッド色素で染色された色領域を抽出した画像である。図３４Ａ～図３４Ｃは白黒であるが本来カラー画像であり、染色剤による染色傾向の違いにより、クルクミン色素で染色した領域は緑の蛍光色に、アシッドレッド色素で染色された領域は、薄い赤色からオレンジ色に近い蛍光色で表わされ、より鮮明に色の違いが表わされている。

　図３４Ａ～図３４Ｃでは、がん組織および正常粘膜組織が示されているが、それぞれの色素によって浸透性に差があることがわかる。

　図３４Ｂに示すように、クルクミン色素は、がん組織において正常粘膜組織よりも高い浸透性を示している。具体的にはクルクミン色素の場合、染色されている深さが、がん組織内部では約４０μｍであるのに対し、正常粘膜組織内部では約２０μｍである。

　図３４Ｃに示すように、アシッドレッド色素は、がん組織において正常粘膜組織よりも低い浸透性を示している。具体的にはアシッドレッド色素の場合、染色されている深さが、がん組織内部では約４０μｍであるのに対し、正常粘膜組織内部では約７０μｍである。

　このように、細胞形態が、がん組織か正常粘膜組織かによって色素の浸透性に違いがある。この性質を利用し、断面画像に表わされた細胞群が染色されている深さを計測することで、その細胞群が正常細胞群か、がん細胞群かを判別することができると考えられる。以下、知見３に基づく実施の形態３について説明する。

　（実施の形態３）
　図３５を参照しながら、実施の形態３に係るレーザ内視鏡装置１Ｂの構成について説明する。図３５は、レーザ内視鏡装置１Ｂの制御構成を示すブロック図である。

　レーザ内視鏡装置１Ｂは、実施の形態１で示したレーザ内視鏡装置１とほぼ同じ構成を有し、内視鏡２を有する撮像部１０、制御部５０、画像処理部７０、レーザ発振器６０、および、光学部品６５を有している。

　また、レーザ内視鏡装置１Ｂは、染色剤を、生体の内部に供給する染色剤供給部４０を備えている（図１２参照）。本実施の形態では、生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色する二重染色を採用する。

　撮像部１０は、染色された細胞群にレーザを当てるとともに、焦点位置（例えば０～１０００μｍ）を変え、深さの異なる複数の撮像領域Ｐを撮像する。画像処理部７０は、撮像部１０の撮像によって得られた複数の画像を、焦点位置に対応させて配置することで立体画像を作成する。そしてこの立体画像を、染色された細胞群を含む画像上の所定位置で切断することで、染色された細胞群の断面画像を生成する。

　制御部５０は、断面画像に表わされた細胞群が染色されている深さに基づいて、病変の疑いを判断する。例えば、クルクミン色素によって細胞群が染色されている深さが、正常粘膜組織よりも大きいと（例えば１．５倍以上）がん細胞が発生していると判断し、同等であると（例えば１．５倍未満）がん細胞が発生していないと判断する。また、アシッドレッド色素によって細胞群が染色されている深さが、正常粘膜組織よりも小さいと（例えば０．６倍未満）がん細胞が発生していると判断し、同等であると（例えば０．６倍以上）がん細胞が発生していないと判断する。なお、単色または二重染色等によってがん細胞の有無を判断後に、上記の断面画像判断をすることで、より信頼性を高めることができる。

　本実施の形態のレーザ内視鏡装置１Ｂは、生体の内部に挿入される撮像ヘッド１１を有し、撮像ヘッド１１を介して生体にレーザを当てることで生体を撮像する撮像部１０と、撮像ヘッド１１の作動を制御する制御部５０と、撮像部１０により撮像した画像を処理する画像処理部７０とを備えている。撮像ヘッド１１は、対物レンズ１６と、対物レンズ１６の焦点位置を生体の深さ方向に変えることのできる焦点可変部１８とを有している。制御部５０は、焦点可変部１８を作動させることで、焦点位置を変え、撮像部１０は、焦点位置の変更に伴って深さの異なる複数の撮像領域Ｐを撮像する。そして、画像処理部７０は、撮像部１０の撮像により得られた複数の画像を所定の位置で切断することで、生体の内部の断面画像を生成する。

　レーザ内視鏡装置１Ｂにて断面画像を生成することで、生体内部の深さ方向においてもがん化の有無を判断することが可能となる。なお、検査と診断を別の機会に行う場合は、画像処理部は現在撮像している画像の表示のみで良く、パノラマ画像や立体画像の生成を他の装置に任せることで内視鏡装置の負担を軽くすることもできる。

　（本発明の基礎となった知見４、５、６）
　次に、本発明の基礎となった知見４、５、６および、知見４、５、６に関する発明の主要構成について説明する。

　まず、知見４として、生体細胞をトレーに載置し、多光子レーザ顕微鏡（オリンパス社製ＦＶ１０００ＭＰＥ）を用いて撮像した例について説明する。生体細胞としては、人体内部からつまみ出した生体組織を用いた。

　図３６Ａ、図３６Ｂおよび図３６Ｃは、内壁面（粘膜表面）１１３から深さ５０μｍの位置における細胞形態を示す画像である。

　細胞群を染色するための染色剤としては、クルクミンを含む染色剤およびアシッドレッド（赤色１０６号）を含む染色剤の両方の染色剤を用いた。染色時間は５分間とした。また、撮像するにあたり、生体細胞を体温とほぼ同じ温度（３７℃）にして撮像した。

