JP2008161550A - 内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
【課題】混合状態で取得された蛍光画像から各蛍光薬剤毎の蛍光の分布画像を取得することを可能とし、癌細胞の診断能を向上する。
【解決手段】光学特性の異なる２種類以上の蛍光薬剤を励起させるために分光特性の異なる２種類以上の励起光を選択的に照射する光源部４と、体腔内に入れられる部位に設けられ、各励起光により観察対象から放射される２種類以上の蛍光の波長帯域に受光感度を有する撮像部１４と、蛍光強度と各蛍光薬剤の濃度との相対関係情報を記憶する記憶部１８と、撮像部１４により撮影された２以上の画像の蛍光強度と記憶部１８に記憶されている相対関係情報とに基づいて、各蛍光薬剤の濃度情報を演算して出力する濃度情報演算部１８と、撮像部１４により取得された少なくとも１つの蛍光強度画像を提示する第１の蛍光観察モードと、濃度情報演算部１８により演算された各蛍光薬剤の濃度情報を提示する第２の蛍光観察モードとを切替可能なモード切替部とを備える内視鏡システム１を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】光学特性の異なる２種類以上の蛍光薬剤を励起させるために分光特性の異なる２種類以上の励起光を選択的に照射する光源部４と、体腔内に入れられる部位に設けられ、各励起光により観察対象から放射される２種類以上の蛍光の波長帯域に受光感度を有する撮像部１４と、蛍光強度と各蛍光薬剤の濃度との相対関係情報を記憶する記憶部１８と、撮像部１４により撮影された２以上の画像の蛍光強度と記憶部１８に記憶されている相対関係情報とに基づいて、各蛍光薬剤の濃度情報を演算して出力する濃度情報演算部１８と、撮像部１４により取得された少なくとも１つの蛍光強度画像を提示する第１の蛍光観察モードと、濃度情報演算部１８により演算された各蛍光薬剤の濃度情報を提示する第２の蛍光観察モードとを切替可能なモード切替部とを備える内視鏡システム１を提供する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、内視鏡システムに関するものである。
従来、癌細胞においては、ある種のタンパク質等が正常部に比べて過剰に発現していることが知られており、蛍光プローブを用いて、発現したタンパク質等の分子を光らせることで癌細胞を診断し、また、この蛍光を内視鏡的に観察することで癌細胞を識別する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、１種類の蛍光プローブを用いて癌細胞を診断する内視鏡装置が開示されている。
特許文献１には、１種類の蛍光プローブを用いて癌細胞を診断する内視鏡装置が開示されている。
しかしながら、炎症発生部位等の癌以外の部位にも、癌細胞により発現される分子が存在し、同様の蛍光を発する場合もあるため、単一種類の蛍光プローブでは癌細胞を特定する診断能が低いという不都合がある。
一方、癌細胞により発現される分子は１種類だけではないことが知られており、これら癌細胞に関連する複数種の分子をそれぞれ光学特性の異なる蛍光色素により光らせて観察すれば、診断能を向上することができる。
一方、癌細胞により発現される分子は１種類だけではないことが知られており、これら癌細胞に関連する複数種の分子をそれぞれ光学特性の異なる蛍光色素により光らせて観察すれば、診断能を向上することができる。
しかしながら、複数種の蛍光薬剤を観察する場合に、蛍光の混色が問題となる。蛍光薬剤が励起されることで発生される蛍光は非常に微弱であるため、幅広い波長帯域で蛍光を取得することが望ましい。しかし、２種類以上の蛍光薬剤を使用すると、その蛍光の波長帯域が重なってしまうために、それぞれの蛍光薬剤の分布画像ではなく、混合された画像しか取得することができないという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、可変分光素子のような特別な装置を使用することなく、混合状態で取得された蛍光画像から各蛍光薬剤毎の蛍光の分布画像を取得することを可能とし、癌細胞の診断能を向上することができる内視鏡システムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の観察対象の画像を取得する内視鏡システムであって、光学特性の異なる２種類以上の蛍光薬剤を励起させるために分光特性の異なる２種類以上の励起光を選択的に照射する光源部と、前記体腔内に入れられる部位に設けられるとともに、前記各励起光をカットするフィルタを有し、かつ、前記各励起光により前記観察対象から放射される２種類以上の蛍光の波長帯域に受光感度を有する撮像部と、前記各励起光により励起したときに発生する蛍光強度と前記各蛍光薬剤の濃度との相対関係に関する情報を記憶する記憶部と、前記撮像部により撮影された２以上の画像の蛍光強度と前記記憶部に記憶されている前記相対関係に関する情報とに基づいて、各蛍光薬剤の濃度情報を演算して出力する濃度情報演算部と、前記撮像部により取得された蛍光強度画像の内、少なくとも１つの蛍光強度画像を提示する第１の蛍光観察モードと、前記濃度情報演算部により演算された各蛍光薬剤の濃度情報を提示する第２の蛍光観察モードとを切替可能なモード切替部とを備える内視鏡システムを提供する。
