JP2001169999A - 蛍光収率測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 励起光の照射により生体組織から発生した蛍
光を測定し蛍光収率を求める蛍光収率測定装置および方
法において、蛍光収率の測定精度を高めるようにする。 【解決手段】 励起光Ｌｅの照射により生体組織１が受
光した励起光Ｌｅの受光強度と、この励起光Ｌｅの受光
により生体組織１から発生した蛍光の強度とから両者の
比率である蛍光収率を求めるにあたり、前記励起光と異
なる波長領域を有すると共に互いに異なる波長領域を有
する２種類以上の参照光を光源ユニット１００から射出
して生体組織１に照射し、この生体組織１によって反射
された反射参照光を検出することにより得られたそれぞ
れの反射参照光の強度を蛍光収率演算ユニット４００に
入力し、予め作成され蛍光収率演算ユニット４００に記
憶された近似演算式に代入することにより、前記生体組
織１が受光した励起光の受光強度の近似値を算出し、こ
の近似値を用いて蛍光収率を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、励起光を照射する
ことにより生体組織から発生した蛍光を画像として測定
する蛍光収率測定方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、可視光の短波長側の波長領域
の光を励起光として生体組織に照射することにより前記
生体組織から発生した蛍光を検出し、この蛍光の強度を
分析することにより各種疾患に伴う生体の組織性状の変
化を測定する蛍光収率測定装置が研究されている。

【０００３】例えば、励起光の照射により生体組織から
発生した蛍光による前記生体組織の像（以後蛍光像と呼
ぶ）の強度を、前記励起光が生体組織によって反射され
ることにより形成された前記生体組織の像（以後励起光
像と呼ぶ）の強度によって除算することにより規格化し
て、この規格化された規格化蛍光像に基づき生体の組織
性状の測定を行なう手法が特開昭６２−２４７２３２号
に提案されている。

【０００４】この手法は、生体組織の部位が受光した励
起光の強度と、この励起光の受光により前記部位から発
生した蛍光の強度との比率、すなわち蛍光収率が正常組
織と病変組織とで異なることに基づき各種疾患に伴う生
体の組織性状の変化を測定するものであり、生体組織が
受光した励起光の強度を直接測定することは難しいの
で、生体組織によって反射された励起光の強度を検出す
ることによって生体組織が受光した励起光の強度を代替
し測定を行っている。この蛍光収率は前記励起光の強度
と蛍光の強度との比率で表される値なので、励起光が照
射される照射点と生体組織の被測定部位との距離および
角度等に影響されずに生体の組織性状の測定を行なうこ
とができる。

【０００５】また、生体組織が受光した励起光の強度の
代替として、前記生体組織によって反射された励起光像
を用いる代わりに、近赤外光を生体組織に照射すること
によりこの生体組織によって反射された近赤外光の反射
光による前記生体組織の像（以後近赤外光像と呼ぶ）を
用い、蛍光像の強度と、近赤外光像の強度との比率によ
って蛍光収率を求め手法も考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可視光
の短波長側の波長領域の光は生体組織によって吸収され
やすく、またその吸収率も生体組織の組織性状等によっ
て異なるので、生体組織によって反射された励起光の強
度は、生体組織が受光した励起光の強度を正しく反映し
ていない場合がある。また、近赤外光を用いて蛍光収率
を求める場合には、上記のような生体組織による光の吸
収は生じないが、近赤外光は励起光と波長が大きく異な
り、励起光と近赤外光とを同じ光学系を通して同じ配光
特性で照射することは難しく、両者の配光特性が異なる
場合には蛍光収率の測定精度が低下するという問題があ
る。

【０００７】なお、この種の課題は生体組織に励起光を
照射した際に発生する蛍光（自家蛍光）、および予め蛍
光診断薬を吸収させた生体組織に励起光を照射した際に
発生する蛍光（薬剤蛍光）に共通する課題である。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、精度の高い蛍光収率を取得することにより生体
の組織性状をより正確に測定することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光収率測定方
法は、励起光の照射により生体組織から発生した蛍光の
強度と、前記生体組織が受光した前記励起光の受光強度
とから、両者の比率である蛍光収率を求める蛍光収率測
定方法であって、前記励起光と異なる波長領域を有する
と共に互いに異なる波長領域を有する２種類以上の参照
光の前記生体組織への照射により該生体組織によって反
射されたそれぞれの反射参照光の強度を求め、これらの
反射参照光の強度を予め作成された近似演算式に代入す
ることにより近似強度を算出し、この近似強度を前記励
起光の受光強度として前記蛍光収率を求めることを特徴
とする。

【００１０】前記２種類以上の反射参照光の強度がそれ
ぞれ代入される変数と未知係数とを組み合わせたモデル
演算式を用意し、このモデル演算式の上記変数に、標準
試料に前記２種類以上の参照光を照射することにより該
標準試料によって反射されたそれぞれの標準反射参照光
の強度を代入したときに得られる強度が、前記標準試料
に前記励起光を照射したときに該標準試料が受光した前
記励起光の受光強度に最も近くなるように上記未知係数
を決定することにより、前記近似演算式を作成すること
ができる。

【００１１】本発明の蛍光収率測定装置は、生体組織に
励起光を照射する励起光照射手段と、該励起光の照射に
より前記生体組織から発生した蛍光の強度を検出する蛍
光検出手段と、前記励起光の照射により前記生体組織が
受光した前記励起光の受光強度と前記生体組織から発生
した前記蛍光の強度との比率である蛍光収率を求める演
算手段とを備えた蛍光収率測定装置であって、前記励起
光と異なる波長領域を有すると共に互いに異なる波長領
域を有する２種類以上の参照光を照射する参照光照射手
段と、該参照光照射手段により照射された前記２種類以
上の参照光が前記生体組織によって反射されたそれぞれ
の反射参照光の強度を検出する参照光検出手段とを備
え、前記演算手段が、前記参照光検出手段によって得ら
れた前記反射参照光の強度を予め作成された近似演算式
に代入して前記励起光の受光強度の近似強度を算出し、
この近似強度を前記励起光の受光強度として前記蛍光収
率を求めるものであることを特徴とする。