　図３６Ａ～図３６Ｃは、同じ細胞群を同時に撮像し、フィルタをかけて異なる色（波長）を抽出した画像である。図３６Ａは、クルクミン色素によって染色された色領域を抽出した画像である。図３６Ｂは、アシッドレッド色素で染色された色領域を抽出した画像である。図３６Ｃは、クルクミン色素およびアシッドレッド色素の両方の色素によって染色された色領域を抽出した画像である。図３６Ａ～図３６Ｃは白黒であるが本来カラー画像であり、染色剤による染色傾向の違いにより、クルクミン色素で染色した領域は緑の蛍光色に、アシッドレッド色素で染色された領域は、薄い赤色からオレンジ色に近い蛍光色で表わされ、より鮮明に色の違いが表わされている。

　図３６Ａ～図３６Ｃにおいて、矢印Ｉで示す領域は、腺細胞１３１の核１３５が基底膜１３７に沿って一列に並んだ状態にあり、正常細胞となっている領域である。それに対し、矢印ＩＩで示す領域は、腺１３０の中央（ルーメン）と基底膜１３７との間に２つの核１３５が存在する。矢印ＩＩで示す領域は、悪性の腫瘍ではないが、これからがん化が始まろうとする領域である。

　図３７は、クルクミン色素で染色した、胃のがん細胞群を示す図である。図３７に示すように、がん細胞群では、腺１３０や腺細胞１３１の核１３５を識別できない形態となっている。

　このように、多光子レーザ顕微鏡を用いて染色された細胞群を撮像することで、内壁面（粘膜表面）１１３から深さ１０μｍ以上１０００μｍ以下における腺１３０、基底膜１３７、腺細胞１３１および核１３５の形態を明確に把握することができる。そして、腺細胞１３１における核１３５の並び方、また、基底膜１３７と核１３５との距離、核１３５の形状、大きさなどを把握することで、がん化が進んでいるか否かの病理診断を正確に行うことができる。

　一方、多光子レーザ顕微鏡は一般的に高価であり、患者にとってはもっと手ごろに病理診断ができる方法が望まれる。そこで、発明者らは、共焦点型のレーザ顕微鏡にて、これらの細胞形態を把握することを試みた。なお、粘膜表面へ生体色素の塗布による生体染色では、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、内壁面（粘膜表面）そのものの組織を撮像した例は報告されているが、内壁面１１３から深さ２０μｍ以上の深さ位置における細胞群を撮像可能とした例は、過去に見つかっていない。

　次に、知見５として、共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス社製ＦＶ１０００）を用いて生体の内部の細胞形態を撮像した例について説明する。生体としては、マウスを用いた。

　細胞群を染色するための染色剤としては、クルクミンを含む染色剤を用いた。染色時間は、従来よりも長い時間である、５分間とした。なお、染色時間は、３分以上２０分以内であることが望ましい。染色時間が３分よりも短ければ、染色剤が細胞組織内に浸透しないからである。また、染色時間が２０分を超えると全ての細胞が染色し、がん細胞群と正常細胞群とを見分けにくくなるからである。

　図３８は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）１１３に垂直な方向から見て撮像した場合の画像である。撮像領域Ｐの内壁面（粘膜表面）１１３からの深さは、矢印ＩＩＩに示す領域で約５μｍ、矢印ＩＶに示す領域で約１０μｍである。矢印ＩＩＩで示す領域は、上皮細胞１２１の細胞質１２６がクルクミン色素で染められている（実際のカラー画像では緑色）。また、矢印ＩＶで示す領域は、細胞質１２６がクルクミン色素で染められ、上皮細胞１２１の核１２５が黒色で表わされている。このように、核１２５の形状が、他の領域の核１２５とほぼ同じ大きさで、異形になっていないことから、矢印ＩＶで示す領域は正常細胞となっていることがわかる。

　図３９は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）１１３に対して右斜め上側から撮像した場合の画像である。撮像領域Ｐの深さは、矢印Ｖに示す領域で約５μｍ、矢印ＶＩに示す領域で約１０μｍ、矢印ＶＩＩに示す領域で約５０μｍである。矢印Ｖに示す領域では、上皮細胞１２１の細胞質１２６がクルクミン色素で染められている（実際のカラー画像では緑色）。矢印ＶＩに示す領域では、細胞質１２６がクルクミン色素で染められ、上皮細胞１２１の核１２５が黒色で表わされている。核１２５の形状が、他の領域の核１２５とほぼ同じ大きさで、異形になっていないことから、矢印ＶＩで示す領域は正常細胞となっていることがわかる。なお、矢印ＶＩＩに示す領域では、腺細胞１３１がクルクミン色素で染められ、腺細胞１３１を視認することができる。

　図４０は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）１１３に対して左斜め上側から撮像した場合の画像である。撮像領域Ｐの深さは、矢印ＶＩＩＩに示す領域で約５μｍ、矢印ＩＸに示す領域で約３０μｍである。矢印ＩＸに示す領域では、腺細胞１３１の細胞質１３６がクルクミン色素で染められ（実際のカラー画像では緑色）、腺１３０の外周および基底膜１３７の位置を視認することができる。また、腺細胞１３１の核１３５は黒色で表わされている。複数の核１３５は、基底膜１３７の外周に対してほぼ一定の距離を保ちながら、外周に沿って並んでいる。このように、腺１３０において、核１３５が規則正しく並んでいることから、矢印ＩＸに示す領域は正常細胞となっていることがわかる。

　図４１は、共焦点レーザ顕微鏡を用いて、生体内部の細胞群を内壁面（粘膜表面）１１３に対して右斜め上側から撮像した場合の画像である。撮像領域Ｐの深さは、矢印Ｘに示す領域で約５μｍ、矢印ＸＩに示す領域で約３０μｍ、矢印ＸＩＩに示す領域で約６０μｍである。矢印ＸＩに示す領域では、腺細胞１３１の細胞質１２６がクルクミン色素で染められ（実際のカラー画像では緑色）、腺１３０の外周および基底膜１３７の位置を視認することができる。矢印複数の核１３５は、基底膜１３７の外周に対してほぼ一定の距離を保ちながら、外周に沿って並んでいる。このように、腺１３０において、核１３５が規則正しく並んでいることから、矢印ＸＩに示す領域は正常細胞となっていることがわかる。また、矢印ＸＩＩに示す領域では、毛細血管１３２がクルクミン色素で濃く染められている。