本発明は、生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の観察対象の画像を取得する内視鏡システムであって、光学特性の異なる２種類以上の蛍光薬剤を励起させるために分光特性の異なる２種類以上の励起光を選択的に照射する光源部と、前記体腔内に入れられる部位に設けられるとともに、前記各励起光をカットするフィルタを有し、かつ、前記各励起光により前記観察対象から放射される２種類以上の蛍光の波長帯域に受光感度を有する撮像部と、前記各励起光により励起したときに発生する蛍光強度と前記各蛍光薬剤の濃度との相対関係に関する情報を記憶する記憶部と、前記撮像部により撮影された２以上の画像の蛍光強度と前記記憶部に記憶されている前記相対関係に関する情報とに基づいて、各蛍光薬剤の濃度情報を演算して出力する濃度情報演算部と、前記撮像部により取得された蛍光強度画像の内、少なくとも１つの蛍光強度画像を提示する第１の蛍光観察モードと、前記濃度情報演算部により演算された各蛍光薬剤の濃度情報を提示する第２の蛍光観察モードとを切替可能なモード切替部とを備える内視鏡システムを提供する。
上記発明においては、前記モード切替部が、前記第２の蛍光観察モードに先立って前記第１の蛍光観察モードに切り替えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記相対関係に関する情報が、前記各励起光により励起したときに発生する蛍光強度と、前記各蛍光薬剤の濃度との比率の情報であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記相対関係に関する情報が、前記各励起光により励起したときに発生する蛍光強度と、前記各蛍光薬剤の濃度との比率の情報であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記濃度情報演算部により演算して出力された濃度情報を表示する表示部を備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記表示部が、表示色に対応する複数のチャネルを備え、前記各蛍光薬剤に対応する濃度情報が、各チャネルに割り当てられて出力されることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記各励起光の波長が、近赤外域より長波長側に配されていることが好ましい。
また、上記発明においては、前記表示部が、表示色に対応する複数のチャネルを備え、前記各蛍光薬剤に対応する濃度情報が、各チャネルに割り当てられて出力されることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記各励起光の波長が、近赤外域より長波長側に配されていることが好ましい。
本発明によれば、可変分光素子のような特別な装置を使用することなく、混色状態で取得された蛍光画像から各蛍光薬剤毎の蛍光の分布画像を取得することを可能とし、癌細胞の診断能を向上することができるという効果を奏する。
以下、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システム１について、図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部２と、該挿入部２内に配置される撮像ユニット（撮像部）３と、励起光および通常光観察用の照明光を発する光源ユニット４と、挿入部２の先端２ａから吐出させる液体を供給する送液ユニット５と、前記撮像ユニット３、光源ユニット４および送液ユニット５を制御する制御ユニット６と、撮像ユニット３により取得された画像を表示する表示ユニット７とを備えている。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部２と、該挿入部２内に配置される撮像ユニット（撮像部）３と、励起光および通常光観察用の照明光を発する光源ユニット４と、挿入部２の先端２ａから吐出させる液体を供給する送液ユニット５と、前記撮像ユニット３、光源ユニット４および送液ユニット５を制御する制御ユニット６と、撮像ユニット３により取得された画像を表示する表示ユニット７とを備えている。
前記挿入部２は、生体の体腔に挿入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部に、前記撮像ユニット３および前記光源ユニット４からの光を先端２ａまで伝播するライトガイド８とを備えている。
前記光源ユニット４は、体腔内の観察対象を照明し、観察対象において反射して戻る反射光を取得するための照明光を発する照明光用光源（光源部）９と、体腔内の観察対象に照射され、観察対象内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための２種類の励起光を発する２つの励起光用光源（光源部）１０ａ，１０ｂと、これらの光源９，１０ａ，１０ｂを制御する光源制御回路（制御手段）１１とを備えている。
前記光源ユニット４は、体腔内の観察対象を照明し、観察対象において反射して戻る反射光を取得するための照明光を発する照明光用光源（光源部）９と、体腔内の観察対象に照射され、観察対象内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための２種類の励起光を発する２つの励起光用光源（光源部）１０ａ，１０ｂと、これらの光源９，１０ａ，１０ｂを制御する光源制御回路（制御手段）１１とを備えている。
