JP5242078B2 - 蛍光内視鏡装置 - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光内視鏡装置に関するものである。
内視鏡観察において、蛍光画像を観察することは、反射画像とは異なる生体の情報を得ることができるため、病変の診断・観察にとって有益なことである。例えば、病変に由来する物質に結合して蛍光を発する蛍光プローブを投与すれば、蛍光画像の観察によって、その病変由来の物質の濃度分布を観察することができる。また、自家蛍光、すなわち、生体に生来存在する蛍光物質からの蛍光を観察することで、生体の変化を観察して病変の様子を観察することも可能である。
しかし、蛍光プローブの蛍光波長域が自家蛍光の波長帯域と同じである場合には、バンドパスフィルタを用いて蛍光を取得したのでは、蛍光プローブの蛍光と自家蛍光とを判別することができず、正確な診断を行うことができない。
しかし、蛍光プローブの蛍光波長域が自家蛍光の波長帯域と同じである場合には、バンドパスフィルタを用いて蛍光を取得したのでは、蛍光プローブの蛍光と自家蛍光とを判別することができず、正確な診断を行うことができない。
この問題に対して、近年、複数の蛍光プローブを含むサンプルを顕微鏡で観察する場合に、取得波長を選択することができる液晶チューナブルフィルタ等を用いてサンプルの蛍光のスペクトルデータを取得し、スペクトルデコンボリューション法などを用いて、サンプルの各点において存在する蛍光プローブの種類とその存在割合を計算する技術が提案されている（特許文献１参照）。
米国特許第６４０３９４７号明細書
しかしながら、内視鏡検査においては、被観察体が拍動の影響で動くために高フレームレートで取得することが望ましく、特許文献１に開示されている手法を内視鏡検査で使用した場合に、取得する波長の数が多いと、マルチバンド画像を生成する間に被観察体が動いてしまうため、正確なスペクトルを取得することができないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高フレームレートでスペクトル分離画像を取得する蛍光内視鏡装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、蛍光標識物質が予め注入された生体の観察部に対し、該蛍光標識物質または前記生体に生来存在する自家蛍光物質を励起させるための励起光を発生する照明光源と、該照明光源から前記励起光を照射することにより前記生体から戻る戻り光の内、所定の波長範囲の戻り光を選択する波長選択手段と、該波長選択手段により選択された波長範囲の前記戻り光を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記戻り光に基づいて、前記蛍光標識物質のスペクトルを分離するスペクトル分離手段と、前記蛍光標識物質の種類および観察方法を入力する入力手段と、前記蛍光標識物質の前記種類および前記観察方法に対応づけて、前記照明手段から出射する前記励起光の波長範囲、前記波長選択手段により選択する前記戻り光の特徴的な波長特性を示す波長範囲および前記スペクトル分離手段の設定を記憶する記憶手段と、前記入力手段により入力された前記蛍光標識物質の前記種類および前記観察方法に対応する前記波長範囲および前記設定を前記記憶手段から読み出して、前記照明光源、前記波長選択手段および前記スペクトル分離手段を制御する制御手段とを備え、前記波長選択手段が、間隔を空けて対向配置される２枚の光学基板の対向面にコート層を形成してなり、前記間隔を変更可能なエタロン型の可変分光素子であり、
前記制御部が、前記可変分光素子に対して、前記２枚の光学基板の前記間隔を徐々に変化させることにより、前記記憶手段から読み出される前記戻り光の特徴的な波長特性を示す波長範囲にわたり、微小の波長範囲ごとに前記戻り光を選択させる蛍光内視鏡装置を提供する。
本発明は、蛍光標識物質が予め注入された生体の観察部に対し、該蛍光標識物質または前記生体に生来存在する自家蛍光物質を励起させるための励起光を発生する照明光源と、該照明光源から前記励起光を照射することにより前記生体から戻る戻り光の内、所定の波長範囲の戻り光を選択する波長選択手段と、該波長選択手段により選択された波長範囲の前記戻り光を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記戻り光に基づいて、前記蛍光標識物質のスペクトルを分離するスペクトル分離手段と、前記蛍光標識物質の種類および観察方法を入力する入力手段と、前記蛍光標識物質の前記種類および前記観察方法に対応づけて、前記照明手段から出射する前記励起光の波長範囲、前記波長選択手段により選択する前記戻り光の特徴的な波長特性を示す波長範囲および前記スペクトル分離手段の設定を記憶する記憶手段と、前記入力手段により入力された前記蛍光標識物質の前記種類および前記観察方法に対応する前記波長範囲および前記設定を前記記憶手段から読み出して、前記照明光源、前記波長選択手段および前記スペクトル分離手段を制御する制御手段とを備え、前記波長選択手段が、間隔を空けて対向配置される２枚の光学基板の対向面にコート層を形成してなり、前記間隔を変更可能なエタロン型の可変分光素子であり、
