WO2018122905A1 - 照明装置 - Google Patents

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WO2018122905A1
WO2018122905A1 PCT/JP2016/088657 JP2016088657W WO2018122905A1 WO 2018122905 A1 WO2018122905 A1 WO 2018122905A1 JP 2016088657 W JP2016088657 W JP 2016088657W WO 2018122905 A1 WO2018122905 A1 WO 2018122905A1
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WO
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light
visible light
light emitting
emitting unit
unit
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PCT/JP2016/088657
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English (en)
French (fr)
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菅野　哲生
大河 北口
宜永 梶本
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三菱電機エンジニアリング株式会社
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—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
    • A61B1/06—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
    • A61B1/0655—Control therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/30—Devices for illuminating a surgical field, the devices having an interrelation with other surgical devices or with a surgical procedure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides

Definitions

  • the present invention relates to an illuminating device, and more particularly to an illuminating device used for observation / diagnosis using excitation / fluorescence characteristics of a fluorescent contrast agent.
  • fluorescence observation of blood flow in blood vessels and intravenous observation of lesion tissues by intravenous administration of indocyanine green (ICG) have been performed for some time.
  • fluorescence of 830 to 840 nm can be obtained by irradiating excitation light in the near infrared light region of 750 to 790 nm.
  • Both the excitation light applied to the observed part and the fluorescence emitted from the observed part have near-infrared wavelengths, and these wavelengths are in a wavelength region that cannot be seen by the human eye. Therefore, in practice, the fluorescence obtained by the excitation light irradiation is imaged by a dedicated camera, and the imaged data is displayed on the monitor screen to observe the observed portion.
  • 5ALA 5-aminolevulinic acid
  • PpIX protoporphyrin IX
  • 5ALA is non-invasive, in recent years, such photodynamic treatment and diagnosis have attracted attention, and examples of performing cancer cell resection surgery using 5ALA are increasing.
  • 5ALA is pre-administered in the patient's body by oral administration, and surgery is started in a state where 5ALA is accumulated in advance in cancer cells.
  • the operator uses a normal illumination (xenon lamp, etc.) until the affected area can be sufficiently confirmed while irradiating the affected area with visible light having a wavelength of 405 nm. , Expose the affected area. In that state, switching from normal illumination to illumination that emits visible light having an excitation wavelength of 405 nm.
  • the operator confirms the emission of the red fluorescence and grasps the position of the cancer cell in the affected area. Thereafter, the surgeon returns to normal lighting and performs an actual resection operation. After the resection, the operator irradiates the affected area with visible light having an excitation wavelength of 405 nm again, and observes the degree of red fluorescence emitted from the affected area to finally confirm whether the cancer cells have been sufficiently excised. Finish.
  • 5ALA emits fluorescence at a wavelength of about 635 nm by being excited by irradiation with light having a wavelength band of 380 to 420 nm, preferably a wavelength of about 405 nm.
  • PpIX is gradually metabolized in cancer cells, it has been found that when the excitation light continues to be irradiated, the fluorescence luminance decreases with time. This phenomenon is called fluorescence quenching phenomenon or photobleaching. Therefore, depending on the type of contrast agent, the accuracy of fluorescence observation is significantly reduced after a certain period of time, so that there are cases where time constraints may occur in order to perform accurate fluorescence observation.
  • Patent Document 1 discloses a method of irradiating excitation light of 308 nm to 420 nm and irradiating light of 625 nm to 642 nm to necrotize the lesioned tissue. There is no disclosure about the problem of preventing the decrease of the above. For this reason, the operation of normal lighting is not disclosed or suggested at all.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an illumination device capable of suppressing the progress of the fluorescence quenching phenomenon.
  • the present invention provides a first light-emitting unit that emits light in a first wavelength band that is in the excitation light band that causes fluorescence emission using the excitation / fluorescence characteristics of a fluorescent contrast agent and is near the maximum wavelength of excitation efficiency.
  • a second light emitting unit that emits light in a second wavelength band not including the first wavelength band, a first light emission control unit that controls the first light emitting unit, and a second light emitting unit that controls the second light emitting unit.
  • a second light emission control unit, and a control unit that selectively controls the first light emission unit and the second light emission unit by controlling the first light emission control unit and the second light emission control unit, When the second light emitting unit emits light, the first light emitting unit does not emit light.
  • the illumination device includes a first light emitting unit that emits first light having a wavelength in a first wavelength band, and a second light having a wavelength in a second wavelength band that does not include the first wavelength band.
  • a second light emitting unit that emits the first light, and the first light and the second light are selectively emitted under the control of the control unit, so that the excitation light is set to the first light.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microscope system using an illumination device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing wavelength characteristics of light emission in the illumination device according to Embodiment 1
  • FIG. 3 is a graph for comparing fluorescence extinction phenomena of the illumination device according to Embodiment 1
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microscope system using an illumination device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing wavelength characteristics of light emission in the illumination device according to Embodiment 1
  • FIG. 3 is a graph for comparing fluorescence extinction phenomena of the illumination device according to Embodiment 1
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microscope system using an illumination device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing wavelength characteristics of light emission in the illumination device according to Embodiment 1
  • FIG. 3 is a graph for comparing fluorescence extinction phenomena
  • an illumination device for performing fluorescence observation and diagnosis of a patient's cancer cells using a surgical microscope by preadministering 5ALA as a fluorescent contrast agent to a patient and the same were used.
  • a microscope system will be described as an example.
  • a doctor or medical staff who performs fluorescence observation and fluorescence diagnosis is hereinafter referred to as an operator (operator).
  • 5ALA itself has no photosensitivity, but 5ALA is accumulated in cancer cells and metabolically activated to protoporphyrin IX (hereinafter referred to as PpIX) in the cancer cells. This emits red fluorescence.
  • PpIX protoporphyrin IX
  • a wavelength band in which PpIx emits red fluorescence is referred to as an excitation light band in which 5ALA PpIX is excited.
  • the illumination device 100 includes an excitation light emission control unit 1, an excitation light emission unit 2, a visible light emission control unit 3, a visible light emission unit 4, and a control.
  • Unit 5 photosynthesis unit 6, and connection unit 7.
  • the lighting device 100 according to the first embodiment is connected to the surgical microscope 120 through the connection unit 7.
  • the microscope system according to the first embodiment includes an illumination device 100 and a microscope 120.
  • FIG. 1 only a part of the microscope 120 is illustrated, and the entire microscope 120 is not illustrated.
  • the excitation light emitting unit 2 emits excitation light having a wavelength in the excitation light band excited by 5ALA PpIX.
  • the wavelength band of the excitation light emitted by the excitation light emitting unit 2 is approximately 380 nm or more and less than 420 nm. Desirably, the wavelength of the excitation light emitted from the excitation light emitting unit 2 is set in the vicinity of the maximum excitation efficiency of 405 nm.
  • the excitation light emission control unit 1 controls the operation of the excitation light emission unit 2.
  • the excitation light emission control unit 1 switches on / off the operation of the excitation light emission unit 2 based on a control signal from the control unit 5.
  • the visible light emitting unit 4 normally emits visible light having a wavelength in the visible light band as a white light source used during surgery.
  • the visible light emitted from the visible light emitting unit 4 is composed of three primary colors of blue light, green light, and red light in order to reproduce white light.
  • the wavelength band of visible light emitted by the visible light emitting unit 4 is approximately 420 nm or more and less than 650 nm.
  • the visible light includes laser blue light near 450 nm, green light 14 near 530 nm, and 640 nm. And nearby red light 15.
  • the visible light emission control unit 3 controls the operation of the visible light emission unit 4.
  • the visible light emission control unit 3 switches on / off the operation of the visible light emission unit 4 based on a control signal from the control unit 5.
  • the wavelength band of general visible light is approximately 380 nm to 780 nm. Accordingly, both the wavelength band of excitation light emitted from the excitation light emitting unit 2 is not less than 380 nm and less than 420 nm, and both the wavelength band of visible light emitted from the visible light emitting part 4 is not less than 420 nm and less than 650 nm, are both general visible light wavelength bands. include.
  • the light combining unit 6 combines the light output from the excitation light emitting unit 2 and the light output from the visible light emitting unit 4.
  • connection unit 7 connects the illumination device 100 and the microscope 120, and guides the light output from the light combining unit 6 of the illumination device 100 to the microscope 120.
  • the control unit 5 controls the entire illumination by an operation from the operator or an external signal.
  • the control unit 5 converts the light guided to the microscope 120 into excitation light emitted from the excitation light emitting unit 2 and visible light emitted from the visible light emitting unit 4 in accordance with an operation from the operator or an external signal. 1 is selected from the above, and the switching operation between excitation light and visible light is performed.
  • connection unit 7 guides the light output of the light combining unit 6 to the microscope illumination optical system 9 a installed in the microscope barrel unit 8. Thus, the light from the illumination device 100 is guided into the microscope 120.
  • the wavelength band of the excitation light emitted from the excitation light emitting section 2 is an excitation light band 10a.
  • the excitation light band 10a is approximately 380 nm or more and less than 420 nm.
  • the excitation light emitting unit 2 emits excitation light 12 near 405 nm.
  • the visible light wavelength band emitted from the visible light emitting section 4 is a visible light band 11.
  • the visible light band 11 is approximately 420 nm or more and less than 650 nm.
  • the visible light emitting unit 4 has three primary colors of light: laser blue light 13a near 450, green light 14 near 530 nm, and red light 15 near 640 nm.
  • the configured visible light is emitted.
  • a light source that independently emits light in the three wavelength bands of the red band, the green band, and the blue band is used.
  • the visible light emitting unit 4 does not contain 5ALA PpIX excitation light and provides visible light at a natural color temperature.
  • the blue light is preferably laser light so as not to affect the excitation light band 10a, but red light and green light may not be laser light.
  • 10b indicates the wavelength characteristic of the excitation light
  • 13b indicates the wavelength characteristic of the LED blue light when an LED light source is used as the visible light emitting unit 4.
  • Reference numeral 17 denotes the wavelength of fluorescence emitted from 5ALA PpIX. As described above, the fluorescence emission wavelength 17 is around 635 nm.
  • the LED blue light 13b has a wider emission band than the laser blue light 13a. However, as shown in FIG. 2, the LED blue light 13b slightly affects the excitation light characteristic 10b.
  • the light source used for the visible light emitting unit 4 is not limited to the laser light source, but may be an LED light source.
  • the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 to emit visible light from the visible light emission unit 4.
  • the wavelength characteristic of the visible light emitted at this time becomes the visible light band 11 and does not substantially include the excitation light band 10a.
  • the operator switches the illumination from visible light to excitation light for the purpose of confirming the position of the cancer cell in the affected part before excision of the cancer cell. That is, the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 to stop the emission of visible light from the visible light emission unit 4 and also controls the excitation light emission control unit 1 to control the excitation light emission unit 2. To emit excitation light. Thereby, excitation light is irradiated to an affected part.