前記照明光用光源９は、例えば、図示しないキセノンランプと、順次切り替えられるカラーフィルタとを組み合わせたもので、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の照明光を順次発生するようになっている。
前記励起光用光源１０ａは、例えば、ピーク波長６８０±５ｎｍの第１の励起光を出射する半導体レーザである。この第１の励起光は、Alexa
Fluor（商標）６８０（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）ベースの蛍光プローブを励起することができる。また、励起光用光源１０ｂは、例えば、ピーク波長７００±５ｎｍの第２の励起光を出射する半導体レーザである。この第２の励起光は、Alexa
Fluor（商標）７００（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）ベースの蛍光プローブを励起することができる。
Fluor（商標）６８０（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）ベースの蛍光プローブを励起することができる。また、励起光用光源１０ｂは、例えば、ピーク波長７００±５ｎｍの第２の励起光を出射する半導体レーザである。この第２の励起光は、Alexa
Fluor（商標）７００（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）ベースの蛍光プローブを励起することができる。
図２に示されるように、Alexa Fluor（商標）６８０およびAlexa
Fluor（商標）７００が励起されることにより発生する蛍光の波長帯域は重複している。このため、観察対象にこれら２つの蛍光プローブを散布した状態で、観察対象に対して第１の励起光または第２の励起光のいずれかが照射されると、２つの蛍光プローブが同時に励起され、２種類の異なる蛍光が同時に発せられるようになっている。
Fluor（商標）７００が励起されることにより発生する蛍光の波長帯域は重複している。このため、観察対象にこれら２つの蛍光プローブを散布した状態で、観察対象に対して第１の励起光または第２の励起光のいずれかが照射されると、２つの蛍光プローブが同時に励起され、２種類の異なる蛍光が同時に発せられるようになっている。
前記光源制御回路１１は、後述するタイミングチャートに従う所定のタイミングで、照明光用光源９と励起光用光源１０ａ，１０ｂとを交互に点灯および消灯させるようになっている。
前記撮像ユニット３は、観察対象から入射される光を集光する撮像光学系１２と、観察対象から入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ１３と、撮像光学系１２により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子１４とを備えている。撮像素子１４は、４００ｎｍ〜９００ｎｍの広い波長帯域にわたって受光感度を有するものが採用されている。
前記撮像ユニット３は、観察対象から入射される光を集光する撮像光学系１２と、観察対象から入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ１３と、撮像光学系１２により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子１４とを備えている。撮像素子１４は、４００ｎｍ〜９００ｎｍの広い波長帯域にわたって受光感度を有するものが採用されている。
前記励起光カットフィルタ１３は、４００〜６５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、６６０〜７００ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、７１０〜９００ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上の透過率特性を有している。
前記制御ユニット６は、図１に示されるように、撮像素子１４を駆動制御する撮像素子駆動回路１５と、後述するバルブ制御回路１６と、撮像素子１４により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ１７と、該フレームメモリ１７に記憶された画像情報を処理して表示ユニット７に出力する画像処理回路１８とを備えている。
また、画像処理回路１８には、入力装置１９が接続されている。
また、画像処理回路１８には、入力装置１９が接続されている。
撮像素子駆動回路１５およびバルブ制御回路１６は、前記光源制御回路１１に接続され、光源制御回路１１による照明光用光源９および励起光用光源１０ａ，１０ｂの切り替えに同期して撮像素子１４およびバルブ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを駆動制御するようになっている。
また、本内視鏡システムは、反射光画像を提示する通常光観察モード、蛍光強度画像を提示するスクリーニング蛍光観察モード（第１の蛍光観察モード）、蛍光強度画像から演算によって求めた蛍光薬剤の濃度分布を提示するアンミキシング蛍光観察モード（第２の蛍光観察モード）の３つの観察モードを持ち、図示しないモード切替スイッチ（モード切替部）を使用者が操作することによって、適切な観察モードが選択されるようになっている。