　このように、共焦点レーザ顕微鏡であっても、焦点位置の調整および染色時間を適宜設定することで、核１２５、１３５の大きさ、核１２５、１３５の並び状態、核１３５と基底膜１３７との距離が均一化どうかによって、病変の疑いを判別することができる。

　また、知見６として、共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス社製ＦＶ１０００）を用いて生体の内部の細胞形態を撮像した他の例について説明する。生体としては、マウスを用いた。染色剤による生体細胞の染色時間は５分間とした。

　さらに、細胞群を染色するための染色剤として、溶解方法を至適化したクルクミンを含む染色剤用いた。

　まず、染色できたとしても染色ムラが生じ、均質な生体染色画像を取得しにくい点がある。そこで、水に代わる溶媒を検討したところ、クルクミンは、３級アルコールであるグリセロールや１級アルコールであるエタノールに溶解しやすいことが判明した。特にクルクミンは、１００％グリセロールまたは５０％グリセロール、５０％エタノール混合液には、５％程度溶解するので、これを希釈して生体染色に用いることとした。具体的には、５％溶液をストック液とし、実際の使用直前に、このストック液を生理的食塩水で１０～１０００倍希釈した液体で生体染色した。この溶解方法の至適化により、以下に示すような高精細な細胞画像を得ることができた。

　図４２は、溶解方法を至適化した染色剤にて染色された生体細胞を共焦点レーザ顕微鏡で撮像した画像であり、（ａ）は正常大腸粘膜、（ｂ）は大腸がんを示す画像である。撮像領域の深さは、粘膜表面から約５０μｍである。

　図４２の（ａ）の正常大腸粘膜では、矢印ＸＩＩＩで示す領域のように、核１３５の形、大きさ、配列がほぼ均一で、核１３５と基底膜１３７との距離もほぼ一定となっている。ここで核はごま粒形状の暗部で表されている。また、矢印ＸＩＶで示す領域のように、腺１３０の構造（陰窩）の分布パターンがほぼ均一となっている。ここで陰窩は破線の円の中心付近の暗部で表されている。また、毛細血管１３２は、陰窩の周囲に規則的な走行パターンを示している。

　一方、図４２の（ｂ）の大腸がんでは、矢印ＸＶで示す領域のように、腺細胞の核の形、大きさ、配列が不均一で、腺細胞の核と基底膜との距離も不均一となっている。また、腺の構造（陰窩）は認められず、毛細血管は、陰窩がないので走行の規則性が乏しい。このような核や陰窩の規則性を画像上で分析することで、がんの病理診断精度や診断速度が格段に向上できる。例えば核または陰窩の略中心を画像上から求め、中心同士を線分で結び、その線分の長さを比較することで、規則性の乱れを検出することができる。また線分で結ばれた領域の面積を求めても同様に規則性の乱れを検出することができる。検出された規則性の乱れを、グループ分けしたり分布図を作成したりして、一定の範囲から外れているグループを、がん化が疑わしいものとして、医師の最終診断に役立てることが短時間で準備できるようになる。

　このようにクルクミンを用いた生体染色にて溶解方法を最適化することで、細胞への取り込みや組織への浸透性を増加させ、細胞をムラなく染色し、共焦点レーザ顕微鏡を用いても、細胞構造を明瞭に可視化することができた。

　上記した核や陰窩で一定面積を持つものの画像から中心を求めるには、ビットマップ上で、長径、短径を求めた後、長径と短径を線分で結び、交点を中心として扱うことができる。また線分に近い形状の陰窩は、その線分の中点を中心としてビットマップ上で求めることができる。また核は陰窩の周囲に規則的に並ぶことも利用して、核として扱う画像面積を減らして計算することも可能である。これらの中心を隣り合うもの同士を結んだ線分の長さをビットマップ上で求めることができる。図は白黒であるが、実際の画像は染色の蛍光を利用することで色情報も利用して暗部を求めることができる。さらに図１０Ａで示した腺は正常細胞ではほぼ円形の画像として扱えるため、腺の中心を結ぶ線分の規則性の乱れを利用して規則性の乱れをデジタル的に求めることができる。この規則性の乱れの計算は、膨大なデータの処理になるが、コンピュータを利用することで短時間に規則性の乱れを検出することができる。

　以下、知見４、５および６に基づく実施の形態について説明する。

　（実施の形態４）
　次に、図４３、図４４および図４５を参照しながら、実施の形態４に係るレーザ内視鏡装置１Ｃの基本構成について説明する。

　図４３は、図４５におけるレーザ内視鏡装置１Ｃの内視鏡２の先端側の端部を示す概略図である。図４４は、内視鏡２の全体を示す概略図である。図４５は、レーザ内視鏡装置１Ｃの制御構成を示すブロック図である。

　図４５に示すように、レーザ内視鏡装置１Ｃは、内視鏡２を有する撮像部１０、制御部５０および画像処理部７０を備えている。また、レーザ内視鏡装置１Ｃは、レーザ発振器６０、光学部品６５を有している。

　また、レーザ内視鏡装置１Ｃは、染色剤を、生体の内部に供給する染色剤供給部４０を備えている（図１２参照）。本実施の形態では、上記知見５または知見６にて示した染色剤を用いる。