【００１２】前記蛍光収率測定装置は、該蛍光収率測定
装置に取り付けて使用される前記近似演算式を求めるた
めの治具を備え、該冶具が、前記励起光および参照光の
照射を受ける位置に前記標準試料を装着可能なものとす
ることができる。

【００１３】前記治具は、手のひら等人体の一部分を前
記標準試料として当て付けることが可能なものとするこ
とができる。

【００１４】前記２種類以上の参照光は、青色の波長領
域の光、緑色の波長領域の光、赤色の波長領域の光およ
び近赤外の波長領域の光のうち少なくとも２以上の光を
含むものとすることができる。

【００１５】前記近似演算式は、前記画像の画素毎に作
成されたものとすることができる。

【００１６】前記近似演算式は、前記励起光の受光強度
を１つの式によって表すものとすることができる。

【００１７】前記近似演算式は、前記標準試料に照射さ
れた前記励起光あるいは参照光の強度分布の回転中心を
原点とするｒ−θ座標においてｒを変数とする式によっ
て表されたものとすることができる。

【００１８】なお、前記標準試料とは、生体の正常組織
と同等の光の吸収特性、反射・散乱特性および蛍光の発
光特性を有する均質な試料を意味するものである。

【００１９】また、前記蛍光収率とは、生体組織が受光
した励起光の強度と、この励起光の受光によりこの生体
組織から発生した蛍光の強度との比率を意味する。

【００２０】

【発明の効果】本発明の蛍光収率測定方法および装置に
よれば、蛍光収率を得るときの励起光の受光強度とし
て、この励起光と異なる波長領域を有する互いに異なる
２種類以上の参照光の照射により生体組織によって反射
されたそれぞれの反射参照光の強度を適宜組み合わせて
算出された近似強度を用いるので、１種類の参照光のみ
を用いる場合に比して、生体組織による参照光の吸収あ
るいは配光分布の違いに起因する測定誤差が小さく、よ
り実際の励起光の受光強度に近い近似強度を求めること
ができ、その結果より高い精度で蛍光収率の値を取得す
ることができる。

【００２１】また、前記２種類以上の反射参照光の強度
がそれぞれ代入される変数と未知係数とを組み合わせた
モデル演算式を用意し、このモデル演算式の上記変数
に、標準試料に前記２種類以上の参照光を照射すること
により該標準試料によって反射されたそれぞれの標準反
射参照光の強度を代入したときに得られる強度が、前記
標準試料に前記励起光を照射したときに該標準試料が受
光した前記励起光の受光強度に最も近くなるように上記
未知係数を決定することにより、前記近似演算式を作成
すれば、より高い精度で蛍光収率の値を取得することが
できる。

【００２２】また、前記蛍光収率測定装置に取り付けて
使用される前記近似演算式を求めるための治具を備え、
この冶具の前記励起光および参照光の照射を受ける位置
に前記標準試料を装着可能なものとすれば、より高い精
度で蛍光収率の値を取得することができる。

【００２３】さらに、前記冶具を、手のひら等人体の一
部分を前記標準試料として当て付けることが可能なもの
とすれば、より高い精度で蛍光収率の値を取得すること
ができる。

【００２４】また、前記２種類以上の参照光が、青色の
波長領域の光、緑色の波長領域の光、赤色の波長領域の
光および近赤外の波長領域の光のうち少なくとも２以上
の光を含むものとすれば、より高い精度で蛍光収率の値
を取得することができる。

【００２５】また、前記近似演算式を、前記画像の画素
毎に作成されたものとすれば、より高い精度で蛍光収率
の値を取得することができる。

【００２６】また、前記近似演算式を、前記標準試料に
照射された前記励起光あるいは参照光の強度分布の回転
中心を原点とするｒ−θ座標においてｒを変数とする式
によって表されたものとすれば、演算をより早く実行す
ることができ演算器およびメモリ等の装置の負担を軽減
することができる。

【００２７】また、前記近似演算式を、前記励起光の受
光強度を１つの式によって表すものとすれば、演算をよ
り早く実行することができ演算器およびメモリ等の装置
の負担を軽減することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の蛍
光収率測定方法および装置を適用した蛍光内視鏡装置の
概略構成を示す図である。図に示すように蛍光内視鏡装
置８００は、白色光Ｌｗ、近赤外光Ｌｓおよび励起光Ｌ
ｅをそれぞれ射出する３つの光源を備えた光源ユニット
１００、光源ユニット１００から射出された励起光Ｌｅ
を照射光ファイバ２１を通して生体組織１に照射し、こ
の励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発生した蛍光
による像を撮像し電気的な画像信号に変換して出力する
内視鏡ユニット２００、内視鏡ユニット２００から出力
された画像信号を入力しデジタル値によって構成される
２次元画像データに変換して出力する中継ユニット３０
０、中継ユニット３００から出力された２次元画像デー
タを記憶し演算して蛍光収率を表す画像データ（以後蛍
光収率画像データＤｋｓと呼ぶ）を求め、さらにこの蛍
光収率画像データＤｋｓを表示信号に変換して出力する
蛍光収率演算ユニット４００および蛍光収率演算ユニッ
ト４００から出力された表示信号を入力し表示する表示
ユニット５００から構成されている。