通常光観察モードが選択された場合には、前記照明光用光源９が常時点灯し、励起光用光源１０ａ、１０ｂは常時消灯するようになっている。順次切り替えられるカラーフィルタによって順次発生する赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の照明光による反射光をフレームメモリ１７に蓄えて、表示ユニット７の各チャンネルに出力するようになっている。
これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色の反射光を合成した通常光画像を撮像することができるようになっている。
これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色の反射光を合成した通常光画像を撮像することができるようになっている。
スクリーニング蛍光観察モードが選択された場合には、図３のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１１の作動により、励起光用光源１０ａと照明光用光源９とが動作するようになっている。励起光用光源１０ａから励起光が発せられるときには、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第１のフレームメモリ１７ａに出力するようになっている。
また、照明光用光源９から照明光が発せられるときには、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第３のフレームメモリ１７ｃに出力するようになっている。このとき、カラーフィルタの動作によって照明光として青色（Ｂ）の照明光が照射されるようになっている。一方、励起光用光源１０ｂから励起光は発せられないようになっている。
また、前記画像処理回路１８はフレームメモリ１７から受け取った画像情報を演算処理せずに出力する。例えば、励起光用光源１０ａから励起光が発せられているときに撮像した蛍光画像は、第１のフレームメモリ１７ａから受け取って表示ユニット７の第１（例えば、赤）のチャネルに出力されるようになっている。
また、画像処理回路１８は、青色照明光の照射により得られた反射光画像情報を、第３のフレームメモリ１７ｃから受け取って表示ユニット７の第３（例えば、青）のチャネルに出力するようになっている。
一方、アンミキシング蛍光観察モードが選択された場合には、図４のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１１の作動により、励起光用光源１０ａから第１の励起光が発せられるときには、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第１のフレームメモリ１７ａに出力させるようになっている。また、励起光用光源１０ｂから第２の励起光が発せられるときには、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第２のフレームメモリ１７ｂに出力させるようになっている。
また、照明光用光源９から照明光が発せられるときには、撮像素子駆動回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第３のフレームメモリ１７ｃに出力するようになっている。このとき、カラーフィルタの作動により、照明光として青色（Ｂ）の照明光が照射されている。
また、前記画像処理回路１８は、第１の励起光の照射により得られる第１の蛍光画像情報および第２の励起光の照射により得られる第２の蛍光画像情報を第１，第２のフレームメモリ１７ａ，１７ｂからそれぞれ受け取って演算処理を行うようになっている。画像処理回路１８における演算処理は、以下のように行われる。
すなわち、第１の励起光を照射したときのAlexa Fluor（商標）６８０ベースの蛍光プローブおよびAlexa
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブから得られる単位濃度当たりの蛍光強度を、それぞれａ，ｂとし、第２の励起光を照射したときのAlexa
Fluor（商標）６８０ベースの蛍光プローブおよびAlexa
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブから得られる単位濃度当たりの蛍光強度を、それぞれｃ，ｄとする。
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブから得られる単位濃度当たりの蛍光強度を、それぞれａ，ｂとし、第２の励起光を照射したときのAlexa
Fluor（商標）６８０ベースの蛍光プローブおよびAlexa
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブから得られる単位濃度当たりの蛍光強度を、それぞれｃ，ｄとする。
第１の励起光の照射によるある領域の蛍光強度Ｐ１、第２の励起光の照射による同一の領域の蛍光強度Ｐ２、Alexa
Fluor（商標）６８０ベースの蛍光プローブおよびAlexa
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブのそれぞれの濃度Ｎ１，Ｎ２とすると、数１の関係がある。
Fluor（商標）６８０ベースの蛍光プローブおよびAlexa
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブのそれぞれの濃度Ｎ１，Ｎ２とすると、数１の関係がある。