　レーザ発振器６０Ｃから発振されたレーザＬ１は、光学部品６５Ｃであるダイクロイックミラー６６Ｃにより反射され、さらに、内視鏡２内のミラー１９Ｃにより反射されて生体に照射される。レーザＬ１が照射された生体細胞は蛍光を発生し、その蛍光による光がミラー１９Ｃで反射され、ダイクロイックミラー６６Ｃを透過して光検出器３５Ｃで検出される。光検出器３５Ｃで検出された光は電気信号に変換され、画像処理部７０にて画像形成される。蛍光の色は染色剤によって変わるため、光検出器３５Ｃを複数備え、光検出器３５Ｃの前に色を分離する光学フィルタを置いて分離することができる。これらの動作や各部品の機能、役割は図１５のものとほぼ同一であるが、共焦点レーザ装置が多光子レーザ装置とは原理的に異なるため、それぞれの構成番号に「Ｃ」を付けて区別している。

　レーザ発振器６０Ｃとしては、波長４０５～９８０ｎｍの範囲で段階的可変できるレーザを複数種類備え、測定対象の蛍光反応の特性に応じて波長が選ばれる。パルス駆動であっても連続発振駆動であってもよい。パルス駆動の場合は数十キロＨｚ以上、デューティが５％～５０％で撮像の掃引周波数との関係で、鮮明な画像が得られる範囲が選択される。本実施の形態におけるレーザＬ１は、共焦点レーザであり、レーザ発振器６０Ｃは、例えば、波長が４０５ｎｍで、出力が３０ｍＷまで出せるレーザを用いている。このレーザの撮像時のレーザ出力は５～１０ｍＷの範囲で出射しているがこれに限定されない。なお、レーザ発振器６０Ｃでは、レーザＬ１の強度を染色度合い、蛍光の度合いに応じて調整することも可能である。

　光学部品６５であるダイクロイックミラー６６Ｃは、レーザＬ１と同一の波長については反射し、その他の波長の光を透過させる。したがって、レーザ発振器６０Ｃから発振されたレーザＬ１は、ダイクロイックミラー６６Ｃによってミラー１９Ｃに向かって反射される。一方、生体細胞において発生した蛍光は、ミラー１９Ｃを反射した後、ダイクロイックミラー６６Ｃを通過し、光検出器３５Ｃに到達する。なお、光学部品６５Ｃは、プリズムや４／λ板などで構成することもできる。

　撮像部１０は、内視鏡２および光検出器３５Ｃを備えており、生体の内部にレーザＬ１を当てることで生体の内部の細胞形態を撮像する。

　光検出器３５Ｃは、レーザＬ１を当てることで発生した蛍光を検出し、その蛍光を蛍光強度に応じた電気信号に変換する。光検出器３５Ｃとしては、例えば、光電子増倍管、ＣＣＤ半導体イメージセンサなどを用いることができる。共焦点レーザ機能としてピンホールなどを備えている。

　内視鏡２は、図４４に示すように、内筒１２と、内筒１２の一部の外側を囲む外筒１３とを備えている。内筒１２、および、外筒１３の一部は、生体の内部に挿入される。内筒１２の長さは、例えば５０ｍｍであり、内筒１２の外径は、例えば３～１０ｍｍである。内筒１２には直動アクチュエータが取付けられており、内筒１２は、外筒１３に対して軸方向Ｘに２５ｍｍほど移動可能となっている。また、内筒１２には超音波モータが取りけられており、内筒１２は、外筒１３に対して３６０°回転可能となっている。内筒１２の軸方向Ｘの動作、または、回転方向Ｒの動作は制御部５０により制御される。

　内視鏡２の内筒１２の先端側の端部には撮像ヘッド１１が設けられている。撮像ヘッド１１は、図４３に示すように、挿入管２０の脇を通って、内筒１２とともに生体の内部に挿入される。撮像ヘッド１１は、内筒１２の軸方向Ｘおよび回転方向Ｒの動作により、生体の内部を移動するように制御される。

　撮像ヘッド１１は、対物レンズ１６Ｃ、焦点可変部１８、スペーサ１７およびミラー１９Ｃを有している。

　ミラー１９Ｃは、前述したように、レーザ発振器６０Ｃから出力されたレーザＬ１を対物レンズ１６Ｃに向けて方向転換し、または、生体細胞により蛍光された光を光検出器３５Ｃに向けて方向転換する部品である。

　対物レンズ１６Ｃは、生体の内壁面１１３に対向して設けられる。対物レンズ１６は、例えば、直径が１０ｍｍ、倍率が１０倍、解像度が５μｍ、撮像視野が３ｍｍ×３ｍｍである。または、対物レンズ１６は、直径が１２ｍｍ、倍率が４０倍、解像度が１０μｍ、視野が７．５ｍｍ×７．５ｍｍｍである。撮像視野は広いほどよい。また、対物レンズ１６Ｃは左記した直径のレンズの一部をカットするか、同様の解像度を得られる対物レンズとして生体内に挿入しやすい３ｍｍ～５ｍｍの直径としたものを用いることができる。

　なお、対物レンズ１６Ｃを内壁面１１３に対して傾けて配置してもよい。対物レンズ１６Ｃを傾けた状態で撮像することで、上皮１２０および腺１３０の両方の細胞形態を同時に観察することが可能となる。

　焦点可変部１８は、例えば圧電アクチュエータ、または電磁アクチュエータであり、対物レンズ１６Ｃを光軸の方向に移動させることで、対物レンズ１６Ｃの焦点位置を変える。焦点可変部１８は、制御部５０により動作制御され、焦点を内壁面（粘膜表面）１１３から深さ０～７５μｍの範囲で調整できるようになっている。焦点位置を変えることで、消化管１１２の内壁面１１３から所定の深さにおける生体の状態を撮像することができる。

　スペーサ１７は、例えば環状であり、対物レンズ１６Ｃと内壁面１１３との間の空間の周囲に設けられる。スペーサ１７は、対物レンズ１６Ｃが生体の内壁に触れないようにするため、また、対物レンズ１６Ｃと内壁面１１３との距離を一定に維持するための部品である。対物レンズ１６Ｃと内壁面（粘膜表面）１１３との距離は、撮像開始前にスペーサ１７を取り替えるか、アクチュエータなどで可変とする機構を付加することにより、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲の適切な値に設定される。制御部５０は、スペーサ１７を内壁面１１３に当接させながら撮像ヘッド１１（内筒１２）を移動制御し、内壁面１１３に対する対物レンズ１６Ｃの距離を一定に維持する。