【００２９】光源ユニット１００には、照射光ファイバ
２１から分岐された分岐光ファイバ２１Ａの端面２１ａ
および照射光ファイバ２１から分岐された分岐光ファイ
バ２１Ｂの端面２１ｂが接続されており、モータ１２の
回転軸に回転可能に取り付けられた、カラー３原色であ
る赤色、緑色および青色を透過させるフィルタ（Ｒフィ
ルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタ）を備えた図２に示
すような円盤状の回転フィルタ１３が白色光光源１０と
白色光集光レンズ１１との間に配置され、モータ８１に
よって回転フィルタ１３が回転されることにより、白色
光光源１０から射出された白色光Ｌｗは赤色光、緑色光
および青色光に分離され（以後、赤色光、緑色光および
青色光を合わせて面順次光Ｌｍと呼ぶ）、白色光集光レ
ンズ１１を介して順次分岐光ファイバ２１Ａの端面２１
ａに入射する。

【００３０】また、ＧａＡｓ−ＬＤからなる７８０ｎｍ
の波長の光を発生する近赤外光光源１４から射出された
近赤外光Ｌｓは４１０ｎｍの波長の光を反射し７８０ｎ
ｍの波長の光を透過させるダイクロイックミラー１５を
透過して集光レンズ１６によって集光され分岐光ファイ
バ２１Ｂの端面２１ｂに入射する。

【００３１】また、ＩｎＧａＮ−ＬＤからなる４１０ｎ
ｍの波長の光を発生する励起光光源１７から射出された
励起光Ｌｅは反射ミラー１８により略直角に反射され、
さらにダイクロイックミラー１５によって略直角に反射
されて集光レンズ１６により集光され、分岐光ファイバ
２１Ｂの端面２１ｂに入射する。

【００３２】なお、図２に示すように、回転フィルタ１
３のＲフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタ以外の領
域には白色光Ｌｗを透過しない光遮断部１３ａが設けら
れており、近赤外光Ｌｓまたは励起光Ｌｅが射出される
ときに光遮断部１３ａが白色光光源１０と白色光集光レ
ンズ１１との間に挿入され、近赤外光Ｌｓと励起光Ｌｅ
は異なるタイミングで射出されるので、これらの光が同
時に照射光ファイバ２１に入射することはない。

【００３３】内視鏡ユニット２００は、屈曲自在な先端
部２０１と、光源ユニット１００および中継ユニット３
００が接続された操作部２０２とから構成され、光源ユ
ニット１００から射出された励起光Ｌｅ、近赤外光Ｌｓ
および面順次光Ｌｍを伝搬する照射光ファイバ２１と、
撮像素子２６によって撮像され変換された電気的な画像
信号を伝送するケーブル２７とが先端部２０１から操作
部２０２に亘ってその内部に敷設されている。そして、
分岐光ファイバ２１に入射した近赤外光Ｌｓおよび面順
次光Ｌｍは分岐光ファイバ２１の他端の端面２１ｃから
射出され照射レンズ２２を通して参照光として生体組織
１に照射される。

【００３４】上記近赤外光Ｌｓの照射を受けた生体組織
１によって反射された反射参照光である近赤外光による
像（以後近赤外光像Ｚｓと呼ぶ）は、対物レンズ２３を
通してプリズム２４に入射し、プリズム２４によりその
光路は略直角に向きを変えられて撮像素子２６上に結像
され、撮像素子２６によって撮像され電気的な画像信号
に変換されてケーブル２７により中継ユニット３００に
伝送される。

【００３５】一方、面順次光Ｌｍの照射を受けた生体組
織１によって反射された反射参照光である面順次光Ｌｍ
による像、すなわち赤色光像Ｚｒ、緑色光像Ｚｇおよび
青色光像Ｚｂ（以後、赤色光像Ｚｒ、緑色光像Ｚｇおよ
び青色光像Ｚｂを合わせて面順次光像Ｚｍと呼ぶ）は、
近赤外光Ｌｓを生体組織１に照射したときと同様に撮像
素子２６によって撮像され画像信号に変換されてケーブ
ル２７により中継ユニット３００に伝送される。

【００３６】また、分岐光ファイバ２１に入射した励起
光Ｌｅは分岐光ファイバ２１の他端の端面２１ｃから射
出され照射レンズ２２を通して参照光として生体組織１
に照射され、この励起光Ｌｅを受光した生体組織１から
発生した蛍光による像（以下蛍光像Ｚｋと呼ぶ）も、上
記と同様に撮像素子２６によって撮像され画像信号に変
換されてケーブル２７により中継ユニット３００に伝送
される。

【００３７】なお、上記撮像素子２６はｎ×ｍの行列状
の画素を持ち受光面上には４１０ｎｍの波長を遮断し４
１０ｎｍを超える波長領域の光を透過する励起光カット
フィルタ２５が配設され蛍光像Ｚｋと同時に対物レンズ
２３に入射する励起光Ｌｅは遮断される。

【００３８】また、励起光の照射により生体組織から発
生する蛍光は微弱であるので、蛍光像Ｚｋと、赤色光像
Ｚｒ、緑色光像Ｚｇ、青色光像Ｚｂおよび近赤外光像Ｚ
ｓとを１つの撮像素子で受光するために、前記それぞれ
の像の強度が適切な値となるように各光の照射強度およ
び各フィルタの透過特性が調整されている。

【００３９】中継ユニット３００には、ケーブル２７が
接続されており、ケーブル２７によって伝送された赤色
光像Ｚｒ、緑色光像Ｚｇ、青色光像Ｚｂ、近赤外光像Ｚ
ｓ、および蛍光像Ｚｋを担持する画像信号はプロセス回
路部３１によって雑音抑圧、欠陥補正および映像信号処
理等が施され、さらにＡ／Ｄ変換器３２によってデジタ
ル信号に変換されｎ×ｍの行列状の２次元画像データと
して出力される。