蛍光強度Ｐ１，Ｐ２は測定結果であり、これを数１に代入することにより、各蛍光プローブの濃度Ｎ１，Ｎ２を演算することができるようになっている。
数１中の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄについては、予め測定等により求めておくことができ、入力装置１９を用いて演算処理回路に入力しておけばよい。あるいは、予め測定等によって求めた値を製造工程において製造ユニット内の図示しない記憶装置に記憶させておいてもよい。
数１中の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄについては、予め測定等により求めておくことができ、入力装置１９を用いて演算処理回路に入力しておけばよい。あるいは、予め測定等によって求めた値を製造工程において製造ユニット内の図示しない記憶装置に記憶させておいてもよい。
演算の結果、出力された各蛍光プローブの濃度Ｎ１，Ｎ２は、それぞれ、表示ユニットの第１（例えば、赤），第２（例えば、緑）のチャネルに出力されるようになっている。また、画像処理回路１８は、照明光の照射により得られた反射光画像情報を、第３のフレームメモリ１７ｃから受け取って表示ユニット７の第３（例えば、青）のチャネルに出力するようになっている。
前記送液ユニット５は、観察対象の洗浄用の洗浄用水を貯留する第１のタンク２１ａと、第１、第２の蛍光プローブ液を貯留する第２、第３のタンク２１ｂ，２１ｃと、これらのタンク２１ａ，２１ｂ，２１ｃからの液体を選択的に供給／停止する前記バルブ２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、該バルブ２０ａ〜２０ｃに接続され、前記挿入部２に沿って、各液体を先端２ａまで供給する送液チューブ２２と、前記制御ユニット６内に配置され、前記バルブ２０ａ〜２０ｃを制御する前記バルブ制御回路１６とを備えている。送液チューブ２２は、その先端２２ａが挿入部２の先端２ａに配置され、送られてきた洗浄用水または蛍光プローブ液を観察対象に向けて散布することができるようになっている。送液チューブ２２としては、挿入部２に設けられた鉗子チャネルを利用することとしてもよい。
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１を用いて、生体の体腔内の観察対象を撮像するには、図５に示されるフローチャートに従って、観察モードを切り替えながら撮影を行う。
すなわち、挿入部２を体腔内に挿入して（ステップＳ１）、観察したい部位まで導く間は、通常光観察モードによって撮影される（ステップＳ２）。
本実施形態に係る内視鏡システム１を用いて、生体の体腔内の観察対象を撮像するには、図５に示されるフローチャートに従って、観察モードを切り替えながら撮影を行う。
すなわち、挿入部２を体腔内に挿入して（ステップＳ１）、観察したい部位まで導く間は、通常光観察モードによって撮影される（ステップＳ２）。
通常光観察モードで観察するため、蛍光画像での診断の必要のない内視鏡挿入時に蛍光画像よりも明るい画像で観察でき、観察対象の体腔内での位置を容易に把握でき、観察対象を視野内に捉えることも容易である。
挿入部２が観察対象に到達した場合には（ステップＳ３）、視野内に観察対象が捉えられると、使用者の指示によってバルブ制御回路１６が動作し、バルブ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの開閉操作が行われる。
挿入部２が観察対象に到達した場合には（ステップＳ３）、視野内に観察対象が捉えられると、使用者の指示によってバルブ制御回路１６が動作し、バルブ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの開閉操作が行われる。
すなわち、照明光用光源９が照明光を照射している状態で、バルブ２０ａを開放して第１のタンク２１ａに貯留されている洗浄水を送液チューブ２４の先端２４ａから観察対象に向けて吐出させ、観察対象の表面を洗浄する（ステップＳ４）。
この場合において、本実施形態によれば、照明光用光源９が照明光を照射している状態で観察対象を洗浄するので、患部を容易に確認でき、蛍光プローブ液を散布したい部位を確認しながら洗浄することができる。
この場合において、本実施形態によれば、照明光用光源９が照明光を照射している状態で観察対象を洗浄するので、患部を容易に確認でき、蛍光プローブ液を散布したい部位を確認しながら洗浄することができる。
また、蛍光プローブ液の散布も照明光用光源９が照明光を照射している状態で行われる。したがって、洗浄された観察対象の位置を確認しながら、第２，第３のバルブ２０ｂ，２０ｃを開放し、観察対象の位置を外さないように、必要な部位に少量の蛍光プローブ液を的確に散布することができる（ステップＳ５）。これにより、高価な蛍光プローブを無駄に使用することを防ぐことができる。
蛍光プローブ液が散布された後、観察モードがスクリーニング蛍光観察モードに切り替えられる（ステップＳ６）。これにより、蛍光画像上で蛍光プローブが観察対象全体に十分散布されたことを確認する作業が行われ（ステップＳ７）、不十分な場合には、再度、蛍光プローブの散布を行うことができる（ステップＳ８）。
蛍光プローブが十分散布された後、バルブ２０ａを開放して第１のタンク２１ａに貯留されている洗浄水を送液チューブ２４の先端２４ａから観察対象に向けて吐出させ、観察対象の表面を洗浄する（ステップＳ９）。この洗浄作業によって観察対象の表面に付着した蛍光プローブが洗浄除去され、病変部に結合した蛍光プローブのみが残留する。この洗浄作業の後に当該散布領域のスクリーニング蛍光観察モードでの観察が行われる。