  • 5ALA is accumulated in cancer cells and metabolically activated to PpIX.
  • red fluorescence is emitted. Therefore, when the affected part is irradiated with excitation light, red fluorescence around 635 nm is emitted from the cancer cells present in the affected part. The surgeon can check the excision range of the affected area using the red fluorescence.
  • the surgeon operates the control unit 5 so that the entire surgical field can be observed so that the actual cancer cell can be excised, and the illumination of the microscope 120 is changed to the excitation light.
  • the control unit 5 controls the excitation light emission control unit 1 to stop the emission of excitation light from the excitation light emission unit 2, and also controls the visible light emission control unit 3 to control the visible light emission unit. 4 emits visible light.
  • the emission mode of the visible light band 11 is set again, and the wavelength of the emitted light does not include the excitation light band 10a.
  • FIG. 3 is a graph showing temporal changes in the emission luminance of red fluorescence from PpIX after administration of 5ALA.
  • the horizontal axis represents elapsed time
  • the vertical axis represents emission luminance.
  • 20 indicates a case where no irradiation light is given
  • 21 indicates a case where visible light not including excitation light is irradiated
  • 22 indicates a case where visible light including excitation light is irradiated.
  • the fluorescence quenching phenomenon proceeds with the elapsed time as shown by the graph of 22, but visible light that does not include excitation light.
  • the progress of the fluorescence quenching phenomenon does not progress much as shown by the graph 21.
  • FIG. 4 is an example of wavelength characteristics of light emission in a conventional visible light source, and shows a case where a general xenon light source is used as a visible light emitting unit.
  • 16a indicates the wavelength characteristic of xenon visible light.
  • xenon visible light has characteristics close to sunlight. That is, the wavelength characteristic 16a of xenon visible light includes the wavelength band 380 to 420 nm of 5 ALA excitation light, and therefore also includes the excitation light 12 near the maximum excitation efficiency of 405 nm.
  • a light source that emits light in the visible light band 11 that does not include the excitation light band 10a having a wavelength of 380 to 420 nm shown in FIG. By using as 4, it is possible to significantly suppress the progress of the fluorescence quenching phenomenon as shown in the graph of 21 in FIG.
  • the fluorescence quenching phenomenon can be suppressed more reliably.
  • the laser light emitted from the laser light source is a narrow band whose emission band is about ⁇ 2 nm. Therefore, the laser light source can emit light outside the range of the excitation light band 10a of 5 ALA by selecting the light emission band. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the laser blue light 13a output from the visible light emitting unit 4 configured with a laser light source has little influence on the excitation light characteristic 10b.
  • the emission band of light emitted from the LED light source is wider than that of laser light.
  • the suppression effect on the fluorescence extinction phenomenon tends to be less than when the laser light source is used.
  • the laser light has a narrow output band and a high output peak, it can illuminate the surgical field more brightly and clearly in the visible light band, and the excitation light can be efficiently obtained with high fluorescence luminance. Therefore, it is more desirable to use a laser as a light source.
  • the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 so as to make visible light.
  • the emission of the light emitting unit 4 is stopped, the excitation light emission control unit 1 is controlled, and the excitation light emission unit 2 is operated to emit excitation light.
  • red fluorescence in the vicinity of 635 nm is emitted from the cancer cells. Therefore, the surgeon determines that there is no leftover cancer cell if there is no red fluorescence, and on the other hand, if there is red fluorescence, the surgeon determines that there is no leftover cancer cell. Do. With the above configuration, observation with the fluorescence quenching phenomenon minimized can be performed, so that excision can be performed with high accuracy. If there is any remaining cancer cells, the illumination is switched again to visible light, and the cancer cells are resected again.
  • the illumination device 100 includes the excitation light emitting unit 2 that emits excitation light and the visible light emitting unit 4 that emits visible light, and is excited under the control of the control unit 5.
  • Light and visible light are selectively emitted.
  • excitation light having the excitation wavelength of 5ALA PpIX, which is a fluorescent contrast agent, it is possible to observe cancer cells and observe fluorescence for diagnosis.
  • visible light is emitted when fluorescence observation is not performed during surgery.
  • the visible light has a wavelength in the visible light band 11 that does not include the excitation light band 10a. Thereby, the fluorescence quenching phenomenon during the emission of visible light can be minimized.
  • the excitation light band 10a of 5ALA is substantially wide and overlaps with the visible light band, and even if a light source of the visible light band 11 that does not substantially include the excitation light band 10a is provided, even a slight amount of excitation light band 10a is used as the excitation light. Since it is affected, in reality, it is impossible to completely suppress the fluorescence quenching phenomenon. For this reason, in the present embodiment, the light extinction phenomenon is suppressed by selecting a light source that does not affect the excitation light band 10a as much as possible.
  • the illumination device 100 can switch between excitation light and visible light, the surgeon irradiates the affected area with visible light while confirming the position and range of the cancer cells with the excitation light. Since cancer cells can be excised little by little, it is possible to prevent cancer cells from being left behind and to prevent excision of more than necessary affected areas. Furthermore, an excitation wavelength and a fluorescence wavelength suitable for the type of fluorescent contrast agent are provided, and by selecting these, illumination according to the characteristics and purpose of the fluorescent contrast agent can be realized.
  • the illumination device 100 according to the first embodiment is used as external illumination of the microscope.
  • the illumination device 100 according to the first embodiment is not limited to that case, and the microscope 120 is used. It may be constructed as a built-in type built in.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, an endoscope.
  • the illumination output part is close to the affected part, so by using a laser light source that does not substantially include an extra wavelength band that is a cause of heat generation, it is relatively less affected by other light sources. Thermally safe.
  • the present invention can be widely used for all other devices that require a light source that emits excitation light for a fluorescent contrast agent together with visible light. In any case, it is needless to say that fluorescence observation by excitation light can be performed while suppressing the fluorescence quenching phenomenon during visible light emission as in the case of application to a microscope.
  • the illumination device 100 according to the first embodiment is applied to 5ALA PpIX.
  • the present invention is not limited to this, and any fluorescent contrast agent that causes a fluorescence quenching phenomenon may be used.
  • any fluorescent contrast agent that causes a fluorescence quenching phenomenon may be used.
  • any light source that does not include excitation light and can emit a natural color temperature is limited to the aforementioned wavelength. is not.
  • the light emitting device constituting the visible light emitting unit 4 is not limited to the laser light source, and other light emitting devices such as an LED light source or a xenon light source may be used.
  • the emission wavelength band can be limited to a narrow band, so by setting the required wavelength band according to the selection of the type of excitation light, only the required wavelength band can be efficiently used.
  • band limitation to a wavelength band that is not desired to be affected.
  • the emitted light does not have unnecessary wavelength bands such as ultraviolet rays and infrared rays, so that adverse effects on the eyes of the observer are prevented and temperature rise of the affected area is suppressed. be able to.
  • the lighting device 100 itself generates little heat and does not require a cooler such as a heat sink, the lighting device 100 can be downsized.
  • the illumination device 100 when an LED light source is used, light in a necessary wavelength band can be realized at a lower cost than a xenon light source or a laser light source.
  • the illumination device 100 according to the present embodiment can be easily realized based on a conventional illumination device and by a small change such as addition of a necessary optical filter.
  • the illumination irradiation range is not fixed, and may be set to different ranges for visible light and excitation light, respectively. Moreover, it is good also as a structure which can change an irradiation range according to the input from an operator as needed.
  • the control unit 5 is provided with an irradiation range changing unit for setting the irradiation range, and the surgeon inputs a desired irradiation range with an input device such as a mouse or a touch pen while watching the monitor, for example. In this way, an arbitrary irradiation range can be set.
  • the light outputs of the visible light emitting unit 4 and the excitation light emitting unit 2 are combined and connected to the same microscope illumination optical system 9a, but the connection method is not limited to this, and irradiation to the affected area is performed. Of course, it is also possible to irradiate each of them individually.
  • the light emission methods of the excitation light emitting unit 2 and the visible light emitting unit 4 may be either CW (continuous light emission) or pulse lighting, and under any condition where similar effects can be obtained, It goes without saying that it may be. Note that when a pulse-driven light source is used, power saving and external synchronization are possible as compared to when a CW-driven light source is used.
  • the excitation light emitting unit 2 and the visible light emitting unit 4 are selectively operated.
  • the present invention is not limited to this, and the visible light emitting unit is not limited to the case where the excitation light emitting unit 2 emits light. 4 may be operated.
  • the excitation light emitting unit 2 should not be operated when the visible light emitting unit 4 emits light. Therefore, in the present embodiment, the control unit 5 prevents at least the excitation light emitting unit 2 from emitting light when the visible light emitting unit 4 emits light.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the illumination device according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing wavelength characteristics of light emission in the illumination device according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 4 is a graph showing fluorescence quenching phenomenon comparison according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram showing wavelength characteristics of light emission in a conventional illumination device.
  • the illumination apparatus 100 controls the excitation light emitting unit 2 that emits excitation light having the excitation light band wavelength of 5 ALA PpIX, and the operation of the excitation light emitting unit 2.
  • An excitation light emission control unit 1 that performs the visible light emission unit 4 that emits visible light having a wavelength in the visible light band as a white light source used during normal surgery, and guides the visible light to the external illumination optical system 9b.
  • the visible light emission control unit 3 that controls the operation of the visible light emission unit 4, the connection unit 7 that guides the light output of the excitation light emission unit 2 to the microscope 120, and the entire illumination is controlled by an operation from the operator.
  • symbol is attached
  • the external illumination optical system 9b is independent of the microscope illumination optical system 9a and can individually set the irradiation range. In the normal setting, the external illumination optical system 9b is irradiated in the same range as the microscope illumination optical system 9a, but a different range is set by the operator through the control unit 5 as necessary. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the external illumination optical system 9 b is provided outside the microscope barrel section 8 of the microscope 120. Therefore, the light introduced into the external illumination optical system 9b directly illuminates the affected area without passing through the microscope 120.
  • FIG. 6 The difference in configuration between FIG. 1 and FIG. 5 is that the photosynthesis unit 6 described in FIG. 1 is not provided in FIG. Accordingly, in FIG. 6, the excitation light output from the excitation light emitting unit 2 is directly introduced into the microscope illumination optical system 9 a by the connection unit 7. Further, the visible light output from the visible light emitting unit 4 is directly introduced into the external illumination optical system 9b.
  • the wavelength band of the excitation light emitted by the excitation light emitting unit 2 is the excitation light band 10a.
  • the excitation light emitting unit 2 emits the excitation light 12 in the vicinity of the maximum excitation efficiency of 405 nm.
  • the visible light wavelength of the visible light emitting unit 4 is the visible light band 11.