【００４０】蛍光収率演算ユニット４００には、中継ユ
ニット３００から出力された各２次元画像データをそれ
ぞれ赤色光画像データＤｒ、緑色光画像データＤｇ、青
色光画像データＤｂ、近赤外光画像データＤｓ、および
蛍光画像データＤｋとして記憶する赤色光画像メモリ４
１ａ、緑色光画像メモリ４１ｂ、青色光画像メモリ４１
ｃ、近赤外光画像メモリ４２、および蛍光画像メモリ４
３が配設されている。そして、前記各画像メモリに記憶
された各２次元画像データと、後述する標準試料測定治
具を用いて予め求められ近似演算式メモリ４５に記憶さ
れた近似演算式とは受光励起光強度演算器４６に入力さ
れ、生体組織１が受光した励起光の受光強度の近似値を
求める演算が施され、その結果は受光励起光画像データ
Ｄｅｊとして受光励起光画像メモリ４７に記憶される。

【００４１】蛍光画像メモリ４３に記憶された蛍光画像
データＤｋおよび受光励起光画像メモリ４７に記憶され
た受光励起光画像データＤｅｊとは蛍光収率演算器に入
力され演算が施されて、その結果は蛍光収率画像データ
Ｄｋｓとして出力され、さらにこの蛍光収率画像データ
Ｄｋｓは映像信号処理回路４９に入力され表示信号に変
換され出力される。

【００４２】表示ユニット５００は映像信号処理回路４
９によって変換された表示信号を入力し可視画像として
表示する。

【００４３】なお、蛍光内視鏡装置８００には、生体組
織１が受光した励起光の強度を近似する近似演算式の係
数を求めるために必要な図３に示すような標準試料測定
治具６００が付属している。この標準試料測定治具６０
０は、内視鏡ユニット２００の先端部２０１を装着する
挿入口６１１を備えた位置決めホルダ６１０、および生
体の正常組織と同等の光の吸収特性、反射・散乱特性お
よび蛍光の発光特性を有する均質な円盤状の標準試料６
２０を備えており、内視鏡ユニット２００の先端部２０
１を装着した位置決めホルダ６１０の試料当付部６１２
に標準試料６２０を当て付け、光源ユニット１００から
射出された光を内視鏡ユニット２００を経由して標準試
料６２０に照射し、この光の照射を受けた標準試料６２
０によって反射された光、および標準試料６２０から発
生した蛍光を測定し、蛍光収率演算ユニット４００によ
って演算を施すことにより上記近似演算式の係数が求め
られる。

【００４４】なお、この標準試料６２０の代わり予め正
常組織と診断された人体の一部、例えば図４に示すよう
な手６３０を試料当付部６１２に当て付けて同様の測定
を行うこともできる。

【００４５】次に、上記実施の形態における作用につい
て説明する。まず始めに、生体組織が受光した励起光の
強度の近似値を２次元画像データとして得るための近似
演算式を標準試料測定治具６００を用いて求める方式に
ついて説明する。

【００４６】図３に示すように内視鏡ユニット２００の
先端部２０１を、位置決めホルダ６１０の挿入部６１１
に装着し、さらに位置決めホルダ６１０の試料当付部６
１２に標準試料６２０を当て付ける。この状態で、光源
ユニット１００から励起光Ｌｅを射出し照射光ファイバ
２１および照射レンズ２２を介して標準試料６２０に照
射する。励起光の照射を受けて標準試料６２０から発生
した蛍光による標準試料６２０の標準蛍光像は対物レン
ズ２３を通してプリズム２４に入射し、プリズム２４に
よりその光路は略直角に向きを変えられて撮像素子２６
上に結像され撮像されて電気的な画像信号に変換され
る。この画像信号はさらにケーブル２７により中継ユニ
ット３００に入力されプロセス回路部３１を介してＡ／
Ｄ変換器３２によってデジタル信号に変換されて標準蛍
光画像データＤＨｋとして出力され、蛍光収率演算ユニ
ット４００の蛍光画像メモリ４３に記憶される。この標
準試料６２０は生体の正常組織と同等の蛍光の発生特性
を有する均質な試料であるので、受光した励起光Ｌｅの
強度に応じた強度で蛍光を発生し、標準蛍光画像データ
ＤＨｋは、標準試料６２０が受光した励起光Ｌｅの強度
を反映する２次元画像データとなる。

【００４７】次に、光源ユニット１００から近赤外光Ｌ
ｓを射出し内視鏡ユニット２００を経由して上記と同様
に標準試料６２０を照射し、近赤外光Ｌｓの照射を受け
た標準試料６２０によって反射された近赤外光による標
準試料６２０の標準近赤外光像が撮像され、この撮像に
より得られた画像信号は中継ユニット３００を介して標
準近赤外光画像データＤＨｓとして近赤外光画像メモリ
４２に記憶される。

【００４８】また、光源ユニット１００から内視鏡ユニ
ット２００を経由して射出された面順次光Ｌｍの照射を
受けた標準試料６２０によって反射された面順次光によ
る標準試料６２０の標準面順次光像、すなわち標準赤色
光像、標準緑色光像および標準青色光像も上記と同様に
撮像され、この撮像により得られた画像信号は中継ユニ
ット３００を介して標準赤色光画像データＤＨｒ、標準
緑色光画像データＤＨｇおよび標準青色光画像データＤ
Ｈｂとして赤色光画像メモリ４１ａ、緑色光画像メモリ
４１ｂおよび青色光画像メモリ４１ｃに記憶される。