前記制御部が、前記可変分光素子に対して、前記２枚の光学基板の前記間隔を徐々に変化させることにより、前記記憶手段から読み出される前記戻り光の特徴的な波長特性を示す波長範囲にわたり、微小の波長範囲ごとに前記戻り光を選択させる蛍光内視鏡装置を提供する。
本発明によれば、照明光源から発生された励起光が蛍光標識物質を予め注入された生体の観察部に照射され、波長選択手段の作動により、生体から戻る戻り光の内の所定の波長範囲の戻り光が選択される。波長選択手段により選択された戻り光は検出手段の作動により検出される。そして、スペクトル分離手段の作動により、検出手段により検出された戻り光に基づいて、蛍光標識物質のスペクトルが分離される。
この場合に、入力手段の作動により、蛍光標識物質の種類および観察方法が入力されると、制御手段の作動により、入力された蛍光標識物質の種類および観察方法に対応して記憶手段に記憶されている波長範囲および設定に、照明光源、波長選択手段およびスペクトル分離手段が制御される。
すなわち、蛍光標識物質の種類と観察方法に適した波長範囲の励起光が観察部に照射され、特徴的な波長特性を示す波長範囲の戻り光が波長選択手段によって選択される。これにより、戻り光のスペクトルを抽出するための必要最小限の情報を取得することができ、取得された情報に基づいて、スペクトル分離手段により蛍光標識物質のスペクトルを得ることができる。
したがって、全波長範囲にわたって戻り光を検出してスペクトルを分離する必要がなく、スペクトル分離画像を取得するための時間を短縮し、フレームレートの向上を図ることが可能となる。
したがって、全波長範囲にわたって戻り光を検出してスペクトルを分離する必要がなく、スペクトル分離画像を取得するための時間を短縮し、フレームレートの向上を図ることが可能となる。
上記発明においては、前記特徴的な波長特性が、ピーク強度を含む波長特性であることとしてもよい。
このように構成することで、観察する範囲を蛍光標識物質や自家蛍光物質の濃度が高い箇所に効率よく制限することができる。
このように構成することで、観察する範囲を蛍光標識物質や自家蛍光物質の濃度が高い箇所に効率よく制限することができる。
また、上記発明においては、前記入力手段により入力される前記観察方法が、蛍光観察または反射光観察であることとしてもよい。
このように構成することで、蛍光を観察することにより、観察部に病変が存在する場合には、その病変に関する情報を得ることができる。
このように構成することで、蛍光を観察することにより、観察部に病変が存在する場合には、その病変に関する情報を得ることができる。
例えば、蛍光標識物質の蛍光を観察することにより、病変由来の物質の濃度分布を観察することができ、病変の形状や大きさ等に関する情報を得ることができる。また、自家蛍光物質の蛍光を観察することにより、生体の変化を観察することができ、病変の様子に関する情報を得ることができる。一方、反射光を観察することにより、血管の密度や集積の様子等を観察することができ、例えば、炎症等の病変に関する情報を取得することができる。
また、上記発明においては、体腔内に挿入される細長い挿入部を備え、該挿入部の先端に、前記検出手段が配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、細長い挿入部に入射された戻り光を検出する検出手段が挿入部の先端に配置されているので、体腔内に挿入される挿入部をコンパクト化することができる。
このように構成することで、細長い挿入部に入射された戻り光を検出する検出手段が挿入部の先端に配置されているので、体腔内に挿入される挿入部をコンパクト化することができる。
また、上記発明においては、体腔内に挿入される細長い挿入部と、該挿入部の長手方向に沿って前記戻り光を導光する導光手段とを備え、前記挿入部の基端側に、前記検出手段が配置されていることとしてもよい。
体腔内に挿入される細長い挿入部の基端側に検出部を配置し、挿入部に入射された戻り光を導光手段の作動により検出手段に導光するので、挿入部の先端側をスリム化して、操作性を向上させることができる。
体腔内に挿入される細長い挿入部の基端側に検出部を配置し、挿入部に入射された戻り光を導光手段の作動により検出手段に導光するので、挿入部の先端側をスリム化して、操作性を向上させることができる。
また、上記発明においては、前記波長選択手段が、間隔を空けて対向配置される２枚の光学基板の対向面にコート層を形成してなり、前記間隔を変更可能なエタロン型の可変分光素子である。