  • the visible light emitted from the visible light emitting unit 4 is three of the light of the blue light 13a near 450 nm, the green light 14 near 530 nm, and the red light 15 near 640 nm. Consists of primary colors.
  • the lighting device 100 including a light source that emits visible light.
  • the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 to emit visible light from the visible light emission unit 4.
  • the visible light emission wavelength characteristic at this time is only the visible light band 11 not including the excitation light band 10a, as shown in FIG.
  • the irradiation range at this time is relatively wide as in the visible light source irradiation range 30 shown in FIG.
  • the visible light emitted from the visible light emitting unit 4 is introduced into the external illumination optical system 9b to illuminate the affected area. Note that the distance and position of the visible light source irradiation range 30 can be changed by the operator operating the control unit 5 as necessary.
  • the surgeon switches the illumination from visible light to excitation light for the purpose of confirming the position of the cancer cell and the like before excision of the cancer cell. That is, the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 to stop the emission of visible light from the visible light emission unit 4 and controls the excitation light emission control unit 1 to control the excitation light emission unit 2. Operate to emit excitation light. Thereby, red fluorescence around 635 nm is emitted from the cancer cells present in the affected area. Therefore, the surgeon can check the range to be excised using the red fluorescence.
  • the irradiation range at this time is an excitation light source irradiation range 31 set in accordance with the fluorescence observation necessary range 32 as shown in FIG. 6 in order to ensure a good fluorescence observation state. Note that the distance and position of the excitation light source irradiation range 31 can be changed by the operator operating the control unit 5 as necessary.
  • the operator After confirming the red fluorescence position, the operator operates the control unit 5 to switch the illumination of the microscope from the excitation light to the visible light so that the entire surgical field can be observed in order to remove the actual cancer cell. .
  • the control unit 5 controls the excitation light emission control unit 1 to stop the emission of the excitation light emission unit 2 and controls the visible light emission control unit 3 to start the emission of the visible light emission unit 4.
  • Visible light emitted from the visible light emitting unit 4 is introduced into the external illumination optical system 9b to illuminate the affected area. As a result, the light emission mode of the visible light band 11 which does not include the excitation light band 10a is set again.
  • FIG. 3 is a graph showing temporal changes in the emission luminance of red fluorescence from PpIX after 5ALA was administered to a patient.
  • the horizontal axis represents elapsed time
  • the vertical axis represents light emission luminance.
  • 20 indicates no irradiation light
  • 21 indicates irradiation with visible light not including excitation light
  • 22 indicates irradiation with visible light including excitation light. It can be seen from the graph of FIG. 3 that when visible light including excitation light is irradiated, the fluorescence quenching phenomenon proceeds with the elapsed time as shown by the graph of 22, but visible light that does not include excitation light. When light is irradiated, the progress of the fluorescence quenching phenomenon does not progress much as shown by the graph 21.
  • FIG. 4 is an example of emission wavelength characteristics of a conventional visible light source, and shows a case where a general xenon light source is used as a visible light emitting unit.
  • 16a indicates the characteristic of xenon visible light.
  • xenon visible light has characteristics close to sunlight. Therefore, the xenon visible light includes the excitation light 12 that enters the excitation light wavelength band of 380 to 420 nm of PpIX.
  • the fluorescence quenching phenomenon proceeds with time. This corresponds to the timing when the cancer cells are actually excised while irradiating the affected part with a visible light source and before and after.
  • a light source that emits a visible light band 11 that does not include a wavelength of the excitation light band of approximately 380 to 420 nm is used for the visible light emitting unit 4, so that FIG. As shown in FIG. 21, the fluorescence quenching phenomenon can be suppressed.
  • the fluorescence quenching phenomenon can be suppressed more reliably.
  • the laser light emitted from the laser light source is a narrow band whose emission band is about ⁇ 2 nm. Therefore, it is possible to emit light outside the PpIX excitation light band 10a.
  • the laser blue light 13a output from the visible light emitting unit 4 configured with a laser light source has little influence on the excitation light characteristic 10b.
  • the light emitted from the LED light source has a broader emission band than laser light. Therefore, since it affects the excitation light characteristic 10b like the LED blue light 13b shown in FIG. 2, the suppression effect on the fluorescence extinction phenomenon tends to be less than when the laser light source is used. Therefore, it is desirable to use a laser light source as the visible light emitting unit 4.
  • the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 so as to make visible light.
  • the emission of the light emitting unit 4 is stopped, the excitation light emission control unit 1 is controlled, and the excitation light emission unit 2 is operated to emit excitation light.
  • the surgeon confirms the excision state using the red fluorescence near 635 nm emitted from the cancer cells.
  • the illumination device 100 includes the excitation light emission unit 2 that emits excitation light and the visible light emission unit 4 that emits visible light. Visible light is selectively emitted. In this way, by emitting excitation light having the excitation wavelength of 5ALA PpIX, which is a fluorescent contrast agent, it is possible to observe cancer cells and observe fluorescence for diagnosis. Further, visible light is emitted when fluorescence observation is not performed during surgery. The visible light has a wavelength in the visible light band 11 that does not include the excitation light band 10a. Thereby, the fluorescence quenching phenomenon during the emission of visible light can be minimized.
  • 5ALA PpIX which is a fluorescent contrast agent
  • the illumination device 100 can switch between excitation light and visible light, the surgeon irradiates the affected area with visible light while confirming the position and range of the cancer cells with the excitation light. Since cancer cells can be excised little by little, it is possible to prevent cancer cells from being left behind and to prevent excision of more than necessary affected areas.
  • the example in which the illumination device 100 according to the second embodiment is used as external illumination of the microscope 120 has been described.
  • the external illumination but also a built-in type incorporated in the microscope 120 may be used.
  • the illumination device 100 according to the second embodiment can be widely used for an endoscope or other devices that require a light source that emits excitation light for a fluorescent contrast agent together with visible light.
  • the second embodiment is an example applied to 5ALA PpIX.
  • the present invention is not limited to this, and it is a matter of course that the present invention can be applied to any fluorescent contrast agent in which a fluorescence quenching phenomenon occurs.
  • the visible light emitted from the visible light emitting unit 4 the three primary colors of light are used.
  • the visible light source does not include excitation light and can emit a natural color temperature, the above wavelength is used.
  • the light emitting device is not limited to the laser light source, and any light emitting device such as an LED light source or a xenon light source may be used.
  • the illumination irradiation range is not fixed, and may be set to different ranges for visible light and excitation light, respectively. Moreover, it is good also as a structure where an operator can change an irradiation range as needed.
  • the control unit 5 is provided with an irradiation range changing unit for setting the irradiation range so that the operator can arbitrarily set a desired irradiation range while watching the monitor, for example.
  • the light emission methods of the excitation light emitting unit 2 and the visible light emitting unit 4 may be either CW (continuous light emission) or pulse lighting, and under any condition where similar effects can be obtained, It goes without saying that it may be.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing the configuration of the illumination device according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 8 is a diagram showing wavelength characteristics of light emission in the illumination device according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. FIG. 4 is a graph showing comparison of fluorescence extinction phenomenon according to Embodiment 3 of the present invention
  • the illumination apparatus 100 includes an excitation light emitting unit 2 that emits a 5ALA PpIX excitation light band wavelength, and excitation light emission that controls the operation of the excitation light emitting unit 2.
  • Control unit 1 visible light emitting unit 4 that emits a wavelength in the visible light band as a white light source used during normal surgery, visible light emission control unit 3 that controls the operation of visible light emitting unit 4, and excitation light emission From the light combining unit 6 for combining the light output of the unit 2 and the light output of the visible light emitting unit, the connection unit 7 for guiding the light output from the light combining unit 6 to the microscope illumination optical system 9a, and the operator
  • the control part 5 which controls the whole illumination by operation etc. is provided.
  • the illuminating device 100 is provided with the special band filter attaching / detaching part 41 as shown in FIG.
  • the special band filter attaching / detaching unit 41 is connected between the visible light emitting unit 4 and the light combining unit 6.
  • the special band filter attaching / detaching unit 41 inserts or removes the special band filter 18 with respect to the light path output from the visible light emitting unit 4.
  • FIG. 1 The difference between FIG. 1 and FIG. 7 is that a special band filter attaching / detaching portion 41 is provided in FIG. Since other configurations are the same as those in FIG. 1, the same reference numerals are given here, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the wavelength band of the excitation light emitted by the excitation light emitting unit 2 is the excitation light band 10a.
  • the excitation light emitting unit 2 emits the excitation light 12 in the vicinity of the maximum excitation efficiency of 405 nm.
  • the wavelength band of visible light emitted from the visible light emitting unit 4 is the visible light band 11, but actually, the wavelength band of the normal general visible light 16b is approximately 380 nm to 780 nm.
  • the visible light 16b emitted from the visible light emitting unit 4 may pass through the special band filter 18 to cause a slightly unnatural color tone.
  • the special band for example, 5ALA PpIX, may be used. It is possible to emit special visible light 19 that can suppress the excitation light.
  • the special band of the special visible light 19 is, for example, about 420 to 780 nm.
  • the special band filter 18 is a filter that removes light having a wavelength of less than 420 nm.
  • the band of the special visible light 19 that has passed through the special band filter 18 does not include the excitation light band 10a, and therefore does not affect the characteristics of the excitation light 12.
  • the general visible light 16 b having a broad characteristic has a wider band than the special visible light 19. Therefore, as shown in FIG. 8, the visible light 16b includes the wavelength 405 nm at which the excitation efficiency of the excitation light 12 is maximum, and as a result, the visible light 16b affects the excitation light 12. Therefore, the suppression effect on the fluorescence quenching phenomenon is special. There is a tendency to reduce compared to the case where the visible light 19 is used. Therefore, it is desirable to apply the filtering process of the special band filter 18 to the visible light emitted from the visible light emitting unit 4.
  • the surgeon first performs necessary procedures so that the affected area can be directly observed.
  • visible light band illumination is necessary, and the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 to emit visible light 16b from the visible light emission unit 4.
  • the special band filter attaching / detaching unit 41 inserts the special band filter 18 into the path of the visible light 16b.
  • the visible light 16 b becomes the special visible light 19 by passing through the special band filter 18.
  • the special visible light 19 is introduced into the photosynthesis unit 6.
  • the wavelength characteristic of the special visible light 19 is only the visible light band 11 that does not include the excitation light band 10a. In this way, by passing the visible light 16 b through the special band filter 18, it is possible to emit special visible light 19 in a band that has little influence on the excitation light 12 of the special band, for example, 5 ALA PpIX.
  • the surgeon switches the illumination from visible light to excitation light for the purpose of confirming the position of the cancer cell before excision of the cancer cell. That is, the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 to stop the light emission of the visible light emission unit 4, controls the excitation light emission control unit 1, operates the excitation light emission unit 2, and is excited. Emits light. Thus, only the excitation light 12 is emitted from the photosynthesis unit 6. Thereby, red fluorescence around 635 nm is emitted from the cancer cells present in the affected area. Thus, the surgeon can check the excision range using red fluorescence.