【００４９】そして、赤色光画像メモリ４１ａ、緑色光
画像メモリ４１ｂ、青色光画像メモリ４１ｃ、近赤外光
画像メモリ４２、および蛍光画像メモリ４３に記憶され
た標準赤色光画像データＤＨｒ、標準緑色光画像データ
ＤＨｇおよび標準青色光画像データＤＨｂ、標準近赤外
光画像データＤＨｓおよび標準蛍光画像データＤＨｋは
近似係数演算器４４に入力され、予め外部入力端子４０
から入力され近似係数演算器４４に記憶された未知係数
を含むモデル演算式に代入され、前記モデル演算式の未
知係数の値が算出される。そして、この未知係数の値が
定められたモデル演算式は生体組織１が受光した励起光
の強度を近似する近似演算式として近似演算式メモリ４
５に記憶される。

【００５０】ここで、上記各２次元画像データからモデ
ル演算式の未知係数を求める場合の詳細について説明す
る。

【００５１】蛍光収率は励起光の照射により生体組織が
受光した励起光の強度と、この励起光を受光した生体組
織から発生した蛍光の強度との比率によって表される値
であるが、生体組織が受光した励起光の強度を直接測定
することは困難であり、また可視光の短波長側の波長領
域の励起光は生体の組織性状によってその吸収率が異な
り生体組織に均一に吸収されず、一方可視光の長波長側
の波長領域の光はその波長領域が励起光の波長領域と大
きく違うため配光特性が異なるので、生体組織が受光し
た励起光の強度をこれらの代替光を用いて測定しようと
しても大きな誤差が発生してしまう。

【００５２】しかしながら、互いに異なる波長領域を持
つ４種類の光を用いて励起光の受光強度を近似すると上
記欠点を補うことができ、標準試料に４種類の互いに異
なる波長領域の光を照射することにより得られた２次元
画像データに基づいて近似演算式を求めることにより、
生体組織が受光した励起光の強度を近似する２次元画像
データのより正確な値を得ることができる。

【００５３】この近似演算式は、外部入力端子４０から
入力され近似係数演算器４４に記憶された未知係数を含
むモデル演算式に、実際に測定して得られた上記２次元
画像データを既知の値として代入することにより求めら
れる。

【００５４】具体的には、面順次光である赤色光Ｌｒ、
緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂと、近赤外光Ｌｓとを標準
試料６２０に照射することによって得られた標準赤色光
像、標準緑色光像、標準青色光像および標準近赤外光像
を撮像して得られた２次元画像データである標準赤色光
画像データＤＨｒ、標準緑色光画像データＤＨｇ、標準
青色光画像データＤＨｂ、標準近赤外光画像データＤＨ
ｓおよび標準試料６２０が受光した励起光Ｌｅの強度を
反映する標準蛍光画像データＤＨｋを既知の値としてモ
デル演算式 Ｑ＝α×Ｐ１＋β×Ｐ２＋γ×Ｐ３＋δ×Ｐ４＋ε・・・式（１） のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｑにそれぞれ代入すること
により未知係数α、β、γ、δ、εを各画素位置（ｉ，
ｊ）毎に求める式が立てられる。すなわち、 ＤＨｋ（ｉ，ｊ）＝αij×ＤＨｒ（ｉ，ｊ）＋βijＤＨ
ｇ（ｉ，ｊ）×＋γij×ＤＨｂ（ｉ，ｊ）＋δij×ＤＨ
ｓ（ｉ，ｊ）＋εij ここで、ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ ＤＨｋ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準蛍
光画像データの値 ＤＨｒ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準赤
色光画像データの値 ＤＨｇ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準緑
色光画像データの値 ＤＨｂ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準青
色光画像データの値 ＤＨｓ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における近赤外
光標準画像データの値 αij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準赤色光画像デー
タの未知係数 βij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準緑色光画像デー
タの未知係数 γij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準青色光画像デー
タの未知係数 δij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準近赤外光画像デ
ータの未知係数 εij：未知定数 そして、後述する主旨に基づき上記式を満足するように
各画素位置（ｉ，ｊ）毎に下記に示すような未知係数お
よび未知定数の値が定められる。

【００５５】 αij＝Ｒij、βij＝Ｇij、γij＝Ｂij、δij＝Ｓij、ε
ij＝Ｅij 上記のようにモデル演算式の未知係数および未知定数の
値が各画素位置（ｉ，ｊ）毎に定められると、励起光の
受光強度を求める近似演算式は下記式のように定めるこ
とができる。すなわち、 ｙij＝Ｒij×Ｐ１ij＋Ｇij×Ｐ２ij＋Ｂij×Ｐ３ij＋Ｓ
ij×Ｐ４ij＋Ｅij ここで、Ｐ１ij、Ｐ２ij、Ｐ３ij、Ｐ４ijには実際の生
体組織を測定したときに得られた赤色光画像データＤ
ｒ、緑色光画像データＤｇ、青色光画像データＤｂ、近
赤外光画像データＤｓの値がそれぞれ代入されることに
よりｙijとして受光励起光画像データＤｅｊの値が求め
られる。そして、この近似演算式は近似係数演算器４４
から出力され近似演算式メモリ４５に記憶される。

【００５６】上記近似演算式は、生体組織が受光した励
起光の強度を可視光の短波長側の光の反射強度で近似す
る場合に誤差の原因となる生体組織の光の吸収による影
響を可視光の長波長側の反射参照光の強度で補正し、他
方で、生体組織が受光した励起光の受光強度を可視光の
長波長側の反射強度で近似する場合に誤差の原因となる
波長の差（屈折率の違い）による配光特性の違いの影響
を可視光の短波長側の反射参照光強度で補正するように
設定されたものであり、１種類の波長領域の光を用いて
励起光の受光強度を近似した従来の方式に比較して生体
組織が受光した励起光の強度をより正確に近似すること
ができる。２次元画像データの各画素位置（ｉ，ｊ）毎
に求められた係数Ｒij、Ｇij、Ｂij、Ｓij、Ｅiｊは上
記のような主旨に従って定められたものである。