　制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成される。制御部５０は、内筒１２を介して撮像ヘッド１１の動作を制御する。具体的には、制御部５０は、撮像ヘッド１１を、消化管１１２の内壁の内周を沿うように周方向に移動制御し、また、消化管１１２の管路方向（消化管の軸）に沿うように移動制御する。また、制御部５０は、焦点可変部１８の動作を制御することで、対物レンズ１６Ｃの光軸方向の位置を変え、生体の内部に結ばれる焦点位置を制御する。また、制御部５０は、レーザ発振器６０Ｃを制御することで、レーザ出力を調整することもできる。

　画像処理部７０は、光検出器３５Ｃにより変換された電気信号（蛍光強度）と、制御部５０から送られる撮像部１０の座標位置とを対応づけて記憶し、これらのデータを処理してデジタル画像を生成する。生成されたデジタル画像は、例えば、モニタに表示されたり、プリントアウトされたり、記憶装置に記録されたりする。撮像部１０の座標位置の例としては、患者の基準となる箇所（例えば喉や肛門など）からの距離と、撮像ヘッド１１の回転角度などを用いることができる。

　本実施の形態に係る共焦点型のレーザ内視鏡装置１Ｃは、生体の内部に挿入される撮像ヘッド１１を有し、撮像ヘッド１１を介して生体にレーザを当てることで生体を撮像する撮像部１０と、撮像ヘッド１１の作動を制御する制御部５０とを備えている。撮像ヘッドは１０、対物レンズ１６Ｃと、対物レンズ１６Ｃの焦点位置を生体の深さ方向に変えることのできる焦点可変部１８とを有し、制御部５０は、焦点位置が、生体の内部の粘膜表面から１０μｍ以上１００μｍ以下（望ましくは１０μｍ以上７０μｍ以下）の深さのうち、所定深さとなるように焦点可変部１８を作動し、撮像部１０は、生体の内部の細胞群を選択的に有彩色に染色する染色剤に少なくとも２分間、好ましくは５分以上接触して染色された細胞群にレーザを当てるとともに、所定深さにおける染色された細胞群を撮像する。ここで対物レンズ１６Ｃと粘膜表面の位置を一定に保ち焦点を制御する方法について説明する。図４５の１７１は第２のレーザ発信器であり、例えば波長６８０ｎｍ、出力５ｍＷ程度の参照光として連続平行光を発振している。ビームスプリッターまたハーフミラー等で、レーザ発振器６０Ｃと同じ光路に挿入される。図４５では理解しやすくするために少し位置をずらした破線でその光路Ｌ２を示している。前記参照光Ｌ２は検査用のレーザ光Ｌ１とほぼ同じ経路をたどるが、ビームスプリッター１７３で光路を変え、焦点制御光学部１７４に入る。ここでは円柱レンズとビームスプリッター等で、対物レンズ１６Ｃの焦点位置が変動した場合、その変動量が検出できるような光学部品構成になっている。１７５は光検出器であり通常２または４個のブロックに分かれた光検出器で検出された光は、差動アンプなどで対物レンズ１６Ｃと粘膜表面相対位置変動に比例した電気信号に変換される。このような対物レンズの位置制御は光ディスク装置等で用いられており、内視鏡装置への応用は十分に可能である。ここで、内視鏡装置として注意すべきことは、撮像用のレーザ光Ｌ１と参照光Ｌ２が、分離しやすいようになるべく波長を違えておくことが好ましい。波長を１００ｎｍ以上離すことで分離特性の良い、撮像系、焦点制御系の光特性を得ることができる。また上記のような焦点制御系を有する場合は、その制御系内にバイアス電圧を加えることで、焦点位置を微調整することができる。このバイアス電圧を段階的に変えることにより自動的にレーザ光Ｌ１の焦点位置を深さ方向に制御する事ができる。

　また光学部品である１１Ｃ、３５Ｃ、６５Ｃ、６６Ｃ、１７２、１７３、１７４は、Ｌ１、Ｌ２のレーザ波長によって透過率や反射率が大きく左右されるため、レーザ波長に合わせたモジュール化を行い複数種類準備することで、使用する染色剤や被検査部位によってレーザ波長を変えた場合でも、容易に対応する事ができる。

　このように共焦点型のレーザ内視鏡装置１Ｃであっても、染色時間を十分取ることによって、生体の内壁面（粘膜表面）１１３から１０μｍ以上７０μｍ以下の深さにおける画像を取得することが可能となっている。これにより、容易に、病変を見つけることが可能であり、また、波長やレーザ強度を選ぶことで患者に対してレーザの負荷を与えずに画像を取得することができる。

　（その他の例）
　以上、本発明の実施の形態に係るレーザ内視鏡装置１～１Ｃについて説明したが、本発明は、上記実施の形態およびその変形例には限定されない。例えば、上記実施の形態およびその変形例に次のような変形を施した態様も、本発明に含まれ得る。

　上記した実施の形態ではクルクミン等の染色剤により染色した場合について説明した。一方、粘膜表面から深さ１０μｍ～１０００μｍ内部の細胞の形態を可視化すること、および画像の消化管の全周性パノラマ画像化による、がんを見逃し無く検出することは、無染色の消化管粘膜からも可能である。ここで、細胞の形態とは個々の細胞の細胞質や、核の形や腺の陰窩の配列パターン、毛細血管走行パターン等が上げられる。上記した検出を可能としているのは、細胞内の化学物質ＦＡＤ（flavin　adenine　dinucleotide）、ＮＡＤ（nicotinamide　adenine　dinucleotide）などのレーザ励起により、一定量の蛍光を発するからである。これは共焦点レーザ顕微鏡でも、多光子レーザ顕微鏡で観察した場合でも同様である。ただし課題としては、励起レーザ光を大量に照射する必要があることである。クルクミンなどを用いた生体染色後の画像化に必要な光の量の２０倍程度以上であり、生体細胞へのダメージが大きくなる恐れがあるが、検出系の感度を上げることで改善されるものである。