  • the operator After confirming the red fluorescence position, the operator operates the control unit 5 to switch the illumination of the microscope from the excitation light to the visible light so that the entire surgical field can be observed in order to remove the actual cancer cell. .
  • the control unit 5 controls the excitation light emission control unit 1 to stop the emission of excitation light from the excitation light emission unit 2 and also controls the visible light emission control unit 3 to control the visible light emission unit. 4 emits visible light 16a.
  • the light emission mode of the visible light band 11 which does not include the excitation light band 10a is set again.
  • the visible light 16 a passes through the special band filter 18. That is, the special visible light 19 having a small influence on the excitation light 12 of 5ALA PpIX is emitted.
  • FIG. 3 is a graph showing temporal changes in the emission luminance of red fluorescence from PpIX after 5ALA was administered to a patient.
  • 20 shows a case where no irradiation light is given
  • 21 shows a case where visible light containing no excitation light is emitted
  • 22 shows a case where visible light containing excitation light is emitted.
  • FIG. 4 is an example of emission wavelength characteristics of a conventional visible light source, and shows a case where a general xenon light source is used for the visible light emitting unit 4.
  • the xenon light source has characteristics close to that of sunlight, and includes light of approximately 380 to 420 nm, which is the PpIX excitation light wavelength band.
  • the illumination device 100 when a xenon light source is used for the visible light emitting unit 4, a combination of a conventional xenon light source and a bandpass filter is used, so that excitation is performed as compared with a case where a laser light source is used.
  • the influence on the light characteristic 10b is relatively large, the suppression of the fluorescence extinction phenomenon may be reduced as compared with the laser light source.
  • the present embodiment is reduced by a small change (minor change) in the specifications of the current lighting device. It is possible to easily realize the illumination device 100 according to the above.
  • the control unit 5 controls the visible light emission control unit 3 so as to make visible light.
  • the emission of the light emitting unit 4 is stopped, the excitation light emission control unit 1 is controlled, and the excitation light emission unit 2 is operated to emit excitation light.
  • the excision state is confirmed by red fluorescence around 635 nm emitted from the cancer cells.
  • the illumination apparatus 100 may be constructed not only externally but also as a built-in type incorporated in a microscope.
  • the illumination device 100 according to the third embodiment can be widely used in an endoscope or other devices that require a light source that emits excitation light for a fluorescent contrast agent together with visible light.
  • the third embodiment is an example applied to 5ALA and PpIX.
  • the present invention is not limited to this, and it is a matter of course that the present invention can be applied to any fluorescent contrast agent in which a fluorescence quenching phenomenon occurs.
  • the three primary colors of light are used for the visible light emitted from the visible light emitting unit 4, but it is a visible light source that does not include excitation light and can emit a natural color temperature. As long as it exists, it is not restricted to the above-mentioned wavelength, Needless to say, the light emitting device is not limited to the laser light source, and any light emitting device such as an LED light source or a xenon light source may be used.
  • the illumination irradiation range is not fixed, and may be set to different ranges for visible light and excitation light, respectively. Moreover, it is good also as a structure where an operator can change an irradiation range as needed.
  • the light outputs of the visible light emitting unit 4 and the excitation light emitting unit 2 are combined and connected to the same illumination optical system.
  • the connection method is not limited to this, and irradiation to the affected area is possible.
  • each can be irradiated individually as long as it can be similarly performed.
  • the light emission methods of the excitation light emitting unit 2 and the visible light emitting unit 4 may be either CW (continuous light emission) or pulse lighting, and under any condition where similar effects can be obtained, It goes without saying that it may be.
  • the special band filter 18 can be attached or detached automatically or manually by the special band filter attaching / detaching unit 41. Although the special band filter 18 is attached or detached in the above description, the filter processing of the special band filter 18 does not affect the color tone of visible light. If there is no problem in normal surgery, the special band filter 18 may be inserted.
  • the functions of the excitation light emission control unit 1, the visible light emission control unit 3, and the control unit 5 are realized by a processing circuit. That is, the illumination device 100 includes a processing circuit for controlling the light emission operation of excitation light, the light emission operation of visible light, and the switching operation of excitation light and visible light. Even if the processing circuit is dedicated hardware, a CPU that executes a program stored in a memory (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP) It may be.
  • a CPU Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP
  • the processing circuit is dedicated hardware, the processing circuit is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof.
  • the functions of the respective units of the excitation light emission control unit 1, the visible light emission control unit 3, and the control unit 5 may be realized by a processing circuit, or the functions of the respective units may be collectively realized by a processing circuit.