このように構成することで、２枚の光学基板の間隔を任意に調節して、間隔に応じた所望の波長の戻り光を透過させることができる。
このように構成することで、２枚の光学基板の間隔を任意に調節して、間隔に応じた所望の波長の戻り光を透過させることができる。
本発明によれば、蛍光プローブの観察、自家蛍光の観察および狭帯域の反射光を観察し、高フレームレートでスペクトル分離画像を取得することができるという効果を奏する。
以下、本発明の一実施形態に係る蛍光内視鏡装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１は、図１に示すように、電子スコープタイプの内視鏡である。蛍光内視鏡装置１は、生体の観察部に照射する励起光を発生する光源装置（照明光源）３と、体腔内の観察を行う内視鏡５と、光源装置３および内視鏡５を制御する制御装置７とを備えている。
本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１は、図１に示すように、電子スコープタイプの内視鏡である。蛍光内視鏡装置１は、生体の観察部に照射する励起光を発生する光源装置（照明光源）３と、体腔内の観察を行う内視鏡５と、光源装置３および内視鏡５を制御する制御装置７とを備えている。
光源装置３は、赤外波長帯域から可視広帯域を含む光を出射するキセノンランプ９と、フィルタターレット１１に取り付けられ、前記キセノンランプ９から出射された光のうち所定の波長帯域の光を選択的に透過させる複数の励起フィルタ１３と、フィルタターレット１１を回転させて複数の励起フィルタ１３を切り替えるモータ１５と、該モータ１５の駆動を制御する励起光制御回路１７とを備えている。
フィルタターレット１１は、ほぼ円板状に形成され、キセノンランプ９の光軸と平行な回転軸を有している。フィルタターレット１１には、複数の励起フィルタ１３が、回転軸から等しい距離に同心円状にそれぞれ取り付けられている。励起フィルタ１３としては、例えば、４２０ｎｍ、５３０ｎｍ、４００ｎｍ〜４４０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６７０ｎｍ、６８０ｎｍ〜７４０ｎｍ、７００ｎｍ〜７７０ｎｍ等の波長帯域の励起光を透過させるものが取り付けられている。
モータ１５は、フィルタターレット１１を回転軸回りに回転させることにより、各励起フィルタ１３をキセノンランプ９の光軸上に順次配置させるようになっている。これにより、キセノンランプ９から発せられ、光軸上に配置された励起フィルタ１３を透過した所定の波長帯域の励起光が、光源装置３から出射されるようになっている。
内視鏡５は、体腔内に挿入される細長い挿入部１９を有し、光源装置３から出射された励起光を挿入部１９の先端へ導光するライトガイドファイバ２１を備えている。挿入部１９の先端には、ライトガイドファイバ２１によって導光された励起光を体腔内に出射する照明レンズ２３と、該照明レンズ２３を介して出射させられた励起光により体腔内から戻る戻り光を観察する撮像ユニット２５とが設けられている。
撮像ユニット２５は、体腔内からの戻り光を集光する対物レンズ２７と、該対物レンズ２７により集光された戻り光のうち所定の波長帯域の戻り光を透過させる可変分光素子（波長選択手段）２９と、該可変分光素子２９を透過した戻り光を撮影して２次元的に配列された画素ごとに蛍光輝度に対応する電気信号を生成するＣＣＤ（検出手段）３１とを備えている。
可変分光素子２９は、平行間隔を空けて対向配置される２枚の光学基板（図示せず）の対向面に光学コート層を形成してなり、前記間隔が変更可能なエタロン型の光学フィルタである。可変分光素子２９は、これら２枚の光学基板の透過率特性の中心波長を検出する静電容量センサのセンサ電極（図示せず）と、前記間隔を変化させるアクチュエータ（図示せず）とを備えている。
可変分光素子２９は、透過率特性の中心波長に応じて定まる波長の光のみを透過し、残りの光を反射するようになっている。可変分光素子２９の透過率特性は、例えば、図２に示されるように、中心波長５２０（ｎｍ）に対して半値全幅が１０ｎｍの波長帯域の光を透過させることができる。そして、２枚の光学基板の透過率特性の中心波長を変化させることにより、透過率特性の中心波長を移動させ、所望の波長帯域の光を透過させることができるようになっている。可変分光素子２９を透過した光はＣＣＤ３１に入射され、電気信号に変換されて制御装置７に出力されるようになっている。