【００５７】次に、上記のように標準試料測定治具を使
用して取得された近似演算式を用いて蛍光収率を求める
場合について説明する。内視鏡ユニット２００の先端部
２０１は、標準試料測定治具６００の挿入部６１１から
取り外され、本来の測定対象である生体組織１を測定す
る位置に配置される。そして、標準試料６２０を測定し
たときと同様に、光源ユニット１００から内視鏡ユニッ
ト２００を経由して励起光Ｌｅ、近赤外光Ｌｓ、面順次
光Ｌｍをそれぞれ異なるタイミングで生体組織１に照射
し、生体組織１から発生した蛍光像Ｚｋ、および生体組
織によって反射された赤色光像Ｚｒ、緑色光像Ｚｇ、青
色光像Ｚｂ、近赤外光像Ｚｓは、それぞれ撮像されて蛍
光画像データＤｋ、および近赤外光画像データＤｓ、赤
色光画像データＤｒ、緑色光画像データＤｇ、青色光画
像データＤｂとして蛍光画像メモリ４３および近赤外光
画像メモリ４１、赤色光画像メモリ４１ａ、緑色光画像
メモリ４１ｂ、青色光画像メモリ４１ｃに記憶される。

【００５８】各画像メモリに記憶された赤色光画像デー
タＤｒ、緑色光画像データＤｇ、青色光画像データＤ
ｂ、近赤外光画像データＤｓおよび近似演算式メモリ４
５に記憶された近似演算式は、受光励起光強度演算器４
６に入力され上記各２次元画像データの各画素位置
（ｉ，ｊ）の値が近似演算式 ｙij＝Ｒij×Ｐ１ij＋Ｇij×Ｐ２ij＋Ｂij×Ｐ３ij＋Ｓ
ij×Ｐ４ij＋Ｅij のＰ１ij、Ｐ２ij、Ｐ３ij、Ｐ４ijにそれぞれ代入さ
れ、生体組織１が受光した励起光の強度を近似する受光
励起光画像データＤｅｊ（ｉ，ｊ）の値が求められる。
すなわち、 Ｄｅｊ（ｉ，ｊ）＝Ｒij×Ｄｒ（ｉ，ｊ）＋Ｇij×Ｄｇ
（ｉ，ｊ）＋Ｂij×Ｄｂ（ｉ，ｊ）＋Ｓｉｊ×Ｄｓ
（ｉ，ｊ）＋Ｅij ここでｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ Ｄｅｊ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における受光励
起光画像データの値 Ｄｒ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における赤色光画
像データの値 Ｄｇ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における緑色光画
像データの値 Ｄｂ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における青色光画
像データの値 Ｄｓ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における近赤外光
画像データの値 Ｒij：画素位置（ｉ，ｊ）における赤色光画像データの
係数 Ｇij：画素位置（ｉ，ｊ）における緑色光画像データの
係数 Ｂij：画素位置（ｉ，ｊ）における青色光画像データの
係数 Ｓij：画素位置（ｉ，ｊ）における近赤外光画像データ
の係数 Ｅij：画素位置（ｉ，ｊ）における定数 そして、このようにして求められ受光励起光画像メモリ
４７に記憶された受光励起光画像データＤｅｊ（ｉ，
ｊ）と、励起光Ｌｅを照射したときに取得され蛍光画像
メモリ４３に記憶された蛍光画像データＤｋ（ｉ，ｊ）
とは蛍光収率演算器４８に入力され、蛍光画像データＤ
ｋ（ｉ，ｊ）の値を受光励起光画像データＤｅｊ（ｉ，
ｊ）の値で除算することにより蛍光収率画像データＤｋ
ｓ（ｉ，ｊ）が求められる。すなわち、 Ｄｋｓ（ｉ，ｊ）＝Ｄｋ（ｉ，ｊ）／Ｄｅｊ（ｉ，ｊ） ここでｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ この演算によって求められた蛍光収率画像データＤｋｓ
（ｉ，ｊ）は、映像信号処理回路４９によって表示信号
に変換され表示ユニット５００によって可視画像として
表示される。なお、標準試料および生体組織は、可視光
の短波長側の青色光Ｌｂの照射を受けることによっても
蛍光を発生するが、その発光強度は標準試料および生体
組織によって反射される青色光の強度に比べて極微弱で
あるので撮像素子によって検出された青色光像Ｚｂの強
度値からこの蛍光の強度値を除去するような処理は不要
である。

【００５９】また、前記モデル演算式（１）のＰ１、Ｐ
２、Ｐ３をＮＴＳＣ方式の映像信号の輝度信号Ｙ、Ｉ信
号、Ｑ信号にそれぞれ対応させるように、式を立てるこ
ともできる。すなわち、 ＤＨｋ（ｉ，ｊ）＝αij×Ｙ（ｉ，ｊ）＋βij×Ｉ
（ｉ，ｊ）＋γij×Ｑ（ｉ，ｊ）＋δij×ＤＨｓ（ｉ，
ｊ）＋εij ここで、ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ Ｙ（ｉ，ｊ）＝０．３０ＤＨｇ（ｉ，ｊ）＋０．５９Ｄ
Ｈｒ（ｉ，ｊ）＋０．１１ＤＨｂ（ｉ，ｊ） Ｉ（ｉ，ｊ）＝０．６０ＤＨｇ（ｉ，ｊ）−０．２８Ｄ
Ｈｒ（ｉ，ｊ）−０．３２ＤＨｂ（ｉ，ｊ） Ｑ（ｉ，ｊ）＝０．２１ＤＨｇ（ｉ，ｊ）−０．５２Ｄ
Ｈｒ（ｉ，ｊ）＋０．３１ＤＨｂ（ｉ，ｊ） ＤＨｋ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準蛍
光画像データの値 ＤＨｒ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準赤
色光画像データの値 ＤＨｇ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準緑
色光画像データの値 ＤＨｂ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における標準青
色光画像データの値 ＤＨｓ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における近赤外
光標準画像データの値 αij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準蛍光画像データ
の未知係数 βij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準赤色光画像デー
タの未知係数 γij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準緑色光画像デー
タの未知係数 δij：画素位置（ｉ，ｊ）における標準青色光画像デー
タの未知係数 εij：未知定数 これらの式に基づき、標準試料を測定して得た各２次元
画像データの値から未知係数αij、βij、γij、δijお
よび未知定数εijの値を求め、上記と同様に近似演算式
を得ることもできる。