  • each function of the excitation light emission control unit 1, the visible light emission control unit 3, and the control unit 5 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are described as programs and stored in a memory.
  • the processing circuit reads out and executes the program stored in the memory, thereby realizing the function of each unit.
  • the lighting device 100 when executed by the processing circuit, results in a step of controlling the light emission operation of the excitation light, a step of controlling the light emission operation of the visible light, and a step of controlling the switching operation of the excitation light and the visible light.
  • the memory corresponds to, for example, a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, or EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like. To do.
  • a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, or EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like.
  • a part is implement
  • the functions of the excitation light emission control unit 1 and the visible light emission control unit 3 are realized by a processing circuit as dedicated hardware, and for the control unit 5, the processing circuit reads and executes a program stored in a memory. By doing so, the function can be realized.
  • the processing circuit can realize the above functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.

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Abstract

照明装置は、蛍光造影剤の励起・蛍光特性を利用して蛍光発光を起こさせる励起光帯域にあって、励起効率最大波長近傍である第１の波長帯域の光を発光させる第１発光部と、第１の波長帯域を含まない第２の波長帯域の光を発光させる第２発光部と、第１発光部を制御する第１発光制御部と、第２発光部を制御する第２発光制御部と、第１発光制御部および第２発光制御部を制御することで、第１発光部および第２発光部から交互に発光させる制御部とを備え、制御部は、第２発光部の発光動作時は、第１発光部を発光動作させない。

Description

照明装置
　本発明は照明装置に関し、特に、蛍光造影剤の励起・蛍光特性を利用した観察・診断に用いられる照明装置に関するものである。
　昨今、蛍光造影剤を患者の体内へ注入した後、蛍光造影剤に対応した励起光源を照射することによって、被観察部から発せられる蛍光発光を撮像して、自家蛍光画像を得ることで、血管内の血流の観察または必要な患部の観察を行うシステムが広く実用化されている。
　たとえば、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）の静脈投与による血管内の血流の蛍光観察および病変組織での蛍光観察は、以前より行われている。これらの観察においては、近赤外光領域７５０～７９０ｎｍの励起光を照射することで、それに対して、８３０～８４０ｎｍの蛍光が得られることが一般的に知られている。被観察部に照射する励起光および被観察部から発光される蛍光は、共に、近赤外波長を有しており、当該波長は、人間の肉眼では見えない波長領域内である。そのため、実際には、励起光の照射で得られる蛍光を専用のカメラで撮像して、撮像データをモニタ画面に映して、被観察部の観察を行う。
　さらに、特許文献１に示されるように、蛍光造影剤として、５－アミノレブリン酸（以下、５ＡＬＡとする。）を用いることが知られている。５ＡＬＡ自体には光感受性は無いが、５ＡＬＡは、がん細胞に蓄積されて、がん細胞内でプロトポルフィリンＩＸ（以下、ＰｐＩＸとする。）に代謝活性化されることで、赤色蛍光を発する。５ＡＬＡは、可視光領域４０５ｎｍ近傍の波長の光にて励起されることで、６３５ｎｍの波長にて蛍光発光することが知られている。
　５ＡＬＡは非侵襲であることから、近年、このような光線力学的な治療及び診断が注目され、５ＡＬＡを利用したがん細胞切除の手術を行う例が増加している。たとえば、患者の体内に５ＡＬＡを内服にて事前投与し、予めがん細胞に５ＡＬＡを蓄積させた状態で手術を開始する。当該手術においては、まずはじめに、術者（医者）は、通常の照明（キセノンランプ、等）を用いて、患部を波長４０５ｎｍを含む可視光で照射しながら術野が十分確認できる状態になるまで、患部を露出させる。その状態において、通常の照明から、励起波長４０５ｎｍの可視光を発する照明に切り替える。当該照明による光の照射で、がん細胞内の５ＡＬＡが赤色蛍光を発するので、術者は、当該赤色蛍光の発光を確認し、患部のがん細胞の位置を把握する。その後、術者は、通常の照明に戻して、実際の切除手術を行う。術者は、切除後、あらためて励起波長４０５ｎｍの可視光を患部に照射し、患部の赤色蛍光の発光度合いを観察することで、がん細胞が十分切除されているかどうかを最終確認して、手術を終える。
　このような５ＡＬＡを利用した手術を行った場合、５ＡＬＡを利用しない場合と比較して、がん細胞の取り残しが防止できるとともに、必要以上に患部を切除することを抑制することが可能となる。
特開２０１１－００１３０７号公報
　５ＡＬＡは、前述のとおり、３８０～４２０ｎｍの波長帯域、望ましくは４０５ｎｍ近傍の波長の光の照射によって励起されることで、６３５ｎｍ付近の波長で蛍光発光することが知られている。しかしながら、徐々に、がん細胞内で、ＰｐＩＸが代謝されるため、励起光が照射され続けた場合には、時間の経過とともに、蛍光輝度が低下していくことが判明している。この現象は、蛍光消退現象もしくはフォトブリーチングと呼ばれている。従って、造影剤の種類によっては、一定の時間が経過すると、蛍光観察の精度が著しく低下するため、精度の良い蛍光観察を行うためには、時間的な制約が発生する場合があった。その結果、がん細胞切除後の５ＡＬＡによる最終確認を行うことが可能になるように、手術の時間を短くする必要がある。あるいは、手術の時間が長引いた場合には、がん細胞の切除後に５ＡＬＡによる最終確認が行えない場合があるといった課題があった。
　この蛍光消退現象は、励起波長４０５ｎｍの励起光が照射され続けた場合に発生することは上記の通りであるが、キセノンランプ等の励起波長４０５ｎｍを含む通常の照明を照射し続けた場合にも発生することに発明者達は気付いた。よって、これら蛍光輝度の低下を総合的に防止する点が新たな課題となった。
　なお、上記特許文献１には、３０８ｎｍ～４２０ｎｍの励起光を照射し、６２５ｎｍ～６４２ｎｍの光を照射して病変部組織を壊死させる方法が開示されているが、この特許文献１には蛍光輝度の低下を防止するという課題については開示されていない。このため通常の照明の動作は全く開示がなく、示唆されてもいない。
　本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、蛍光消退現象の進行を抑制することが可能な照明装置を提供することを目的とする。
　本発明は、蛍光造影剤の励起・蛍光特性を利用して蛍光発光を起こさせる励起光帯域にあって、励起効率最大波長近傍である第１の波長帯域の光を発光させる第１発光部と、前記第１の波長帯域を含まない第２の波長帯域の光を発光させる第２発光部と、前記第１発光部を制御する第１発光制御部と、前記第２発光部を制御する第２発光制御部と、前記第１発光制御部および第２発光制御部を制御することで、前記第１発光部および前記第２発光部から選択的させる制御部とを備え、前記制御部は、前記第２発光部の発光動作時は、前記第１発光部を発光動作させない、照明装置である。
　本発明に係る照明装置は、第１の波長帯域の波長を有する第１の光を発光させる第１発光部と、前記第１の波長帯域を含まない第２の波長帯域の波長を有する第２の光を発光させる第２発光部とを備え、制御部の制御により、第１の光と第２の光とを選択的に発光させるようにしたので、第１の光に励起光を設定し、第２の光に励起光を含まない可視光を設定し、励起光の発光を必要最低限に抑えることで、励起光による蛍光消退現象の進行を抑制することができる。
本発明の実施の形態１に係る照明装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る照明装置における発光の波長特性を示した図である。 経過時間に対する発光輝度の変化の様子を、照射光の波長別に比較した結果をグラフで示した図である。 従来の照明装置における発光の波長特性を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る照明装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る照明装置における照射範囲の一例を示した説明図である。 本発明の実施の形態３に係る照明装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る照明装置における発光の波長特性を示した図である。
　実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態に係る照明装置について図を用いて説明する。以下の実施の形態においては、照明装置を、顕微鏡システムに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る照明装置を用いた顕微鏡システムの構成を示したブロック図、図２は、実施の形態１に係る照明装置における発光の波長特性を示した図、図３は、実施の形態１に係る照明装置の蛍光消退現象比較グラフ、図４は、従来の照明装置における発光の波長特性を示した図である。
　なお、ここでは、蛍光造影剤として５ＡＬＡを患者に予め投与して、手術用の顕微鏡を使用して、患者のがん細胞の蛍光観察および蛍光診断を行うための、照明装置およびそれを用いた顕微鏡システムを例に挙げて説明する。また、蛍光観察および蛍光診断を行う医者または医療スタッフを、以下では、術者（オペレータ）と呼ぶこととする。
　なお、上述したように、５ＡＬＡ自体には光感受性は無いが、５ＡＬＡは、がん細胞に蓄積されて、がん細胞内でプロトポルフィリンＩＸ（以下、ＰｐＩＸとする。）に代謝活性化されることで、赤色蛍光を発する。しかしながら、以下では、ＰｐＩｘが赤色蛍光を発する波長帯域を、５ＡＬＡのＰｐＩＸが励起する励起光帯域と呼ぶこととする。
　図１に示すように、本実施の形態１に係る照明装置１００は、励起光発光制御部１と、励起光発光部２と、可視光発光制御部３と、可視光発光部４と、制御部５と、光合成部６と、接続部７とを備えている。
　本実施の形態１に係る照明装置１００は、接続部７により、手術用の顕微鏡１２０に接続されている。また、本実施の形態１に係る顕微鏡システムは、照明装置１００と顕微鏡１２０とから構成される。ただし、図１においては、顕微鏡１２０の一部のみを図示しており、顕微鏡１２０の全体についての図示を省略している。
　励起光発光部２は、５ＡＬＡのＰｐＩＸが励起する励起光帯域の波長を有する励起光を発光する。励起光発光部２が発光する励起光の波長帯域は、概ね３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満である。なお、望ましくは、励起光発光部２から発光される励起光の波長は、励起効率最大の４０５ｎｍ近傍に設定される。
　励起光発光制御部１は、励起光発光部２の動作を制御する。励起光発光制御部１は、制御部５からの制御信号に基づいて、励起光発光部２の動作のｏｎ／ｏｆｆを切り替える。
　可視光発光部４は、通常、手術時に使用される白色光源として、可視光帯域の波長を有する可視光を発光する。可視光発光部４が発光する可視光は、白色光を再現するため、青色光と、緑色光と、赤色光との光の３原色で構成される。可視光発光部４が発光する可視光の波長帯域は、概ね４２０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満であり、具体的には、当該可視光は、４５０ｎｍ近傍のレーザー青色光と、５３０ｎｍ近傍の緑色光１４と、６４０ｎｍ近傍の赤色光１５とを含む。
　可視光発光制御部３は、可視光発光部４の動作を制御する。可視光発光制御部３は、制御部５からの制御信号に基づいて、可視光発光部４の動作のｏｎ／ｏｆｆを切り替える。
　なお、ここで、一般的な可視光の波長帯域は、概ね３８０ｎｍ～７８０ｎｍ程度とされる。従って、励起光発光部２が発光する励起光の波長帯域３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満も、可視光発光部４が発光する可視光の波長帯域４２０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満も、共に、一般的な可視光の波長帯域に含まれる。