制御装置７は、生体に投与する蛍光プローブ（蛍光標識物質）の種類と観察方法を入力する入力部（入力手段）３３と、該入力部３３に入力された蛍光プローブの種類と観察方法に対応づけて、光源装置３、可変分光素子２９および後述する画像処理部（スペクトル分離手段）４３の制御方法を記憶するメモリ（記憶手段）３５と、該メモリ３５に記憶されている制御方法により光源装置３、可変分光素子２９および画像処理部４３を制御する制御部（制御手段）３７と、該制御部３７から駆動信号を受けて可変分光素子２９のアクチュエータを駆動する可変分光素子制御回路３９と、制御部３７から画像取得信号を受けてＣＣＤ３１を駆動し、ＣＣＤ３１からの電気信号を受けて画像情報を生成する画像生成回路４１と、画像生成回路４１から入力された画像情報を処理する画像処理部４３とを備えている。
入力部３３には、例えば、ＦＩＴＣ等のフルオレセイン系化合物（本実施形態においては、「フルオレセイン蛍光」を採用する。）、ＲｈｏｄａｍｉｎｅＢ等のローダミン系化合物、インドシアニングリーン、Ｃｙｄｙｅ（ＧＥヘルスケアバイオサイエンス社製）等のシアニン系化合物（本実施形態においては、「Ｃｙ５．５蛍光」、「Ｃｙ７蛍光」を採用する。）、Ｂｏｄｉｐｙ‐ＦＬ等のＢｏｄｉｐｙ系化合物、ポルフィリン系化合物もしくはポルフィリン系化合物の前躯体、Ａｌｅｘａ
Ｆｌｕｏｒ Ｄｙｅ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）等の蛍光プローブを選択して入力するようになっている。また、自家蛍光の観察の有無を入力するようになっている。なお、蛍光プローブおよび自家蛍光は、複数を組み合わせて選択することが可能となっている。
Ｆｌｕｏｒ Ｄｙｅ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）等の蛍光プローブを選択して入力するようになっている。また、自家蛍光の観察の有無を入力するようになっている。なお、蛍光プローブおよび自家蛍光は、複数を組み合わせて選択することが可能となっている。
また、入力部３３には、観察方法として、蛍光観察または反射光観察を選択して入力するようになっている。なお、本実施形態においては、上記蛍光プローブが入力されたときは、観察方法として間接的に蛍光観察が選択され、また、ＮＢＩ（狭帯域反射光）が入力されたときは、観察方法として間接的に反射光観察が選択されたものとして説明する。入力部３３は、入力された蛍光プローブの種類と観察方法を制御部３７に出力するようになっている。
メモリ３５には、蛍光プローブの種類および観察方法に対応づけて光源装置３から出射する励起光の波長範囲、可変分光素子２９により選択する戻り光の特徴的な波長特性を示す波長範囲および画像処理部４３によるスペクトル分離の有無に係る制御方法が記憶されている。例えば、以下に示すような組み合わせ例１〜５の制御方法が記憶されている。
（組み合わせ例１：ＮＢＩ（狭帯域反射光）を観察する場合）
（１） 励起フィルタ１３の波長４２０ｎｍ，可変分光素子２９の透過率特性の中心波長４２０ｎｍ、スペクトル分離なし。
（２） 励起フィルタ１３の波長５３０ｎｍ，可変分光素子２９の透過率特性の中心波長５３０ｎｍ、スペクトル分離なし。
（１） 励起フィルタ１３の波長４２０ｎｍ，可変分光素子２９の透過率特性の中心波長４２０ｎｍ、スペクトル分離なし。
（２） 励起フィルタ１３の波長５３０ｎｍ，可変分光素子２９の透過率特性の中心波長５３０ｎｍ、スペクトル分離なし。
（組み合わせ例２：自家蛍光＋フルオレセイン蛍光を観察する場合）
（１） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の５００ｎｍ〜５５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の６００ｎｍ〜６３０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（１） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の５００ｎｍ〜５５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の６００ｎｍ〜６３０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（組み合わせ例３：Ｃｙ５．５蛍光＋Ｃｙ７蛍光を観察する場合）
（１） 励起フィルタ１３の波長６３０ｎｍ〜６７０ｎｍ，可変分光素子２９の６９０ｎｍ〜７３０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長６８０ｎｍ〜７４０ｎｍ，可変分光素子２９の７６０ｎｍ〜８４０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（１） 励起フィルタ１３の波長６３０ｎｍ〜６７０ｎｍ，可変分光素子２９の６９０ｎｍ〜７３０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長６８０ｎｍ〜７４０ｎｍ，可変分光素子２９の７６０ｎｍ〜８４０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（組み合わせ例４：Ｃｙ７蛍光＋インドシニアグリーン蛍光を観察する場合）