スクリーニング蛍光観察モードでは、光源ユニット4において発生した青色照明光と第１１の励起光がそれぞれライトガイド８を介して挿入部２の先端２ａまで伝播され、挿入部２の先端２ａから観察対象に向けて照射される。
第１の励起光が観察対象に照射されると、観察対象に浸透している２種類の蛍光プローブが同時に励起されて、観察対象から発せられた２種類の蛍光は、撮像光学系１２により集光され励起光カットフィルタ１３を透過した後に、撮像素子１４によって撮影され、第１のフレームメモリ１７ａに記録される。
この場合に、観察対象に照射された励起光の一部が、観察対象において反射され、蛍光とともに撮像ユニット３に入射されるが、撮像ユニット３には励起光カットフィルタ１３が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子１４に入射されることが阻止される。
この場合に、観察対象に照射された励起光の一部が、観察対象において反射され、蛍光とともに撮像ユニット３に入射されるが、撮像ユニット３には励起光カットフィルタ１３が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子１４に入射されることが阻止される。
青色照明光が観察対象に照射されると、観察対象からの反射光は、撮像光学系１２によって集光され撮像素子１４によって撮影されて、第３のフレームメモリ１７ｃに記録される。このとき、励起光カットフィルタ１３は照明光の波長帯域では透過する特性を有しているため反射光像には影響を与えない。
スクリーニング蛍光観察モードでは画像処理回路１８は、蛍光画像、反射光画像ともに処理を加えずに表示ユニット７に出力され、蛍光画像と反射光画像が重ね合わされた画像として提示される。
その結果、２種類の蛍光プローブのうちどちらか一方でも発光していれば、病変である可能性の高い部位として認識でき、また反射光画像も同時に観察できることから、その部位の位置の特定も容易になる。
その結果、２種類の蛍光プローブのうちどちらか一方でも発光していれば、病変である可能性の高い部位として認識でき、また反射光画像も同時に観察できることから、その部位の位置の特定も容易になる。
このときの蛍光画像では複数の蛍光プローブが混色してはいるが、露光時間が長く、演算処理によるノイズの増幅も無いために、ノイズの少ない明瞭な画像として表示できる。
また、観察対象に対して挿入部２が相対移動しながら撮影する場合に、励起光毎に異なるタイミングで撮影されると、異なる撮影範囲の画像間で演算を行うことになるため、画像間の演算がノイズとして拡大される可能性があるが、スクリーニング蛍光観察モードでは、励起光を切り替えずに撮影し続けるので、そのような不都合はない。
また、観察対象に対して挿入部２が相対移動しながら撮影する場合に、励起光毎に異なるタイミングで撮影されると、異なる撮影範囲の画像間で演算を行うことになるため、画像間の演算がノイズとして拡大される可能性があるが、スクリーニング蛍光観察モードでは、励起光を切り替えずに撮影し続けるので、そのような不都合はない。
スクリーニング蛍光観察モードでの観察の結果、薬剤蛍光が発光している部位がなければ、再び通常光観察モードに切り替えた後、他の観察対象部位に内視鏡を移動する。
また、スクリーニング蛍光観察モードでの観察の結果、薬剤蛍光が発光している部位があれば（ステップＳ１０）、観察モードをアンミキシング観察モードに切り替えて（ステップＳ１１）、その部位を中心に複数の蛍光薬剤を分離した蛍光観察を行い、より診断能の高い画像で観察することができる（ステップＳ１２）。
また、スクリーニング蛍光観察モードでの観察の結果、薬剤蛍光が発光している部位があれば（ステップＳ１０）、観察モードをアンミキシング観察モードに切り替えて（ステップＳ１１）、その部位を中心に複数の蛍光薬剤を分離した蛍光観察を行い、より診断能の高い画像で観察することができる（ステップＳ１２）。
アンミキシング蛍光観察モードにおいては、光源ユニット４において発生した照明光および第１，第２の励起光は、それぞれライトガイド８を介して挿入部２の先端２ａまで伝播され、挿入部２の先端２ａから観察対象に向けて照射される。
第１の励起光が観察対象に照射された場合には、観察対象に浸透している２種類の蛍光プローブが同時に励起されて、図２に示されるように、観察対象からは２種類の蛍光が同時に発せられる。観察対象から発せられた２種類の蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１２により集光され励起光カットフィルタ１３を透過し撮像素子１４により撮影される。
第１の励起光が観察対象に照射された場合には、観察対象に浸透している２種類の蛍光プローブが同時に励起されて、図２に示されるように、観察対象からは２種類の蛍光が同時に発せられる。観察対象から発せられた２種類の蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１２により集光され励起光カットフィルタ１３を透過し撮像素子１４により撮影される。
撮像素子１４は、４００ｎｍ〜９００ｎｍの広い波長帯域にわたって受光感度を有するものが採用されているので、発生した２種類の蛍光は重ね合わされた状態で撮像素子１４により撮影され、混色状態の蛍光画像情報が取得されることになる。