　光合成部６は、励起光発光部２から出力される光と可視光発光部４から出力される光とを合成する。
　接続部７は、照明装置１００と顕微鏡１２０とを接続し、照明装置１００の光合成部６からの光出力を顕微鏡１２０に導光する。
　制御部５は、術者からの操作または外部からの信号により、照明全体を制御する。制御部５は、術者からの操作または外部からの信号に従って、顕微鏡１２０に導光される光を、励起光発光部２から発光される励起光と可視光発光部４から発光される可視光との中からいずれか１つを選択し、励起光と可視光の切り替え動作を行う。
　接続部７は、光合成部６の光出力を、顕微鏡鏡筒部８内に設置された顕微鏡照明光学系９ａに導光する。こうして、照明装置１００からの光が、顕微鏡１２０内に導光される。
　図２に示すように、励起光発光部２が発光する励起光の波長帯域は、励起光帯域１０ａである。励起光帯域１０ａは、概ね３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満である。５ＡＬＡにより生成されたＰｐＩＸを効率良く発光させるため、具体的には、励起光発光部２は、４０５ｎｍ近傍の励起光１２を発光する。
　さらに、図２に示すように、可視光発光部４が発光する可視光の波長帯域は、可視光帯域１１である。可視光帯域１１は、概ね４２０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満である。白色光を再現するため、具体的には、可視光発光部４は、４５０近傍のレーザー青色光１３ａと、５３０ｎｍ近傍の緑色光１４と、６４０ｎｍ近傍の赤色光１５との、光の３原色で構成された可視光を発光する。可視光発光部４を構成する発光デバイスとしては、赤色帯域と緑色帯域と青色帯域の３波長帯域をそれぞれ独立して発光する光源を用いる。このように、可視光発光部４として、光の３原色のみを使用した光源を採用することで、例えば、５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起光を含まず、且つ、自然な色温度での可視光を提供することが可能である。なお、青色光としては、励起光帯域１０ａに影響を及ぼさないようにレーザー光が望ましいが、赤色光および緑色光についてはレーザー光でなくてもよい。
　なお、図２において、１０ｂは励起光の波長特性を示し、１３ｂは可視光発光部４としてＬＥＤ光源を用いた場合のＬＥＤ青色光の波長特性を示す。また、１７は、５ＡＬＡのＰｐＩＸから発光される蛍光発光の波長を示す。蛍光発光波長１７は、上述したように、６３５ｎｍ近傍である。図２に示すように、ＬＥＤ青色光１３ｂは、レーザー青色光１３ａに比べて、発光帯域が広帯域である。しかしながら、ＬＥＤ青色光１３ｂは、図２に示すように、励起光特性１０ｂに対しては若干の影響を与えるものの、励起光１２の帯域を励起効率最大の４０５ｎｍ近傍に設定することで、励起光１２はＬＥＤ青色光１３ｂからの影響を受けない。従って、可視光発光部４に用いる光源としては、レーザー光源に限らず、ＬＥＤ光源でもよい。
　次に、本実施の形態１に係る顕微鏡システムの動作について説明する。ここでは、手術用顕微鏡を使用してがん細胞の摘出手術を行う場合において、５ＡＬＡを患者に予め投与して、手術中に、がん細胞の蛍光観察および蛍光診断を行う例について示す。
　当該手術において、術者は、まず、患部が直接観察可能な状態となるように必要な施術を行う。このときは術野全体を肉眼で見るために、可視光帯域照明が必要である。そのため、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４から可視光を発光させる。このときに発光される可視光の波長特性は、図２で示すように、可視光帯域１１となり、励起光帯域１０ａは実質的に含んでいない。
　次に、患部が直接観察できる状態において、術者は、がん細胞切除の前に、患部のがん細胞の位置などを確認する目的で、照明を可視光から励起光に切り替える。すなわち、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４からの可視光の発光を停止させるとともに、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２を動作させて、励起光の発光を行う。これにより、患部に励起光が照射される。上述したように、５ＡＬＡは、がん細胞に蓄積され、ＰｐＩＸに代謝活性化される。また、当該ＰｐＩＸに励起光が照射されることで、赤色蛍光を発する。そのため、患部に励起光を照射すると、患部に存在するがん細胞から６３５ｎｍ近辺での赤色蛍光が発光される。術者は、当該赤色蛍光を利用して、患部の切除範囲の確認を行うことができる。
　さらに、術者は、赤色蛍光の位置を確認した後、実際のがん細胞の切除を行うべく、術野全体を観察できるよう、制御部５を操作して、顕微鏡１２０の照明を、励起光から可視光へ切り替える。これにより、制御部５は、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２からの励起光の発光を停止するとともに、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４から可視光の発光を行う。これにより、再び、可視光帯域１１の発光モードとなり、発光された光の波長は、励起光帯域１０ａを含まない。
　図３は、５ＡＬＡ投与後に、ＰｐＩＸからの赤色蛍光の発光輝度の時間的変化を示したグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は経過時間、縦軸は発光輝度を示す。図３において、２０は、全く照射光を与えない場合、２１は、励起光を含まない可視光を照射した場合、２２は、励起光を含む可視光を照射した場合をそれぞれ示す。図３のグラフから分かることは、励起光を含む可視光を照射した場合には、２２のグラフが示すように、経過時間とともに、蛍光消退現象が進行してしまうが、励起光を含まない可視光を照射した場合には、２１のグラフが示すように、蛍光消退現象の進行はあまり進まないということである。
　図４は、従来の可視光光源における発光の波長特性の一例であり、一般的なキセノン光源を可視光発光部として利用した場合を示す。図４において、１６ａは、キセノン可視光の波長特性を示す。このように、キセノン可視光は太陽光に近い特性を持つ。すなわち、キセノン可視光の波長特性１６ａは、５ＡＬＡの励起光の波長帯域３８０～４２０ｎｍを含み、従って、励起効率最大の４０５ｎｍ近傍の励起光１２も含んでいる。
　つまり、蛍光観察の意図がなくとも、従来の一般的なキセノン光源を可視光発光部４として用いた場合には、キセノン光源から発光される可視光が励起光１２を含むため、図３の２２のグラフが示すように、経過時間とともに、蛍光消退現象が進行してしまう。この経過時間のタイミングは、ちょうど、キセノン光源からの光を患部に照射しながら、実際にがん細胞を切除する段階とその前後とに相当する。これに対して、本実施の形態１に係る照明装置１００においては、図２に示す３８０～４２０ｎｍの波長の励起光帯域１０ａを含まない可視光帯域１１の光を発光する光源を可視光発光部４として用いることで、図３の２１のグラフに示すように、蛍光消退現象の進行を大幅に抑制することが可能となる。
　さらに、可視光発光部４としてレーザー光源を用いるようにすれば、蛍光消退現象を、より確実に抑えることができる。レーザー光源から発光されるレーザー光は、その発光帯域が±２ｎｍ程度の狭帯域である。そのため、レーザー光源は、発光帯域の選定により、５ＡＬＡの励起光帯域１０ａの範囲外での発光が可能である。従って、本実施の形態においては、図２に示すように、レーザー光源で構成された可視光発光部４から出力されるレーザー青色光１３ａは、励起光特性１０ｂに対してほとんど影響していない。これに対して、ブロードな特性を持つ一般的なＬＥＤ光源を用いる場合は、ＬＥＤ光源が発光する光の発光帯域が、レーザー光に比べて広帯域である。そのため、図２に示すＬＥＤ青色光１３ｂのように、励起光特性１０ｂに対して影響するため、蛍光消退現象への抑制効果は、レーザー光源を用いた場合よりも軽減する傾向にある。また、レーザー光は狭帯域で出力ピークが高いため、可視光帯域ではより明るく鮮明に術野を照らすことができるとともに、励起光としては効率がよく高い蛍光輝度が得られる。従って、レーザーを光源として用いることがより望ましい。
　最後に、術者が、がん細胞切除の状況を確認する目的で、再度、照明を可視光から励起光に切り替える場合、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４の発光を停止し、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２を動作させて、励起光の発光を行う。これにより、がん細胞が切除されずに残っていた場合には、当該がん細胞から６３５ｎｍ近傍での赤色蛍光が発光される。従って、術者は、赤色蛍光が無ければ、がん細胞の取り残しは無いと判断し、一方、赤色蛍光が有れば、がん細胞の取り残しが有ると判断することで、切除状態の確認を行う。上記構成により、蛍光消退現象を最小限に抑えた観察ができるため、切除施術が高い精度で行うことができる。なお、がん細胞の取り残しがあった場合には、照明を再度可視光に切り替えて、がん細胞の切除を再度行う。
　以上のように、本実施の形態に係る照明装置１００は、励起光を発光する励起光発光部２と、可視光を発光する可視光発光部４とを備え、制御部５の制御により、励起光と可視光とを選択的に発光させる。このように、蛍光造影剤である５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起波長を有する励起光を発光させることで、がん細胞の観察および診断のための蛍光観察が可能となる。また、手術中において、蛍光観察を行わないときには、可視光を発光させる。当該可視光は、励起光帯域１０ａを含まない可視光帯域１１の波長を有する。これにより、可視光の発光時における蛍光消退現象を最小限に抑えることができる。ただし、５ＡＬＡの励起光帯域１０ａは、実態的にかなり広く可視光帯域とオーバーラップしており、励起光帯域１０ａを概ね含まない可視光帯域１１の光源を備えたとしても、若干でも励起光として影響を受けるため、現実的には完全に蛍光消退現象を抑止させることはできない。このために、本実施の形態では、可能な限り、励起光帯域１０ａに影響を及ぼさない光源を選ぶことで、蛍光消退現象の抑制を図る。
　また、本実施の形態に係る照明装置１００は、励起光と可視光とを切り替えできるため、術者が励起光でがん細胞の位置および範囲を確認しながら、可視光で患部を照射して、少しずつ、がん細胞を切除していくことを可能にするため、がん細胞の取り残しを防ぎ、且つ、必要以上の患部を切除することを防止することができる。さらに、蛍光造影剤の種類に見合った励起波長と蛍光波長とを装備し、これらを選択することで、蛍光造影剤の特徴と目的に沿った照明を実現することができる。
　上述の説明においては、本実施の形態１に係る照明装置１００を顕微鏡の外付け照明として利用する例を示したが、その場合に限らず、本実施の形態１に係る照明装置１００を顕微鏡１２０内に組み込んだ内蔵タイプとして構築してもよい。
　さらに、上述の説明においては、本実施の形態１に係る照明装置１００を、顕微鏡に対して適用させた例を示したが、その場合に限らず、例えば、内視鏡にも適用できる。内視鏡への適用例では、照明出力部が患部に近くなるため、発熱の要因である余分な波長帯域を概ね含まないレーザー光源を用いることで、比較的に他の光源より患部に対して熱的に安全である。さらに、可視光とともに蛍光造影剤のための励起光を発光する光源を必要とする他のあらゆる機器に、幅広く利用できることは言うまでもない。いずれの場合においても、顕微鏡に対して適用した場合と同様に、可視光発光時の蛍光消退現象を抑制しながら、励起光による蛍光観察を行えることは言うまでもない。
　また、上述の説明においては、本実施の形態１に係る照明装置１００を、５ＡＬＡのＰｐＩＸに適用した例を示したが、その場合に限らず、蛍光消退現象が発生する蛍光造影剤であれば、本実施の形態１に係る照明装置１００の適用が可能であることは当然である。
　可視光発光部４から発光される光に光の３原色を使用しているが、励起光を含まず、且つ、自然な色温度を発光可能な可視光源であれば、前述の波長に限るものではない。また、可視光発光部４を構成する発光デバイスも、レーザー光源に限らず、ＬＥＤ光源もしくはキセノン光源などの他の発光デバイスを使用してもよいのは言うまでもない。但し、いずれの場合においても、可視光発光部４から発光される可視光が、図２に示す励起光帯域１０ａを含まない波長に適宜設定する必要がある。そうすることで、いずれの光源を用いた場合においても、上述と同様に、蛍光消退現象の進行を抑えることができる。
　なお、レーザー光源を用いた場合には、発光波長の帯域を狭帯域に制限できるため、励起光の種別の選定に合わせて、必要な波長帯域を設定することで、必要な波長帯域だけを効率よく発光させることができるとともに、影響させたくない波長帯への帯域制限も同時に対応可能である。また、レーザー光源を用いた場合には、発光された光が、紫外線および赤外線などの不要な波長帯域を持たないため、観察者の目への悪影響を防ぎ、且つ、患部の温度上昇を抑制することができる。さらに、照明装置１００自体の発熱が少なく、ヒートシンクなどの冷却器をあまり必要としないので、照明装置１００の小型化が可能である。
　また、ＬＥＤ光源を用いた場合には、キセノン光源やレーザー光源に比べ、必要な波長帯域の光を安価に実現できる。
　また、キセノン光源を用いた場合には、従来の照明装置をベースにして、必要な光学フィルタの追加など小規模な変更により、本実施の形態に係る照明装置１００を容易に実現できる。
　また、照明の照射範囲は、固定でなくとも、可視光の場合と励起光の場合とで、それぞれ、互いに異なる範囲に設定してもよい。また、必要に応じて、術者からの入力に従って、照射範囲を変えられるような構造としてもよい。その場合には、制御部５に、照射範囲を設定するための照射範囲変更部を設けておき、術者が、例えばモニタを見ながら所望の照射範囲をマウスまたはタッチペン等の入力装置により入力することで、任意の照射範囲を設定可能な構成としておく。