（１） 励起フィルタ１３の波長６８０ｎｍ〜７４０ｎｍ，可変分光素子２９の７６０ｎｍ〜８５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長７００ｎｍ〜７７０ｎｍ，可変分光素子２９の８１０ｎｍ〜８４０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（１） 励起フィルタ１３の波長６８０ｎｍ〜７４０ｎｍ，可変分光素子２９の７６０ｎｍ〜８５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長７００ｎｍ〜７７０ｎｍ，可変分光素子２９の８１０ｎｍ〜８４０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（組み合わせ例５：自家蛍光＋フルオレセイン蛍光＋インドシアニングリーン蛍光を観察する場合）
（自家蛍光＋フルオレセイン蛍光）
（１） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の５００ｎｍ〜５５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の６００ｎｍ〜６３０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（インドシアニングリーン蛍光）
（３） 励起フィルタ１３の波長７００ｎｍ〜７７０ｎｍ，可変分光素子２９の８１０ｎｍ〜８５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（自家蛍光＋フルオレセイン蛍光）
（１） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の５００ｎｍ〜５５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（２） 励起フィルタ１３の波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍ，可変分光素子２９の６００ｎｍ〜６３０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
（インドシアニングリーン蛍光）
（３） 励起フィルタ１３の波長７００ｎｍ〜７７０ｎｍ，可変分光素子２９の８１０ｎｍ〜８５０ｎｍの間を１０ｎｍごとに取得，スペクトル分離あり。
制御部３７は、入力部３３からの入力信号を受けて、入力信号に対応する制御方法をメモリ３５から読み出すようになっている。制御部３７は、読み出した制御方法に基づいて、光源装置３の励起光制御回路１７に励起フィルタ１３の選択信号を出力するようになっている。また、制御部３７は、可変分光素子制御回路３９にアクチュエータの駆動信号を出力し、画像生成回路４１にＣＣＤ３１の画像取得信号を出力し、画像処理部４３にスペクトル分離信号を出力するようになっている。
画像生成回路４１は、ＣＣＤ３１からの電気信号に基づいて生成した画像情報を画像処理部４３に出力するようになっている。
画像処理部４３は、制御部３７からのスペクトル分離信号を受けて、画像生成回路４１から入力された画像情報をスペクトル分離するようになっている。スペクトル分離には、公知のスペクトルデコンボリューション法が用いられる。
画像処理部４３は、制御部３７からのスペクトル分離信号を受けて、画像生成回路４１から入力された画像情報をスペクトル分離するようになっている。スペクトル分離には、公知のスペクトルデコンボリューション法が用いられる。
公知のスペクトルデコンボリューション法の手順は、予め蛍光プローブの発光スペクトルを求めて、あるいは、蛍光プローブの発光スペクトルのカタログ値を用いて、各蛍光プローブの発光スペクトルを計算機に登録し、測定対象の発光スペクトルを計測し、デコンボリューションを用いて測定対象の発光スペクトルを蛍光プローブのスペクトルに分解して、各蛍光プローブの存在割合を決定するものである。
例えば、蛍光プローブを３種類用いる場合について説明する。３種類の蛍光プローブは蛍光スペクトルが既知であり、蛍光プローブ１のスペクトルをＦｌ１（λ）、蛍光２のスペクトルをＦｌ２（λ）、蛍光プローブ３のスペクトルをＦｌ３（λ）とする。３種類の蛍光プローブが混じった状態のスペクトルＳ（λ）は、
（式１）
Ｓ（λ）＝Ａ１×Ｆｌ１（λ）＋Ａ２×Ｆｌ２（λ）＋Ａ３×Ｆｌ３（λ）
で与えられる。ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、それぞれ蛍光プローブの存在量に基づく係数である。