この場合に、観察対象に照射された第１の励起光の一部が、観察対象において反射され、蛍光とともに撮像ユニット３に入射されるが、撮像ユニット３には励起光カットフィルタ１３が設けられているので、第１の励起光は遮断され、撮像素子１４に入射されることが阻止される。
そして、撮像素子１４により取得された蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ１７ａに記憶される。
そして、撮像素子１４により取得された蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ１７ａに記憶される。
次に、第２の励起光が観察対象に照射された場合においても、観察対象に浸透している２種類の蛍光プローブが励起されて、図２に示されるように蛍光が発せられる。観察対象から発せられた蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１２により集光され励起光カットフィルタ１３を透過し撮像素子１４により撮影される。
この場合においても、撮像素子１４によって、２種類の蛍光プローブから発せられた２種類の蛍光が重ね合わせられた混色状態の蛍光画像情報が取得される一方、観察対象において反射されて戻る第２の励起光が励起光カットフィルタ１３により遮断され、撮像素子１４に入射されることが阻止される。
そして、撮像素子１４により取得された蛍光画像情報は、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶される。
そして、撮像素子１４により取得された蛍光画像情報は、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶される。
さらに、青色照明光が観察対象に照射されると、観察対象からの反射光は、撮像光学系１２によって集光され、撮像素子１４によって撮影されて、第３のフレームメモリ１７ｃに記憶される。このとき、励起光カットフィルタ１３は照明光の波長帯域の光は透過する特性を有しているので、反射光画像には影響を与えない。
この時点で、画像処理回路１８は、第１，第２のフレームメモリ１７ａ，１７ｂから第１、第２の励起光による蛍光画像情報を受け取って、数１に基づく演算を行い、Alexa
Fluor（商標）６８０ベースの蛍光プローブおよびAlexa
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブのそれぞれの濃度Ｎ１，Ｎ２をそれぞれ算出する。
Fluor（商標）６８０ベースの蛍光プローブおよびAlexa
Fluor（商標）７００ベースの蛍光プローブのそれぞれの濃度Ｎ１，Ｎ２をそれぞれ算出する。
このアンミキシング観察モードにおいては、混色状態で取得された蛍光画像情報に基づいて、各蛍光プローブの個別の濃度情報を演算することができる。したがって、可変分光素子のような特別な素子を用いることなく、また、可変分光素子の精密な制御によっても分光できない程近接あるいは重複している波長帯域の蛍光に基づいて、簡易に各蛍光プローブによる癌細胞に関連する分子の分布を観察することができる。
画像処理回路１８により算出された濃度情報Ｎ１，Ｎ２は、それぞれ表示ユニット７の第１，第２のチャネルに出力され、反射光画像情報は第３のチャネルに出力され、重ね合わせられて表示ユニット７に表示される。
これにより、各蛍光プローブによる癌細胞に関連する分子の分布を示す個別の画像が、重ね合わせられた形態で表示ユニット７に表示される。
これにより、各蛍光プローブによる癌細胞に関連する分子の分布を示す個別の画像が、重ね合わせられた形態で表示ユニット７に表示される。
その結果、同一の領域から２つの蛍光プローブによる蛍光が発生している場合には、その領域に癌細胞が存在している可能性が高いことを簡単に確認することができる。また、一方の蛍光プローブによる蛍光のみが発生している領域においては、癌細胞が存在している可能性が低いと判断することができる。これにより、各蛍光プローブによる癌細胞に関連する分子の分布を示す画像とともに、照明光による観察対象の実際の外観の画像を重ね合わせて表示することができ、癌細胞の存在する可能性の高い領域を実際の外観の画像に対応づけて観察することが可能となる。
アンミキシング観察モードで観察した後、他の観察対象部位を観察する場合には（ステップＳ１３）、再び、ステップＳ２に戻って通常光観察モードに切り替え、その後、他の観察対象部位に内視鏡を移動し、同様の蛍光画像診断を行うことができる。
また、観察対象部位を全て観察し終えた後には、通常光観察モードに切り替えて（ステップＳ１４）、内視鏡を生体の体腔内から抜去する。蛍光画像での診断の必要のない内視鏡抜去時に蛍光画像よりも明るい画像で観察でき、観察部位の体腔内での位置が容易に把握でき、容易に安全に内視鏡挿入部を抜去できる（ステップＳ１５）。
また、観察対象部位を全て観察し終えた後には、通常光観察モードに切り替えて（ステップＳ１４）、内視鏡を生体の体腔内から抜去する。蛍光画像での診断の必要のない内視鏡抜去時に蛍光画像よりも明るい画像で観察でき、観察部位の体腔内での位置が容易に把握でき、容易に安全に内視鏡挿入部を抜去できる（ステップＳ１５）。
以上のように、本発明の蛍光内視鏡システム１によって、蛍光強度画像から演算処理によって各蛍光薬剤の濃度情報を提示する観察モードと、演算処理を行わずに蛍光画像を提示する観察モードとを使用者の必要に応じて選択使用することでノイズの少ない明瞭な蛍光画像で注目すべき部位を短時間で明確に出来る。