　上述の例では、可視光発光部４と励起光発光部２の光出力を合成して、同一の顕微鏡照明光学系９ａに接続しているが、接続方法はこれに留まらず、患部への照射が同様に行えるのであれば、それぞれ個々に照射してもよいのは当然である。
　さらに、励起光発光部２および可視光発光部４の発光方法についても、ＣＷ（継続発光）を用いても、パルス点灯を用いてもよく、同様の効果が得られる条件下では、いずれの状態であってもよいのは言うまでもない。なお、パルス駆動の光源を用いた場合には、ＣＷ駆動の光源を用いた場合に比べて、省電力および外部同期対応が可能である。
　なお、上記の説明においては、励起光発光部２と可視光発光部４とを選択的に動作させると説明したが、その場合に限らず、励起光発光部２の発光時に、可視光発光部４を動作させてもよい。但し、逆に、可視光発光部４の発光時に、励起光発光部２を動作させてはいけない。従って、本実施の形態においては、制御部５は、可視光発光部４の発光時は、少なくとも励起光発光部２を発光させないようにする。
　実施の形態２．
　以下、本発明の実施の形態２に係る照明装置を顕微鏡システムに適用した場合を図を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る照明装置の構成を示した構成図、図２は、本発明の実施の形態２に係る照明装置における発光の波長特性を示す図、図３は、本発明の実施の形態２による蛍光消退現象比較グラフ、図４は、従来の照明装置における発光の波長特性を示す図である。
　図５に示すように、本実施の形態２に係る照明装置１００は、５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起光帯域波長を有する励起光を発光する励起光発光部２と、励起光発光部２の動作を制御する励起光発光制御部１と、通常手術時に使用される白色光源として可視光帯域の波長の可視光を発光して、当該可視光を外部照明光学系９ｂに導光する可視光発光部４と、可視光発光部４の動作を制御する可視光発光制御部３と、励起光発光部２の光出力を顕微鏡１２０に導光する接続部７と、術者からの操作などにより照明全体を制御する制御部５とを備えている。図１と同じ構成については、同一符号を付して示し、ここでは、詳しい説明を省略する。
　外部照明光学系９ｂは、顕微鏡照明光学系９ａとは独立しており、それぞれ個別に照射範囲を設定可能となっている。通常設定では、外部照明光学系９ｂは、顕微鏡照明光学系９ａと同じ範囲での照射だが、必要に応じて、術者により、制御部５を通して、異なる範囲が設定される。なお、図５に示すように、本実施の形態においては、外部照明光学系９ｂは、顕微鏡１２０の顕微鏡鏡筒部８の外部に設けられている。従って、外部照明光学系９ｂに導入された光は、顕微鏡１２０を介さずに、直接、患部を照明する。
　図１と図５との構成の違いは、図５においては、図１に記載された光合成部６が設けられていない。従って、図６においては、励起光発光部２から出力される励起光が、そのまま、接続部７により、顕微鏡照明光学系９ａに導入される。また、可視光発光部４から出力される可視光が、そのまま、外部照明光学系９ｂに導入される。
　また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、図２に示すように、励起光発光部２が発光する励起光の波長帯域は、励起光帯域１０ａである。具体的には、５ＡＬＡにより生成されたＰｐＩＸを効率良く発光させるため、励起光発光部２は、励起効率最大の４０５ｎｍ近傍の励起光１２を発光する。さらに、可視光発光部４の可視光の波長は、可視光帯域１１である。具体的には、白色光を再現するため、可視光発光部４から発光される可視光は、４５０ｎｍ近傍の青色光１３ａと５３０ｎｍ近傍の緑色光１４と６４０ｎｍ近傍の赤色光１５との光の３原色で構成される。このように、可視光発光部４を構成する可視光源として、光の３原色のみを使用した光源を採用することで、たとえば５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起光を含まず、且つ、自然な色温度での可視光を発光する光源を有する照明装置１００を提供することが可能である。
　次に、本実施の形態２に係る顕微鏡システムについて説明する。
　ここでは、手術用顕微鏡を使用して、がん細胞の摘出手術を行う場合において、５ＡＬＡを投与してがん細胞の術中蛍光観察や診断を行う例を示す。
　当該手術において、術者は、まず、患部が直接観察可能となるように必要な施術を行う。このときは術野全体を肉眼で見るために、可視光帯域照明が必要である。そのため、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４から可視光を発光させる。このときの可視光の発光波長特性は、図２で示すように、励起光帯域１０ａ含まない、可視光帯域１１のみである。このときの照射範囲は、術野全体をムラなく照射する必要があるため、図６に示す可視光源照射範囲３０のように、相対的に広範囲となる。本実施の形態２においては、可視光発光部４から発光された可視光は、外部照明光学系９ｂに導入されて、患部を照らす。なお、必要に応じて、術者が制御部５を操作することで、可視光源照射範囲３０の距離および位置は変更することが可能である。
　次に、患部が直接観察できる状態において、術者は、がん細胞切除の前に、がん細胞の位置などを確認する目的で、照明を可視光から励起光に切り替える。つまり、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４からの可視光の発光を停止し、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２を動作させて、励起光の発光を行う。これにより、患部に存在するがん細胞から６３５ｎｍ近辺での赤色蛍光が発光される。そのため、術者は、当該赤色蛍光を利用して、切除すべき範囲の確認を行うことができる。このときの照射範囲は、良好な蛍光観察状態確保のため、図６に示すように、蛍光観察必要範囲３２に合わせて設定された励起光源照射範囲３１になる。なお、必要に応じて、術者が制御部５を操作することで、励起光源照射範囲３１の距離および位置は変更することが可能である。
　術者は、赤色蛍光位置を確認した後、実際のがん細胞の切除を行うべく、術野全体を観察できるよう、制御部５を操作して、顕微鏡の照明を励起光から可視光へ切り替える。このとき、制御部５は、励起光発光制御部１を制御して励起光発光部２の発光を停止するとともに、可視光発光制御部３を制御して可視光発光部４の発光を開始する。可視光発光部４から発光された可視光は、外部照明光学系９ｂに導入されて、患部を照らす。これにより、再び、励起光帯域１０ａを含まない可視光帯域１１の発光モードとなる。
　図３は、５ＡＬＡを患者に投与した後に、ＰｐＩＸからの赤色蛍光の発光輝度の時間的変化を示したグラフである。図３において、横軸が経過時間、縦軸が発光輝度である。また、図３において、２０は、全く照射光を与えない場合、２１は、励起光を含まない可視光を照射した場合、２２は、励起光を含む可視光を照射した場合をそれぞれ示す。図３のグラフから分かることは、励起光を含む可視光を照射した場合には、２２のグラフが示すように、経過時間とともに、蛍光消退現象が進行してしまうが、励起光を含まない可視光を照射した場合には、２１のグラフが示すように、蛍光消退現象の進行はあまり進まないということである。
　図４は、従来の可視光光源の発光波長特性の一例であり、一般的なキセノン光源を可視光発光部として利用した場合を示す。図４において、１６ａは、キセノン可視光の特性を示す。このように、キセノン可視光は太陽光に近い特性を持つ。従って、キセノン可視光は、ＰｐＩＸの励起光波長帯域概ね３８０～４２０ｎｍに入る励起光１２を含んでいる。
　すなわち、上記の実施の形態１でも述べたように、蛍光観察の意図がなくとも、従来の一般的なキセノン光源を可視光発光手段に用いた場合は、励起光を含むため、図３の２２のように、時間とともに蛍光消退現象が進行してしまう。これは、可視光源を患部に照射しながら、実際に、がん細胞を切除する段階とその前後がこのタイミングに相当する。これに対して、本発明の実施の形態２のように、励起光帯域概ね３８０～４２０ｎｍの波長を含まない可視光帯域１１を発光する光源を可視光発光部４に用いることで、図３の２１に示すように、蛍光消退現象を抑制することが可能となる。
　さらに、可視光発光部４としてレーザー光源を用いるようにすれば、蛍光消退現象を、より確実に抑えることができる。レーザー光源から発光されるレーザー光は、その発光帯域が±２ｎｍ程度の狭帯域である。そのため、ＰｐＩＸの励起光帯域１０ａの範囲外での発光が可能である。これにより、すなわち、図２に示すように、レーザー光源で構成された可視光発光部４から出力されるレーザー青色光１３ａは、励起光特性１０ｂに対してほとんど影響していない。これに対して、ブロードな特性を持つ一般的なＬＥＤ光源を用いる場合は、ＬＥＤ光源が発光する光は、その発光帯域が、レーザー光に比べて広帯域である。そのため、図２に示すＬＥＤ青色光１３ｂのように、励起光特性１０ｂに対して影響するため、蛍光消退現象への抑制効果は、レーザー光源を用いた場合よりも軽減する傾向にある。従って、レーザー光源を可視光発光部４として用いることが望ましい。
　最後に、術者が、がん細胞切除の状況を確認する目的で、再度、照明を可視光から励起光に切り替える場合、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４の発光を停止し、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２を動作させて、励起光の発光を行う。このとき、術者は、がん細胞から発光する６３５ｎｍ近辺での赤色蛍光を用いて、切除状態の確認を行う。上記構成により、蛍光消退現象を最小限に抑えた観察ができるとともに、良好な蛍光観察状態確保のため必要に応じて照明の距離及び位置も含めて設定変更できるため、切除施術がさらに高い精度で行うことができる。
　以上により、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態においても、照明装置１００が、励起光を発光する励起光発光部２と、可視光を発光する可視光発光部４とを備え、制御部５の制御により、励起光と可視光とを選択的に発光させる。このように、蛍光造影剤である５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起波長を有する励起光を発光させることで、がん細胞の観察および診断のための蛍光観察が可能となる。また、手術中において、蛍光観察を行わないときには、可視光を発光させる。当該可視光は、励起光帯域１０ａを含まない可視光帯域１１の波長を有する。これにより、可視光の発光時における蛍光消退現象を最小限に抑えることができる。
　また、本実施の形態に係る照明装置１００は、励起光と可視光とを切り替えできるため、術者が励起光でがん細胞の位置および範囲を確認しながら、可視光で患部を照射して、少しずつ、がん細胞を切除していくことを可能にするため、がん細胞の取り残しを防ぎ、且つ、必要以上の患部を切除することを防止することができる。
　上述の説明においては、本実施の形態２に係る照明装置１００を顕微鏡１２０の外付け照明として利用した例を示したが、外付けだけでなく、顕微鏡１２０内に組み込んだ内蔵タイプとしてもよい。
　さらに、本実施の形態２に係る照明装置１００は、内視鏡またはその他可視光とともに蛍光造影剤のための励起光を発光する光源を必要とする機器などに幅広く利用できることは言うまでもない。
　また、本実施の形態２は、５ＡＬＡのＰｐＩＸに適用した例であるが、これに限らず、蛍光消退現象が発生する蛍光造影剤であれば、適用が可能であるのは当然である。
　可視光発光部４から発光される可視光として、光の３原色を使用しているが、励起光を含まず、且つ、自然な色温度を発光可能な可視光源であれば、前述の波長に限るものではなく、発光デバイスも、レーザー光源に限らず、ＬＥＤ光源、もしくは、キセノン光源などのいずれの発光デバイスを使用してもよいのは言うまでもない。
　また、照明の照射範囲は、固定でなくとも、可視光の場合と励起光の場合とで、それぞれ、互いに異なる範囲に設定してもよい。また、必要に応じて、術者が、照射範囲を変えられるような構造としてもよい。その場合には、制御部５に、照射範囲を設定するための照射範囲変更部を設けておき、術者が、例えばモニタを見ながら所望の照射範囲を任意に設定可能な構成としておく。
　さらに、励起光発光部２および可視光発光部４の発光方法についても、ＣＷ（継続発光）を用いても、パルス点灯を用いてもよく、同様の効果が得られる条件下では、いずれの状態であってもよいのは言うまでもない。
　実施の形態３．
　以下、本発明の実施の形態３に係る照明装置を顕微鏡システムに適用した場合を図を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係る照明装置の構成を示した構成図、図８は、本発明の実施の形態３に係る照明装置における発光の波長特性を示す図、図３は、本発明の実施の形態３による蛍光消退現象比較グラフ、図４は、従来の照明装置における発光の波長特性を示す図である。
　図７に示すように、本実施の形態３に係る照明装置１００は、５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起光帯域波長を発光する励起光発光部２と、励起光発光部２の動作を制御する励起光発光制御部１と、通常手術時に使用される白色光源として可視光帯域の波長を発光する可視光発光部４と、可視光発光部４の動作を制御する可視光発光制御部３と、励起光発光部２の光出力と可視光発光部の光出力とを合成する光合成部６と、光合成部６から出力された光を顕微鏡照明光学系９ａに導光するための接続部７と、術者からの操作などにより照明全体を制御する制御部５とを備えている。さらに、本実施の形態においては、照明装置１００が、図７に示すように、特殊帯域フィルタ着脱部４１を備えている。特殊帯域フィルタ着脱部４１は、可視光発光部４と光合成部６との間に接続されている。特殊帯域フィルタ着脱部４１は、可視光発光部４から出力される光の進路に対して、特殊帯域フィルタ１８の挿入もしくは取外しを行う。