（式１）
Ｓ（λ）＝Ａ１×Ｆｌ１（λ）＋Ａ２×Ｆｌ２（λ）＋Ａ３×Ｆｌ３（λ）
で与えられる。ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、それぞれ蛍光プローブの存在量に基づく係数である。
本実施形態においては、エタロン型の可変分光素子２９を用いてその透過率特性の中心波長を変化させることにより、半値全幅が１０ｎｍの波長帯域の画像が複数点で取得されるので、ＣＣＤ３１の各画素に対応したスペクトルデータＳ（λ）が取得されることになる。３点以上で蛍光画像を取得した場合には、（式１）において、Ｆｌｉ（λ）は既知のスペクトルデータであるため、係数Ａ１〜Ａ３について、例えば、公知のＩｎｖｅｒｓｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ法などを用いて解くことで、各蛍光プローブの存在割合を求めることができる。
また、画像処理部４３は、制御装置７の外部に設けられたモニタ４５に接続されている。画像処理部４３は、上記スペクトルデコンボリューション法によってスペクトル分離した画像情報をモニタ４５に表示させるようになっている。
このように構成された本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１の作用について、図３を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１により、生体の観察部を観察するには、まず、蛍光プローブを予め注入した生体の体内に内視鏡５の挿入部１９を挿入し、制御装置７の入力部３３に蛍光プローブの種類と観察方法を入力する。（ステップＳ１）。以下、上述した組み合わせ例２（自家蛍光＋フルオレセイン蛍光を観察する場合）を例示して説明する。
本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１により、生体の観察部を観察するには、まず、蛍光プローブを予め注入した生体の体内に内視鏡５の挿入部１９を挿入し、制御装置７の入力部３３に蛍光プローブの種類と観察方法を入力する。（ステップＳ１）。以下、上述した組み合わせ例２（自家蛍光＋フルオレセイン蛍光を観察する場合）を例示して説明する。
入力部３３に「自家蛍光」と「フルオレセイン蛍光」が入力されると、制御部３７においては、入力部３３に入力された「自家蛍光」と「フルオレセイン蛍光」に対応する制御方法がメモリ３５から読み取られる。そして、制御部３７から励起光制御回路１７に励起フィルタ１３の選択信号が出力されて、波長４００ｎｍ〜４４０ｎｍの光のみを透過する励起フィルタ１３が光軸上に配置される（ステップＳ２）。これにより、光源装置３から４００ｎｍ〜４４０ｎｍの波長帯域の励起光が出射されて、挿入部１９の照明レンズ２３を介して生体の観察部に照射される。
また、制御部３７からは、可変分光素子２９の透過率特性の中心波長が５００ｎｍ〜５５０ｎｍ，６００ｎｍ〜６３０ｎｍの範囲を１０ｎｍごとに移動させる駆動信号が、可変分光素子制御回路３９に出力される。可変分光素子２９においては、可変分光素子制御回路３９からの駆動信号を受けてアクチュエータが作動し、まず、可変分光素子２９の透過率特性の中心波長が初期位置の５００ｎｍになるように、２枚の光学基板が移動させられる（ステップＳ３）。
続いて、制御部３７から画像生成回路４１にＣＣＤ３１の画像取得信号が出力される。ＣＣＤ３１においては、可変分光素子２９を透過した光が撮影されて、生体の観察部の画像取得が開始される。これにより、可変分光素子２９の透過率特性の中心波長が５００ｎｍ〜５５０ｎｍ，６００ｎｍ〜６３０ｎｍに変化して、半値全幅が１０ｎｍの波長帯域の画像が逐次取得される（ステップＳ４）。
これにより、例えば、図４に示すように、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長帯域と６００ｎｍ〜６３０ｎｍの波長帯域で特徴的な波長特性を示すフルオレセイン蛍光Ａ、正常組織の自家蛍光Ｂおよび腫瘍部分の自家蛍光Ｃのスペクトル図が得られる。図中、縦軸は蛍光強度（任意単位）、横軸は波長（ｎｍ）を示している。
ＣＣＤ３１により取得された画像は、電気信号に変換されて画像生成回路４１に出力され、画像生成回路４１において画像情報が生成される。制御部３７においては、指定した波長帯域の全ての蛍光画像が取得されたか否かが判断される（ステップＳ５）。指定した波長帯域の全ての蛍光画像が取得されていないと判断された場合には（ステップＳ５「ＮＯ」）、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜ステップＳ５の動作が繰り返される。