　他の実施の形態として、図４６に共焦点レーザ顕微鏡で観察した場合を示す。

　図４６は無染色のマウス大腸粘膜内面において、共焦点レーザ顕微鏡を用いて撮影したものである。まず任意の場所の表面の画像（ａ）と、その場所の表面から１０μｍ内部の画像（ｂ）を左列上下で示している。また上記の場所から約１００μｍずれた場所の表面の画像（ｃ）と、その場所の表面から１０μｍ内部の画像（ｄ）を示す。さらに、陰窩の配列パターンを目印として、１０μｍ内部の画像（ｂ）と画像（ｄ）とを合成してつなぎ合わせた画像（ｄ）を示す。ここでスケールバーは、１００μｍである。

　次に図４７では多光子レーザ顕微鏡で観察した場合を示す。

　図４７は、無染色のマウス大腸粘膜内面において、多光子レーザ顕微鏡を用いて撮影した画像である。まず左列に任意場所の表面の画像（ａ）と、その場所の表面から２５μｍ内部の画像（ｂ）を示す。また、右列に上記の場所から約４００μｍずれた場所の表面の画像（ｃ）とその場所の表面から２５μｍ内部の画像（ｄ）を示す。さらに、陰窩の配列パターンを目印として、２５μｍ内部の画像（ｂ）と画像（ｄ）をつなぎ合わせた画像（ｅ）を示す。このことを連続して行うことでパノラマ化が実現できる。画像（ｂ）の矢印ｅ１と画像（ｄ）の星印ｅ２は、合成した画像（ｅ）の矢印ｅ１と星印ｅ２に対応している。同図におけるスケールバーは、１００μｍである。また、画像（ｅ）をズーム倍率２倍で撮影した画像（ｆ）では、上皮細胞や腺細胞の細胞質が明るく見える。また、矢印で示す核１３５の部分は暗く見える。画像（ｆ）のスケールバーは１００μｍである。

　ここで示したように、染色しない場合においても、核や陰窩が画像的に把握できれば、細胞をクルクミンなどで染色した実施の形態で示したがんの検出方法を利用することができものである。それは細胞の形状および明るさの比較であってもよく、画像上の核や陰窩を利用した線分や線分で囲まれる面積の比較であってもよい。

　例えば、本実施の形態では、二重染色を行う場合、染色剤を１種類ずつ用いて順に染色したが、それに限られず、複数の色素を予め混合して両方を含む混合染色剤を作り、この混合染色剤を用いて同時に染色してもよい。

　また、本実施の形態では、２色の染色剤を用いる二重染色で生体を染色して撮像したが、それに限られず、２色以上の染色剤を用いる多重染色で生体を染色して撮像することも可能である。

　例えば、生体の細胞群に対し３色以上の多重染色を行う場合は、次の方法が挙げられる。まず、色素Ａ１を含む染色剤Ａを用いて染色したのち染色剤Ａを回収する。その後、色素Ｂ１を含む染色剤Ｂを用いて染色した後、染色剤Ｂを回収する。その後、色素Ｃ１を含む染色剤Ｃ１を用いて染色した後、染色剤Ｃ１を回収する。これにより多重染色を行うことができる。この場合、１色ずつが細胞群に確実に触れることになるので、各細胞の染色性を向上させることができる。

　また、多重染色を行うその他の方法としては、複数の色素Ａ１、Ｂ１、Ｃ１を予め混合した混合液ＡＢＣを作製し、この混合液ＡＢＣを用いて染色する方法が挙げられる。これによれば、短時間での染色が可能になる。

　さらに、レーザ内視鏡装置を用いて検査する前に、処置される経口の洗浄液に粘膜洗浄剤や染色剤などを含ませることで簡易的に染色することも、本発明の範囲である。

　例えば、本実施の形態では、レーザ内視鏡装置１のレーザとして多光子レーザを用いたが、これに限られず、共焦点レーザ１Ｃを用いることも可能である。

　また、本実施の形態における撮像ヘッド１１のスペーサ１７は、環状に限られず、対物レンズ１６と内壁面１１３との間の空間を囲うように設けられた複数の部材であってもよいし、対物レンズ１６と内壁面１１３との間の空間を挟む一対の部材であってもよい。

　また、生体内部を撮像する際に生体が動いてしまう場合は、制御部５０を用いて焦点可変部１８を前記した参照レーザ光などを用いてフォーカス制御することで、ピント合わせしながら撮像してもよい。また、制御部５０にて対物レンズを正弦波状または階段波状に一定周期で駆動するウォブル信号と画像を対応づけて処理することで、撮像位置を合わせながら撮像してもよい。

　また、本実施の形態では、消化管１１２の内壁面（粘膜表面）１１３からの深さ位置を特定しながら撮像を行い、深さ情報と画像情報を対応させて記憶し、同じ深さ位置にて撮像した画像を合成することで合成画像を生成しているが、それに限られない。例えば、深さ位置を認識せずに、深さ位置および撮像領域Ｐが異なる複数の画像を取得し、これら複数の画像から類似画像や繋がりのある画像を抽出し合成することで合成画像を生成してもよい。