特に、蛍光強度画像から演算処理によって各蛍光薬剤の濃度情報を提示する観察モードを使用するよりも以前に、演算処理を行わずに蛍光画像を提示する観察モードを使用することで、注目すべき部位をノイズの少ない蛍光画像において確認することを可能として、明瞭な蛍光画像で注目すべき部位を確認することで、診断を短時間で効率的に行うことが可能になる
一方、照明光が観察対象に照射された場合には、観察対象の表面において照明光が反射され、撮像光学系１２により集光されて励起光カットフィルタ１３を透過する。そして、励起光カットフィルタ１３を透過した反射光は撮像素子１４に入射され、反射光画像情報が取得される。取得された反射光画像情報は、第３のフレームメモリ１７ｃに記憶され、画像処理回路１８によって、表示ユニット７の第３のチャネルに出力されて表示ユニット７により表示される。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１においては、励起光の波長帯域が近赤外域より長波長側に設定されているので、観察対象内に生来存在する自家蛍光物質を励起してしまうことがなく、自家蛍光の発生を防止して、より鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
さらに、本実施形態においては、２種類の励起光と照明光を観察対象に照射して、蛍光プローブの濃度分布を示す画像と、反射光画像とを重ねて表示することとしたが、照明光の代わりに、第３の蛍光プローブを用いて、前記第３のプローブを励起させる第２の励起光を照射することとしてもよい。
このとき、第１，２の蛍光プローブが発する蛍光とは異なる波長帯域で蛍光を発する蛍光プローブを第３の蛍光プローブとして用いることで、混色を生じることなく３種類の蛍光プローブを用いて、より診断能を向上させた観察を行うことが可能となる。
あるいは、本実施形態においては、２種類の励起光と照明光を観察対象に照射して、蛍光プローブの濃度分布を示す画像と、反射光画像とを重ねて表示することとしたが、これに代えて、照明光の代わりに、観察対象に自家蛍光を発生させる第２の励起光を照射することとしてもよい。
自家蛍光は、近赤外域に配される薬剤蛍光とは離れた波長帯域を有しているので、薬剤蛍光と混色することなく検出することができる。
あるいは、本実施形態においては、２種類の励起光と照明光を観察対象に照射して、蛍光プローブの濃度分布を示す画像と、反射光画像とを重ねて表示することとしたが、これに代えて、照明光の代わりに、観察対象に自家蛍光を発生させる第２の励起光を照射することとしてもよい。
自家蛍光は、近赤外域に配される薬剤蛍光とは離れた波長帯域を有しているので、薬剤蛍光と混色することなく検出することができる。
１ 内視鏡システム
４ 光源ユニット（光源部）
７ 表示ユニット（表示部）
１４ 撮像素子（撮像部）
１８ 画像処理回路（記憶部、濃度情報演算部）
Ｎ１，Ｎ２ 濃度情報
４ 光源ユニット（光源部）
７ 表示ユニット（表示部）
１４ 撮像素子（撮像部）
１８ 画像処理回路（記憶部、濃度情報演算部）
Ｎ１，Ｎ２ 濃度情報
Claims (6)
- 生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の観察対象の画像を取得する内視鏡システムであって、
光学特性の異なる２種類以上の蛍光薬剤を励起させるために分光特性の異なる２種類以上の励起光を選択的に照射する光源部と、
前記体腔内に入れられる部位に設けられるとともに、前記各励起光をカットするフィルタを有し、かつ、前記各励起光により前記観察対象から放射される２種類以上の蛍光の波長帯域に受光感度を有する撮像部と、
前記各励起光により励起したときに発生する蛍光強度と前記各蛍光薬剤の濃度との相対関係に関する情報を記憶する記憶部と、
前記撮像部により撮影された２以上の画像の蛍光強度と前記記憶部に記憶されている前記相対関係に関する情報とに基づいて、各蛍光薬剤の濃度情報を演算して出力する濃度情報演算部と、
前記撮像部により取得された蛍光強度画像の内、少なくとも１つの蛍光強度画像を提示する第１の蛍光観察モードと、前記濃度情報演算部により演算された各蛍光薬剤の濃度情報を提示する第２の蛍光観察モードとを切替可能なモード切替部とを備える内視鏡システム。 - 前記モード切替部が、前記第２の蛍光観察モードに先立って前記第１の蛍光観察モードに切り替える請求項１に記載の内視鏡システム。
- 前記相対関係に関する情報が、前記各励起光により励起したときに発生する蛍光強度と、前記各蛍光薬剤の濃度との比率の情報である請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
- 前記濃度情報演算部により演算して出力された濃度情報を表示する表示部を備える請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
- 前記表示部が、表示色に対応する複数のチャネルを備え、
前記各蛍光薬剤に対応する濃度情報が、各チャネルに割り当てられて出力される請求項４に記載の内視鏡システム。 - 前記各励起光の波長が、近赤外域より長波長側に配されている請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
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