一方、制御部３７において、指定した波長帯域の全ての蛍光画像が取得されたと判断された場合には（ステップＳ５「ＹＥＳ」）、制御部３７から画像処理部４３にスペクトル分離信号が出力される。画像処理部４３においては、画像生成回路４１から画像情報が入力されて、スペクトルデコンボリューション法によるスペクトル分離が行われる（ステップＳ６）。
本実施形態においては、フルオレセイン蛍光ＡのスペクトルをＡ１×Ｆｌ１（λ）、自家蛍光ＢのスペクトルをＡ２×Ｆｌ２（λ）とすると、上述した式１に対応させて、
（式２）
Ｓ（λ）＝Ａ１×Ｆｌ１（λ）＋Ａ２×Ｆｌ２（λ）
により、蛍光プローブ（フルオレセイン蛍光Ａ）の存在割合を求めることができる。
（式２）
Ｓ（λ）＝Ａ１×Ｆｌ１（λ）＋Ａ２×Ｆｌ２（λ）
により、蛍光プローブ（フルオレセイン蛍光Ａ）の存在割合を求めることができる。
制御部３７においては、制御方法の全ての観察が終わったか否かが判断される（ステップＳ７）。全ての観察が終わっていないと判断された場合には（ステップＳ７「ＮＯ」）、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜ステップＳ７の動作が繰り返される。一方、全ての観察が終わったと判断された場合には（ステップＳ７「ＹＥＳ」）、画像処理部４３において、フルオレセイン蛍光Ａと自家蛍光Ｂがそれぞれ異なる色に擬似カラー化されて、スペクトル分離後の画像情報がモニタ４５上に表示される（ステップＳ８）。
この場合に、図４に示されるように、例えば、フルオレセイン蛍光Ａと正常組織の自家蛍光Ｂは、それぞれ５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長帯域においてピークとなる波長特性を有しているため、スペクトル分離前の画像情報をモニタ４５に表示すると、図５（ａ）に示すように、フルオレセイン蛍光Ａの部分（図中、符号４７）と自家蛍光Ｂの部分（図中、符号４９）の判別がつきにくい。
これに対し、スペクトル分離後の画像情報をモニタ４５に表示することにより、図５（ｂ）に示すように、例えば、癌組織（図中、符号４７参照）で発光しているフルオレセイン蛍光Ａを目立たせることができる。これにより、鮮明なスペクトル分離画像を得ることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１によれば、蛍光プローブの種類と観察方法に適した波長範囲の励起光を観察部に照射し、特徴的な波長特性を示す波長範囲の戻り光を観察することとしたので、戻り光のスペクトルを抽出するための必要最小限の情報を取得して、観察する範囲を蛍光プローブや自家蛍光の濃度の高い箇所に効率よく制限することができる。これにより、全波長範囲にわたって戻り光を検出してスペクトルを分離する必要がなく、スペクトル分離画像を得るための時間を短縮し、フレームレートの向上を図ることが可能となる。
また、エタロン型の可変分光素子２９を採用することにより、２枚の光学基板の間隔を任意に調節して、透過率特性の中心波長に応じた所望の戻り光を透過させることができる。また、蛍光観察により、病変の形状や大きさに関する情報や、生体の変化等の病変に関する情報を得ることができる。
なお、本実施形態においては、蛍光観察を例示して説明したが、反射光観察をした場合には、血管の密度や集積の様子等を観察することができ、例えば、炎症等の病変に関する情報を得ることができる。
なお、本実施形態においては、蛍光観察を例示して説明したが、反射光観察をした場合には、血管の密度や集積の様子等を観察することができ、例えば、炎症等の病変に関する情報を得ることができる。
また、本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１は、以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１は、電子スコープタイプの内視鏡５を例示して説明したが、これに代えて、図６に示すように、ファイバスコープタイプの内視鏡５１を採用することとしてもよい。この場合には、結像レンズ５５、可変分光素子２９およびＣＣＤ３１を備えるカメラヘッド５７を挿入部５３の基端側に配置することとし、挿入部５３の先端に対物レンズ２７を設けて、対物レンズ２７を介して入射された戻り光をカメラヘッド５７に導光するイメージガイドファイバ（導光手段）５９と接眼レンズ５７を挿入部５３に内蔵すればよい。
可変分光素子２９およびＣＣＤ３１を挿入部５３の基端側に設けることにより、挿入部５３をスリム化することができる。これにより、内視鏡５１の操作性を向上させることができる。