　また、本実施の形態では、生体内部の細胞を染色剤により染色させた後、レーザ内視鏡装置１を用いて撮像したが、それに限られず、染色剤による染色を行わなくても多光子レーザによるレーザ内視鏡装置を用いれば、生体内部の細胞形態の撮像を行うことが可能である。例えば、多光子レーザを照射すると、細胞内に普遍的に存在する化合物（例えばＮＡＤ：nicotinamide　adenine　dinucleotide）などにより、多光子レーザの半分の波長の光が細胞内で発生し、発生した光がＮＡＤなどの化合物に当たって自家蛍光するので、外来性の染色を行わなくても、生体内部の細胞形態の画像を取得することができる。

　また、消化管の管路方向（軸方向）は直線状に限られず、曲線状であっても本発明を適用することができる。

　また、本実施の形態におけるレーザ内視鏡装置１～１Ｃは、消化管以外の管腔臓器（気管支、膀胱・尿管など）にも適応可能であり、さらに、表面から深さ１ミリ以内という制約はあるが、腎臓、肝臓、脳、網膜などの細胞構造も可視化できる。

　上記した実施の形態では、レーザ顕微鏡、レーザ内視鏡と記載しているが、表皮などの撮像、診断を行う場合は顕微鏡機能、消化管などの内臓の撮像，診断を行う場合は顕微鏡機能を有する内視鏡として扱われるものである。

　本発明に係るレーザ内視鏡装置は、消化管、呼吸器、腎泌尿器、子宮卵巣生殖器および脳脊髄神経などにおいて発生した病変を、広範囲に漏れなく撮像し、また、治療する場合に使用される。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ　レーザ内視鏡装置
２　　　内視鏡
１０　　撮像部
１１　　撮像ヘッド
１２　　内筒
１３　　外筒
１５　　アーム
１６、１６Ｃ　対物レンズ
１７　　スペーサ
１７ａ　ホイール
１８　　焦点可変部
１９、１９Ｃ　ミラー
２０　　挿入管
２１　　第１バルーン
２２　　第２バルーン
２３　　押付け部材
２４　　支えローラ
２５　　拡張機構
２６　　摺動部材
２７、２８　関節機構
２９　　ジャイロセンサ
３０　　圧力センサ
３１　　伸縮スペーサ
３５、３５Ｃ　光検出器
４０　　染色剤供給部
４２　　供給口
４２ａ　吐出口
４３　　回収口
４５　　染色剤
５０　　制御部
５１　　第１の焦点可変モード
５２　　第２の焦点可変モード
６０、６０Ｃ　レーザ発振器
６５、６５Ｃ　光学部品
６６、６６Ｃ　ダイクロイックミラー
７０　　画像処理部
８１　　角度検出器
８２　　リニアスケール
１０２　多光子レーザ顕微鏡
１１２　消化管
１１３　消化管の内壁面（粘膜表面）
１１３ａ　凹凸部位
１１４　消化管の軸
１２０　上皮
１２１　上皮細胞
１２５　上皮細胞の核
１２６　上皮細胞の細胞質
１３０　腺
１３１　腺細胞
１３２　毛細血管
１３３　結合組織
１３５　腺細胞の核
１３６　腺細胞の細胞質
１３７　基底膜
１３８　陰窩（いんか）
１５２　がん細胞集団
１６０　粘膜筋板
Ａ、Ｂ　染色剤
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３　撮像領域
Ｐａ、Ｐｂ　撮像領域の重なった領域
Ｌ　　　レーザ
Ｒ　　　周方向（回転方向）
Ｓ　　　閉じた空間
Ｘ　　　軸方向