【００６０】また、近似演算式を求める他の方式とし
て、受光励起光画像データＤｅｊの全領域を１つの近似
演算式で表すことができるように、各未知係数の値が全
ての画素位置（ｉ，ｊ）において共通な１種類の値に定
まるように近似演算式を求めることもできる。すなわ
ち、 Ｑ（ｉ，ｊ）＝α×Ｐ１（ｉ，ｊ）＋β×Ｐ２（ｉ，
ｊ）＋γ×Ｐ３（ｉ，ｊ）＋δ×Ｐ４（ｉ，ｊ）＋ε ここで、ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ この場合、４つの未知係数α、β、γ、δ、εに対し
て、２次元画像データの各画素位置に対応するｎ×ｍ個
の式が立ち、最小二乗法を用いて未知係数α、β、γ、
δ、εの値を定めることができる。そして、最小二乗法
によって定められた各未知係数の値を、 α＝Ｓ、β＝Ｒ、γ＝Ｇ、δ＝Ｂ、ε＝Ｅ とすると、励起光の受光強度を求める近似演算式は、 ｙij＝Ｒ×Ｐ１ij＋Ｇ×Ｐ２ij＋Ｂ×Ｐ３ij＋Ｓ×Ｐ４
ij＋Ｅ によって表される。そして、このようにして得られた近
似演算式を用いて受光励起光画像データＤｅｊ（ｉ，
ｊ）の値が求められる。すなわち、 Ｄｅｊ（ｉ，ｊ）＝Ｒ×Ｄｒ（ｉ，ｊ）＋Ｇ×Ｄｇ
（ｉ，ｊ）＋Ｂ×Ｄｂ（ｉ，ｊ）＋Ｓ×Ｄｓ（ｉ，ｊ）
＋Ｅ ここでｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ Ｄｅｊ（ｉ，ｊ）：画素位置（ｉ，ｊ）における受光励
起光画像データの値 Ｄｒ（ｉ，ｊ）：位置（ｉ，ｊ）における赤色光画像デ
ータＤｒの値 Ｄｇ（ｉ，ｊ）：位置（ｉ，ｊ）における緑色光画像デ
ータＤｇの値 Ｄｂ（ｉ，ｊ）：位置（ｉ，ｊ）における青色光画像デ
ータＤｂの値 Ｄｓ（ｉ，ｊ）：位置（ｉ，ｊ）における近赤外光画像
データＤｓの値 Ｒ：赤色光画像データＤｒの係数の値 Ｇ：緑色光画像データＤｇの係数の値 Ｂ：青色光画像データＤｂの係数の値 Ｓ：近赤外光画像データＤｓの係数の値 Ｅ：定数の値 さらに、モデル演算式を近赤外光Ｌｓを除いた面順次光
Ｌｍによる３種類の光を用いて表される非線形のモデル
演算式、たとえば、 Ｑ（ｉ，ｊ）＝α１×Ｐ１（ｉ，ｊ）＋α２×Ｐ１
（ｉ，ｊ）＊＊２＋β１×Ｐ２（ｉ，ｊ）＋β２×Ｐ２
（ｉ，ｊ）＊＊２＋γ１×Ｐ３（ｉ，ｊ）＋γ２×Ｐ３
（ｉ，ｊ）＊＊２＋δ１×ε のような２次以上の関数を有するモデル演算式を用いて
近似演算式を得ることもできる。

【００６１】また、上記式の未知係数を最小二乗法を用
いて求める場合には、誤差を少なくするために、Ｓ／Ｎ
比の高い画素位置の画像データを選択して最小二乗法を
適用したり、あるいはＳ／Ｎ比の高い複数の領域から求
められたそれぞれの未知係数の平均値を全ての領域に共
通な１つの未知係数の値とすることもできる。この場
合、各画素位置あるいは領域に対応する生体組織が受光
した励起光の強度の標準偏差が、上記各画素位置あるい
は領域に対応する正常組織から発生した蛍光の強度の標
準偏差に近くなるように画素位置あるいは領域を選択す
ることにより近似演算式の近似精度を高めることができ
る。

【００６２】また、測定領域を複数の領域に分割し、１
つのモデル演算式に対してこれらの分割された領域毎に
未知係数の値を求め、複数組の近似演算式を求めたり、
同じく測定領域を複数の領域に分割し、これらの分割さ
れた領域毎に式の形が異なるモデル演算式を設定し、こ
れらのモデル演算式に基づき各領域毎に近似演算式を求
めることもできる。

【００６３】また、標準励起光画像データＤＨｅを近似
する近似演算式は、４種類の互いに異なる波長領域を有
する光の照射により得られた２次元画像データに基づき
求められる場合に限らず、２種類以上の互いに異なる波
長領域を有する光の照射により得られた２次元画像デー
タに基づき近似演算式を求めるようにしても、従来方式
より近似誤差を小さくする効果が得られる。

【００６４】また、上記演算式は行列状の画素に対応す
るＸ−Ｙの直交座標により求める方式に限定されるもの
ではなく、例えば、ほぼ回転対称となる照射光の強度分
布の回転中心位置を原点とするｒ−θ座標によりモデル
演算式作成すれば、θ座標は省略することができるので
ｒ座標のみの変数として近似演算式を表すことができ
る。