例えば、本実施形態に係る蛍光内視鏡装置１は、電子スコープタイプの内視鏡５を例示して説明したが、これに代えて、図６に示すように、ファイバスコープタイプの内視鏡５１を採用することとしてもよい。この場合には、結像レンズ５５、可変分光素子２９およびＣＣＤ３１を備えるカメラヘッド５７を挿入部５３の基端側に配置することとし、挿入部５３の先端に対物レンズ２７を設けて、対物レンズ２７を介して入射された戻り光をカメラヘッド５７に導光するイメージガイドファイバ（導光手段）５９と接眼レンズ５７を挿入部５３に内蔵すればよい。
可変分光素子２９およびＣＣＤ３１を挿入部５３の基端側に設けることにより、挿入部５３をスリム化することができる。これにより、内視鏡５１の操作性を向上させることができる。
また、例えば、蛍光プローブとして、抗体またはペプチドを本実施形態で例示した蛍光プローブで標識したものを用いることとしてもよい。例えば、乳癌で多く見られるＨｅｒ２受容体の抗体や、ソマトスタチン（ソマトスタチンレセプターに対するリガンド）にＣｙ５．５蛍光を標識したものや、腺癌のマーカとして用いられているＣＥＡ（Ｃａｒｃｉｎｏｅｍｂｒｙｏｎｉｃ Ａｎｔｉｇｅｎ）の抗体にフルオレセイン蛍光を結合したもの等を用いることとしてもよい。
また、例えば、自家蛍光の画像情報をモニタ４５に表示する際に、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長帯域の蛍光と６００ｎｍ〜６３０ｎｍの波長帯域の蛍光にそれぞれ異なる色を割り当てて表示することとしてもよい。また、（６００ｎｍ〜６３０ｎｍの波長帯域の蛍光）／（５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長帯域の蛍光）の割り算を行った結果に１つの色を割り当てて表示することとしてもよい。
また、例えば、本実施形態においては、波長選択手段として、可変分光素子２９を例示して説明したが、これに代えて、液晶チューナブルフィルタを採用することとしてもよい。
１ 蛍光内視鏡装置
３ 光源装置（照明光源）
２９ 可変分光素子（波長選択手段）
３１ ＣＣＤ（検出手段）
３３ 入力部（入力手段）
３５ メモリ（記憶部）
３７ 制御部（制御手段）
４３ 画像処理部
３ 光源装置（照明光源）
２９ 可変分光素子（波長選択手段）
３１ ＣＣＤ（検出手段）
３３ 入力部（入力手段）
３５ メモリ（記憶部）
３７ 制御部（制御手段）
４３ 画像処理部
Claims (5)
- 蛍光標識物質が予め注入された生体の観察部に対し、該蛍光標識物質または前記生体に生来存在する自家蛍光物質を励起させるための励起光を発生する照明光源と、
該照明光源から前記励起光を照射することにより前記生体から戻る戻り光の内、所定の波長範囲の戻り光を選択する波長選択手段と、
該波長選択手段により選択された波長範囲の前記戻り光を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された前記戻り光に基づいて、前記蛍光標識物質のスペクトルを分離するスペクトル分離手段と、
前記蛍光標識物質の種類および観察方法を入力する入力手段と、
前記蛍光標識物質の前記種類および前記観察方法に対応づけて、前記照明手段から出射する前記励起光の波長範囲、前記波長選択手段により選択する前記戻り光の特徴的な波長特性を示す波長範囲および前記スペクトル分離手段の設定を記憶する記憶手段と、
前記入力手段により入力された前記蛍光標識物質の前記種類および前記観察方法に対応する前記波長範囲および前記設定を前記記憶手段から読み出して、前記照明光源、前記波長選択手段および前記スペクトル分離手段を制御する制御手段と
を備え、
前記波長選択手段が、間隔を空けて対向配置される２枚の光学基板の対向面にコート層を形成してなり、前記間隔を変更可能なエタロン型の可変分光素子であり、
前記制御部が、前記可変分光素子に対して、前記２枚の光学基板の前記間隔を徐々に変化させることにより、前記記憶手段から読み出される前記戻り光の特徴的な波長特性を示す波長範囲にわたり、微小の波長範囲ごとに前記戻り光を選択させる蛍光内視鏡装置。 - 前記特徴的な波長特性が、ピーク強度を含む波長特性である請求項１に記載の蛍光内視鏡装置。
- 前記入力手段により入力される前記観察方法が、蛍光観察または反射光観察である請求項１または請求項２に記載の蛍光内視鏡装置。
- 体腔内に挿入される細長い挿入部を備え、
該挿入部の先端に、前記検出手段が配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光内視鏡装置。 - 体腔内に挿入される細長い挿入部と、
該挿入部の長手方向に沿って前記戻り光を導光する導光手段とを備え、
前記挿入部の基端側に、前記検出手段が配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光内視鏡装置。
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