Claims

　生体の内部に挿入される撮像ヘッドを有し、前記撮像ヘッドを介して前記生体にレーザを当てることで前記生体を撮像する撮像部と、
　前記撮像ヘッドを前記生体の内部にて移動するように制御する制御部と、
　前記撮像部により撮像した画像を処理する画像処理部と
　を備え、
　前記撮像部は、前記撮像ヘッドの移動に伴って撮像する複数の撮像領域を、隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、
　前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせて合成画像を生成する
　レーザ内視鏡装置。
　前記撮像部は、前記生体の内部の粘膜表面から１０μｍ以上１０００μｍ以下の深さのうち、所定深さにおける前記撮像領域を撮像し、
　前記画像処理部は、前記所定深さにおける前記合成画像を生成する
　請求項１に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記制御部は、前記撮像ヘッドが前記生体に対して一定距離を保った状態で走査するように、前記撮像ヘッドを移動制御する
　請求項１または２に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記撮像ヘッドは、前記生体に対向して配置される対物レンズと、前記対物レンズと前記生体との間の空間の周囲に設けられるスペーサとを有し、
　前記制御部は、前記スペーサが前記生体に当接するように前記撮像ヘッドを移動制御することで、前記一定距離を維持する
　請求項３に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記生体は、消化管であり、
　前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の内周に沿って移動するように制御し、
　前記撮像部は、前記撮像ヘッドの移動に伴って撮像する複数の撮像領域を、周方向に隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、
　前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせてパノラマ画像を生成する
　請求項１～４のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記生体は、消化管であり、
　前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の軸を中心に回転するように制御し、
　前記撮像部は、前記撮像ヘッドの回転に伴って撮像する複数の撮像領域を、回転方向に隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、
　前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせてパノラマ画像を生成する
　請求項１～４のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の軸を中心に公転するように制御する
　請求項６に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の軸を中心に螺旋方向に移動するように制御する
　請求項７に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記制御部は、前記撮像ヘッドを前記消化管の管路方向に沿って移動するように制御し、
　前記撮像部は、前記撮像ヘッドの移動に伴って撮像する複数の撮像領域を、前記管路方向に隣り合う撮像領域の一部が重なるように撮像し、
　前記画像処理部は、前記複数の撮像領域の重なった領域を互いに重ね合わせて前記パノラマ画像を生成する
　請求項５～８のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記撮像ヘッドは、対物レンズと、前記対物レンズの焦点位置を前記生体の細胞表面より深さ方向に変えることのできる焦点可変部とを有し、
　前記制御部は、前記焦点可変部を作動させることで、前記焦点位置を変え、
　前記撮像部は、前記焦点位置の変更に伴って深さの異なる複数の撮像領域を撮像し、
　前記画像処理部は、前記撮像部の撮像により得られた複数の画像を前記焦点位置に対応させて配置することで、前記生体の内部の立体画像を得る
　請求項１～９のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記制御部は、前記焦点位置を第１のピッチで変更させる第１の焦点可変モードと、前記第１のピッチよりも小さいピッチである第２のピッチで前記焦点位置を変更させる第２の焦点可変モードとを有し、前記第１の焦点可変モードにおいて前記撮像を行った後、前記撮像により得た画像の中に病変の疑いがある部分が存在する場合に、前記病変の疑いがある部分の画像を撮像した際の焦点位置の近辺において、前記第２の焦点可変モードで前記撮像を行う
　請求項１０に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記制御部は、病変がない状態にある正常細胞の画像を予め記憶し、前記第１の焦点可変モードで得た画像と前記正常細胞の画像とを、形状および明るさのうちの少なくとも一方について比較し、前記病変の疑いを判断する
　請求項１１に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記制御部は、前記撮像部により得られた画像の中に病変した細胞が存在する場合に、撮像時よりも前記レーザの出力を上げ、前記病変した細胞に前記出力を上げたレーザを当て、前記病変した細胞を除去する
　請求項１～１２のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記レーザは、多光子レーザである
　請求項１～１３のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　さらに、
　前記生体の内部の細胞群を選択的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、
　前記撮像部は、前記染色剤供給部により染色された前記細胞群を撮像する
　請求項１～１４のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　さらに、
　前記生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、
　前記撮像部は、前記染色剤供給部により２色以上に染色された前記細胞群を撮像する
　請求項１～１４のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。
　生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部と、
　前記染色剤供給部により染色された前記細胞群にレーザを当てることで前記細胞群を撮像する撮像部と
　を備えるレーザ内視鏡装置。
　前記染色剤は、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類およびアシッドレッド（ＡｃｉｄＲｅｄ）の両方を含む染色剤、または、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類を含む染色剤とアシッドレッド（ＡｃｉｄＲｅｄ）を含む染色剤とによる２つの染色剤である
　請求項１７に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記染色剤は、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類およびファストグリーンＦＣＦ（ＦａｓｔＧｒｅｅｎＦＣＦ）の両方を含む染色剤、または、クルクミン（Ｃｕｒｃｕｍｉｎ）類を含む染色剤とファストグリーンＦＣＦ（ＦａｓｔＧｒｅｅｎＦＣＦ）を含む染色剤とによる２つの染色剤である
　請求項１７に記載のレーザ内視鏡装置。
　生体の内部の細胞群のうち、がん細胞の周辺に位置する前記がん細胞以外のがん細胞周辺細胞群を特異的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部と、
　前記染色剤供給部により染色された前記生体内部の細胞群にレーザを当てることで前記がん細胞周辺細胞群を視覚的に判別できる画像を撮像する撮像部と
　を備えるレーザ内視鏡装置。
　前記染色剤は、ローズベンガル（ＲｏｓｅＢｅｎｇａｌ）を含む染色剤である
　請求項２０に記載のレーザ内視鏡装置。
　生体の内部に挿入される撮像ヘッドを有し、前記撮像ヘッドを介して前記生体にレーザを当てることで前記生体を撮像する撮像部と、
　前記撮像ヘッドの作動を制御する制御部と
　を備え、
　前記撮像ヘッドは、対物レンズと、前記対物レンズの焦点位置を前記生体の細胞表面より深さ方向に変えることのできる焦点可変部とを有し、
　前記制御部は、前記焦点可変部を作動させることで、前記焦点位置を変え、
　前記撮像部は、前記焦点位置の変更に伴って生体の内部の粘膜表面から深さの異なる複数の撮像領域を撮像する
　レーザ内視鏡装置。
　前記撮像部は、前記生体の内部の粘膜表面から０μｍ以上１０００μｍ以下の深さのうち、所定範囲の深さにおける前記撮像領域を撮像し、撮像した画像と前記深さ情報を対応させて記憶し、
　前記撮像部により撮像した画像を処理する画像処理部を備え、
　前記画像処理部は、前記撮像部の撮像により得られた複数の画像を前記焦点位置に対応させて配置することで、前記生体の内部の立体画像を生成する
　請求項２２に記載のレーザ内視鏡装置。
　さらに、
　前記生体の内部の細胞群を選択的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、
　前記撮像部は、前記染色剤供給部により染色された前記細胞群を撮像する
　請求項２３に記載のレーザ内視鏡装置。
　さらに、
　前記生体の内部の細胞群を細胞の種類によって異なる選択的な２色以上の有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、
　前記撮像部は、前記染色剤供給部により２色以上に染色された前記細胞群を撮像する
　請求項２３に記載のレーザ内視鏡装置。
　さらに、
　生体の内部の細胞群のうち、がん細胞の周辺に位置する前記がん細胞以外のがん細胞周辺細胞群を特異的に有彩色に染色するための染色剤を、前記生体の内部に供給する染色剤供給部を備え、
　前記撮像部は、前記染色剤供給部により染色された前記がん細胞周辺細胞群を撮像する
　請求項２３に記載のレーザ内視鏡装置。
　前記画像処理部は、前記複数の画像を、前記染色された前記細胞群を含む位置で切断することで、前記染色された前記細胞群の断面画像を生成し、
　前記制御部は、前記断面画像に表わされた前記細胞群が染色されている深さに基づいて、病変の疑いを判断する
　請求項２４～２６のいずれか１項に記載のレーザ内視鏡装置。