【００６５】近赤外光は、個別の光源から射出しなくと
も、近赤外光の波長領域のみを透過させるフィルタを回
転フィルタ１２に追加することにより、白色光源に含ま
れる近赤外光を分離すれば近赤外光源１４を省略するこ
ともできる。

【００６６】また、これらの光の照射によって得られる
蛍光収率を表す画像は、１フレーム３０コマの動画像と
しての表示に限らず、１フレーム１５コマあるいは１フ
レーム１０コマ等の滑らかな動画像としては表示するこ
とはできないが生体の組織性状を連続して観察すること
ができる画像として表示したり、あるいは静止画像とし
ても表示することができる。

【００６７】上記のように、本発明によれば、精度の高
い蛍光収率を取得することができ生体の組織性状をより
正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による蛍光収率測定装置の
概略構成図

【図２】回転フィルタの詳細を示す図

【図３】標準試料測定治具の構造を示す図

【図４】標準試料測定治具に人体の一部を当て付けたと
きの配置を示す図

【符号の説明】

１ 生体組織 ２１ 照射光ファイバ ２６ 撮像素子 １００ 光源ユニット ２００ 内視鏡ユニット ３００ 中継ユニット ４００ 蛍光収率演算ユニット ５００ 表示ユニット ８００ 蛍光内視鏡装置 Ｌｗ 白色光 Ｌｍ 面順次光 Ｌｓ 近赤外光 Ｌｅ 励起光

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G043 AA04 EA01 FA06 GA06 GB18 HA05 HA09 HA12 JA02 KA01 KA02 KA05 LA03 MA01 NA05 4C061 AA00 BB01 CC06 DD03 HH54 LL01 MM03 NN01 QQ04 RR04 RR14 SS09 WW08 WW15

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光の照射により生体組織から発生し
   た蛍光の強度と、前記生体組織が受光した前記励起光の
   受光強度とから、両者の比率である蛍光収率を求める蛍
   光収率測定方法であって、 前記励起光と異なる波長領域を有すると共に互いに異な
   る波長領域を有する２種類以上の参照光の前記生体組織
   への照射により該生体組織によって反射されたそれぞれ
   の反射参照光の強度を求め、これらの反射参照光の強度
   を予め作成された近似演算式に代入することにより近似
   強度を算出し、この近似強度を前記励起光の受光強度と
   して前記蛍光収率を求めることを特徴とする蛍光収率測
   定方法。
2. 【請求項２】 前記２種類以上の反射参照光の強度がそ
   れぞれ代入される変数と未知係数とを組み合わせたモデ
   ル演算式を用意し、このモデル演算式の上記変数に、標
   準試料に前記２種類以上の参照光を照射することにより
   該標準試料によって反射されたそれぞれの標準反射参照
   光の強度を代入したときに得られる強度が、前記標準試
   料に前記励起光を照射したときに該標準試料が受光した
   前記励起光の受光強度に最も近くなるように上記未知係
   数を決定することにより、前記近似演算式を作成するこ
   とを特徴とする請求項１記載の蛍光収率測定方法。
3. 【請求項３】 生体組織に励起光を照射する励起光照射
   手段と、該励起光の照射により前記生体組織から発生し
   た蛍光の強度を検出する蛍光検出手段と、前記励起光の
   照射により前記生体組織が受光した前記励起光の受光強
   度と前記生体組織から発生した前記蛍光の強度との比率
   である蛍光収率を求める演算手段とを備えた蛍光収率測
   定装置であって、 前記励起光と異なる波長領域を有すると共に互いに異な
   る波長領域を有する２種類以上の参照光を照射する参照
   光照射手段と、 該参照光照射手段により照射された前記２種類以上の参
   照光が前記生体組織によって反射されたそれぞれの反射
   参照光の強度を検出する参照光検出手段とを備え、 前記演算手段が、前記参照光検出手段によって得られた
   前記反射参照光の強度を予め作成された近似演算式に代
   入して前記励起光の受光強度の近似強度を算出し、この
   近似強度を前記励起光の受光強度として前記蛍光収率を
   求めるものであることを特徴とする蛍光収率測定装置。
4. 【請求項４】 前記蛍光収率測定装置が、該蛍光収率測
   定装置に取り付けて使用される前記近似演算式を求める
   ための治具を備え、該冶具が、前記励起光および参照光
   の照射を受ける位置に前記標準試料を装着可能なもので
   あることを特徴とする請求項３記載の蛍光収率測定装
   置。
5. 【請求項５】 前記治具が、手のひら等人体の一部分を
   前記標準試料として当て付けることが可能なものである
   ことを特徴とする請求項４記載の蛍光収率測定装置。
6. 【請求項６】 前記２種類以上の参照光が、青色の波長
   領域の光、緑色の波長領域の光、赤色の波長領域の光お
   よび近赤外の波長領域の光のうち少なくとも２以上の光
   を含むものであることを特徴とする請求項３から５いず
   れか１項記載の蛍光収率測定装置。
7. 【請求項７】 前記近似演算式が、前記画像の画素毎に
   作成されたものであることを特徴とする請求項３から６
   いずれか１項記載の蛍光収率測定装置。
8. 【請求項８】 前記近似演算式が、前記励起光の受光強
   度を１つの式によって表すものであることを特徴とする
   請求項３から６のいずれか１項記載の蛍光収率測定装
   置。
9. 【請求項９】 前記近似演算式が、前記標準試料に照射
   された前記励起光あるいは参照光の強度分布の回転中心
   を原点とするｒ−θ座標においてｒを変数とする式によ
   って表されたものであることを特徴とする請求項３から
   ８のいずれか１項記載の蛍光収率測定装置。