　図１と図７との違いは、図７においては、特殊帯域フィルタ着脱部４１が設けられている点である。他の構成については、図１と同じであるため、ここでは、同一符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
　また、図８に示すように、励起光発光部２が発光する励起光の波長帯域は、励起光帯域１０ａである。具体的には、５ＡＬＡにより生成されたＰｐＩＸを効率良く発光させるため、励起光発光部２は、励起効率最大の４０５ｎｍ近傍の励起光１２を発光する。さらに、可視光発光部４が発光する可視光の波長帯域は、可視光帯域１１であるが、実際には、通常の一般的な可視光１６ｂの波長帯域概ね３８０ｎｍ～７８０ｎｍである。なお、本実施の形態において、可視光発光部４が発光する可視光１６ｂを特殊帯域フィルタ１８に通すことで、若干不自然な色調になる可能性があるが、特殊帯域、たとえば、５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起光を抑制可能な特殊可視光１９を発光することができる。特殊可視光１９の特殊帯域は、例えば、４２０～７８０ｎｍ程度とする。なお、このように、特殊帯域フィルタ１８は、４２０ｎｍ未満の波長の光を除去するフィルタである。
　従って、図８に示すように、特殊帯域フィルタ１８を通過した特殊可視光１９の帯域は、励起光帯域１０ａを含まないことから、励起光１２の特性に対して影響を与えていない。これに対して、ブロードな特性を持つ一般的な可視光１６ｂは、その帯域が、特殊可視光１９に比べて広帯域である。そのため、図８に示すように、可視光１６ｂは、励起光１２の励起効率最大の波長４０５ｎｍを含み、その結果、励起光１２に対して影響するため、蛍光消退現象への抑制効果は、特殊可視光１９を用いた場合よりも、軽減する傾向にある。従って、可視光発光部４から発光される可視光に特殊帯域フィルタ１８のフィルタ処理を施すことが望ましい。
　次に、本実施の形態３の顕微鏡システムについて説明する。
　ここでは、手術用顕微鏡を使用して、がん細胞の摘出手術を行う場合において、５ＡＬＡを投与してがん細胞の術中蛍光観察や診断を行う例を示す。
　当該手術において、術者は、まず、患部が直接観察可能となるよう必要な施術を行う。このときは術野全体を肉眼で見るために、可視光帯域照明が必要であり、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４より可視光１６ｂを発光させる。このとき、特殊帯域フィルタ着脱部４１は、特殊帯域フィルタ１８を可視光１６ｂの進路に挿入させる。これにより、可視光１６ｂは、特殊帯域フィルタ１８を通ることで、特殊可視光１９となる。特殊可視光１９は、光合成部６に導入される。特殊可視光１９の波長特性は、図８に示すように、励起光帯域１０ａを含まない、可視光帯域１１のみである。このように、可視光１６ｂを特殊帯域フィルタ１８に通すことで、特殊帯域たとえば５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起光１２への影響が少ない帯域の特殊可視光１９を発光することができる。
　次に、患部が直接観察できる状態において、術者は、がん細胞の切除の前に、がん細胞の位置などを確認する目的で、照明を可視光から励起光に切り替える。つまり、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４の発光を停止し、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２を動作させて励起光の発光を行う。こうして、光合成部６からは、励起光１２のみが発光される。これにより、患部に存在するがん細胞から、６３５ｎｍ近辺での赤色蛍光が発光される。こうして、術者は、赤色蛍光を利用して、切除範囲の確認を行うことができる。
　術者は、赤色蛍光位置を確認した後、実際のがん細胞の切除を行うべく、術野全体を観察できるよう、制御部５を操作して、顕微鏡の照明を励起光から可視光へ切り替える。このとき、制御部５は、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２からの励起光の発光を停止するとともに、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４からの可視光１６ａの発光を行う。これにより、再び、励起光帯域１０ａを含まない可視光帯域１１の発光モードとなる。このとき、可視光１６ａは、特殊帯域フィルタ１８を通過する。すなわち、５ＡＬＡのＰｐＩＸの励起光１２への影響が少ない特殊可視光１９を発光させることとなる。
　図３は、患者に５ＡＬＡを投与した後に、ＰｐＩＸからの赤色蛍光の発光輝度の時間的変化を示したグラフである。２０は、全く照射光を与えない場合、２１は、励起光を含まない可視光を照射した場合、２２は、励起光を含む可視光を照射した場合をそれぞれ示す。一方で、図４は、従来の可視光光源の発光波長特性の一例であり、一般的なキセノン光源を可視光発光部４に利用した場合を示す。キセノン光源は太陽光に近い特性を持ち、ＰｐＩＸの励起光波長帯域である概ね３８０～４２０ｎｍの光を含んでいる。
　つまり、蛍光観察の意図がなくとも、従来の一般的なキセノン光源を可視光発光部４に用いた場合は、励起光を含むため、図３の２２のように、時間とともに蛍光消退現象が進行してしまう。これは、可視光を患部に照射しながら実際にがん細胞を切除する段階とその前後がこのタイミングに相当する。これに対して、本発明のように、励起光帯域３８０～４２０ｎｍの波長を概ね含まない可視光帯域１１の光源を可視光発光部４に用いることで、図３の２１に示すように、蛍光消退現象を抑制することが可能となる。
　ただし、本実施の形態３に係る照明装置１００において、キセノン光源を可視光発光部４に用いた場合、従来のキセノン光源と帯域フィルタとの組合せとなるため、レーザー光源を用いる場合に比べ、励起光特性１０ｂへの影響が比較的大きいため、蛍光消退現象の抑制がレーザー光源よりも軽減する可能性があるものの、現行の照明装置の仕様の小規模な変更（マイナーチェンジ）により、本実施の形態に係る照明装置１００を容易に実現することが可能である。
　最後に、術者が、がん細胞切除の状況を確認する目的で、再度、照明を可視光から励起光に切り替える場合、制御部５は、可視光発光制御部３を制御して、可視光発光部４の発光を停止し、励起光発光制御部１を制御して、励起光発光部２を動作させて励起光の発光を行う。このとき、がん細胞から発光する６３５ｎｍ近辺での赤色蛍光にて切除状態の確認を行う。上記構成により、蛍光消退現象を最小限に抑えた観察ができるため、切除施術が高い精度で行うことができる。
　上述では、本実施の形態３に係る照明装置１００を、顕微鏡の外付け照明として利用した例について説明したが、外付けだけでなく、顕微鏡に組み込んだ内蔵タイプとして構築してもよい。
　さらに、本実施の形態３に係る照明装置１００は、内視鏡、あるいは、その他可視光とともに蛍光造影剤のための励起光を発光する光源を必要とする機器などに幅広く利用できることは言うまでもない。
　また、本実施の形態３は、５ＡＬＡとＰｐＩＸに適用した例であるが、これに限らず、蛍光消退現象が発生する蛍光造影剤であれば、適用が可能であるのは当然である。
　本実施の形態３においては、可視光発光部４から発光される可視光に光の３原色を使用しているが、励起光を含まず、且つ、自然な色温度を発光可能な可視光源であれば、前述の波長に限るものではなく、発光デバイスも、レーザー光源に限らず、ＬＥＤ光源もしくはキセノン光源などのいずれの発光デバイスを使用してもよいのは言うまでもない。
　また、照明の照射範囲は、固定でなくとも、可視光の場合と励起光の場合とで、それぞれ、互いに異なる範囲に設定してもよい。また、必要に応じて、術者が、照射範囲を変えられるような構造としてもよい。
　上述の例では、可視光発光部４と励起光発光部２との光出力を合成して、同一の照明光学系に接続しているが、接続方法はこれに限らず、患部への照射が同様に行えるのであれば、それぞれ個々に照射してもよいのは当然である。
　さらに、励起光発光部２および可視光発光部４の発光方法についても、ＣＷ（継続発光）を用いても、パルス点灯を用いてもよく、同様の効果が得られる条件下では、いずれの状態であってもよいのは言うまでもない。
　また、特殊帯域フィルタ着脱部４１による特殊帯域フィルタ１８の着脱は、自動でも、手動でもよく、また、上述では着脱しているが、特殊帯域フィルタ１８のフィルタ処理が、可視光の色調に影響なく、通常の手術で問題なければ、特殊帯域フィルタ１８を挿入したままでもよい。
　なお、上記の実施の形態１～３において、励起光発光制御部１、可視光発光制御部３、および、制御部５の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、照明装置１００は、励起光の発光動作を制御し、可視光の発光動作を制御し、励起光と可視光の切り替え動作を制御するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）であってもよい。
　処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。励起光発光制御部１、可視光発光制御部３、および、制御部５の各部の機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。
　処理回路がＣＰＵの場合、励起光発光制御部１、可視光発光制御部３、および、制御部５の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、照明装置１００は、処理回路により実行されるときに、励起光の発光動作を制御するステップ、可視光の発光動作を制御するステップ、励起光と可視光の切り替え動作を制御するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、これらのプログラムは、励起光発光制御部１、可視光発光制御部３、および、制御部５の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
　なお、励起光発光制御部１、可視光発光制御部３、および、制御部５の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、励起光発光制御部１および可視光発光制御部３については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、制御部５については処理回路がメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
　このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　１　励起光発光制御部、２　励起光発光部、３　可視光発光制御部、４　可視光発光部、５　制御部、６　光合成部、７　接続部、８　顕微鏡鏡筒部、９ａ　顕微鏡照明光学系、９ｂ　外部照明光学系、１８　特殊帯域フィルタ、３０　可視光源照射範囲、３１　励起光源照射範囲、３２　蛍光観察必要範囲、４１　特殊帯域フィルタ着脱部。

Claims (9)

  1. 　蛍光造影剤の励起・蛍光特性を利用して蛍光発光を起こさせる励起光帯域にあって、励起効率最大波長近傍である第１の波長帯域の光を発光させる第１発光部と、
    　前記第１の波長帯域を含まない第２の波長帯域の光を発光させる第２発光部と、
    　前記第１発光部を制御する第１発光制御部と、
    　前記第２発光部を制御する第２発光制御部と、
    　前記第１発光制御部および第２発光制御部を制御することで、前記第１発光部および前記第２発光部から選択的させる制御部と
    　を備え、
    　前記制御部は、前記第２発光部の発光動作時は、前記第１発光部を発光動作させない、
    　照明装置。
  2. 　前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域は、少なくとも可視光波長帯域を含む、
    　請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記第２発光部は、少なくとも赤色帯域と緑色帯域と青色帯域の３波長帯域をそれぞれ独立して発光する光源から構成されている、
    　請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 　前記第１発光部と前記第２発光部の双方、もしくは、いずれか一方は、レーザー光源から構成される、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の照明装置。
  5. 　前記第１発光部と前記第２発光部の双方、もしくは、いずれか一方は、ＬＥＤ光源から構成される、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の照明装置。
  6. 　前記第１発光部と前記第２発光部の双方、もしくは、いずれか一方は、キセノン光源から構成される、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の照明装置。
  7. 　前記制御部は、外部からの入力に従って、前記第１発光部の照射範囲および前記第２発光部の照射範囲を変更する照射範囲変更部を有する、
    　請求項１から６までのいずれか１項に記載の照明装置。
  8. 　前記照明装置は、顕微鏡に接続または内蔵される、
    　請求項１から７までのいずれか１項に記載の照明装置。
  9. 　前記照明装置は、内視鏡に接続または内蔵される、
    　請求項１から７までのいずれか１項に記載の照明装置。
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