JPH11509748A - 生物学的組織からの電磁反射波の検出方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 血管の如くの解剖学上構造体をその周辺組織と共にこうコントラストにて眺めるシステムと方法とを提供する。このシステムと方法とは、目標組織から特異的に散乱する電磁反射波を利用して解剖学上構造体の画像を形成するのに利用できる。このシステムと方法とでは、同一側から照射して、一体構成型撮像装置で電磁反射波を検出するようにしている。また、このシステムと方法とは、単一の一体構成型ヘルメットでのヘルメット装着型撮像技術を提供しており、これにより、患者の内部にある解剖学上構造体を、ヘルメット装着者の頭の動きに追従して眺めることができる。更にこのシステムと方法とは、静脈穿刺を実施するに当たって利用することもできる。このシステムと方法では、あらゆる撮像システムにおいて解剖学上構造体とその周辺組織との間のコントラストを高めるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】 生物学的組織からの電磁反射波の検出方法と装置発明の背景 本発明は生物学的組織における解剖学上構造の位置同定(localization)のため のシステムと方法とに関する。詳述すれば、本発明は、例えば血液とかの目的構 造体の特有の吸収特性と散乱特性とに感応する装置を利用して、人体における血 管とかの解剖学上構造体の位置を同定するシステムと方法とに関する。更に、本 発明は、血管とかの目的構造体とその周辺組織とのコントラストを高めるシステ ムと方法とにも関している。 米国では毎日、血管穿刺を伴う医学処置が数十万回も行われている。静脈穿刺 として知られている処置は、応急液体や血液成分剤、手術時の麻酔液などの注入 や、生物学的検査のための血液採集のために必要なものである。静脈に製剤を注 入する場合での静脈穿刺法では注入量が限られている(a rate-limiting step)場 合が多いが、通常の患者では半時間ほど、また、患者が新生児、幼児、老人、肥 満患者、火傷患者の場合ではそれ以上の時間がかかる。患者に静脈穿刺の順が回 ってくるまで診療室や健康管理プロバイダが待機していなければならないことか ら、総じて社会に対して莫大な財政負担がかかっているが、直ちに静脈穿刺が行 えないのなら患者の生命が脅かされることがある。また、臨床医が血管の位置同 定ができないと複数ヶ所穿刺することがあるが、その場合では疾病率が高くなる ことがある。 静脈穿刺が時として実施し難い理由は、血管は組織の比較的深いところにある 場合が多く、通常の条件下では光学的吸収特性と光学的散乱特性の影響があって 、血管を視認するのが不可能になっているからである。更に、血管はそれをいじ ると痙縮したり、狭窄したりすることから、事情が余計に悪い。それ故、健康管 理プロバイダは、患者に対するリスクを減少し、時間を節約すると共に、処置に かかるコストの低減を計るために、リアルタイムにて血管を視認できていなけれ ば ならない。また、処置に伴う時間を減少させることは、プロバイダが潜在的に汚 染された穿刺針と接触するのを制限することができる。最後に、血管組織を視認 できれば、血栓症やガン、血管不全などについての診断上及び治療上の重要な情 報を得ることができる。 １９７０年の半ばに、外科手術医が表面上の血管を視認できるようにした器具 が工夫されたとのことである。その器具は可視光源で構成されていて、皮膚にそ の光源を押しつけると皮下組織を透過照明(transilluminate)して見掛けの血管 が視認できるようにしている。この血管透過照明器は、血液と組織の異なった吸 収特性を利用している。血液はある波長の光を強く吸収するのに対し、脂肪と皮 膚とはそれとは異なった波長の光を吸収することから、健康管理プロバイダは皮 下血管を裸眼で視覚的に識別できるとのことであった。ところが、透過照明器で は血管と、表面上血管への穿刺に使われる組織以外の組織との間で充分なコント ラストが得られないことから、そのような透過照明器は使われなくなってしまっ た。更に、血管透過照明器の改良型では患者に熱的損傷を与えるものであった。 透過照明器が失敗したことから、医学従事者にとっては大きなコントラストが 非常に重要であることが明らかになった。その結果、幾つかの文献では、深層血 管の深さまで表面組織を透過すると共に、血液により大量吸収される照明波長を 利用することを提案している。この点については、例えばチョン(Cheong，W.F.) らによる「生物組織の光学特性について(A Review of the Optical Properties of Biological Tissues)」、IEEE Journ．Quant．Elec.，26:2166-2185(1990)、 を参照されたし。しかし、これらの文献には、血管部域外の部域から散乱した光 （即ち、オフ・アングル光）の検出を効果的に排除する手段については何ら開示 されていない。また、周辺の室光や多色光源からの多色ホワイトノイズ(polychr omatic white noise)の検出を排除することにつても何ら開示されていない。そ の後の装置では、不必要な散乱光を除去するのに、高価なデジタル処理法と扱い にくいコンピュータ分析法とを利用した減算法を利用するのみとなっている。更 に、これらの装置では、白色光源を利用した場合でのノイズ減少法を利用してお らず、むしろ単色レーザ光源を利用して多色ノイズを減少させている。従って、 多色光源と一緒に利用できる、或いは、多色臨床環境で利用できるコントラスト 増強装置の開発が臨まれていた。 より重要なのは、電磁波撮像装置では、画像を構築するのに反射光と言うより はむしろ投射光を利用している。そのようなシステムでは、イメージ検出器と光 源とを、単一の一体構成ユニットにおいて並設すると言うよりは、それぞれ患者 の両側に配置するようになっている。そのような配置では、残念なことに、単一 型ゴーグルないし走査装置の如く都合の良い同一側からの照明と検出ができない 。従って、患者に沿ってこれらの装置の幾つかを操作するには、複数の臨床従事 者が必要である。また、前述の文献では、画像を構築するのに反射光のみならず 、散乱光を利用する点については何ら示唆するところがない。それどころか、そ のような装置では、散乱光はイメージ情報を含むものではないと考えられている ことから、これらの散乱光は全て排除するように構成されている。発明の開示 本発明では、血管の如くの解剖学上構造体をその周辺組織とは大きなコントラ ストを付けて見ることのできるシステムと方法とを提供している。本発明は、目 標組織から特異的に散乱する反射電磁照射波を利用して解剖学上構造体の画像を 構築するのを目的としている。 本発明の別の目的は、目標部域から反射される電磁照射特性を検出することに より解剖学上構造体の明晰な三次元画像を生成することにある。 本発明のまた別の目的は、都合の良い一体型撮像装置で用いる反射電磁波の同 一側からの照射と検出を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、単一の一体型ヘルメットの装着者が患者における解 剖学上構造体の画像を装着者の頭の動きに追従して常時眺めることのできる、当 該ヘルメットでのヘルメット装着型撮像技術を提供することにある。 本発明の更にまた別の目的は、静脈穿刺を迅速且つ正確に、しかも効率よく実 施できるようにした方法と装置とを提供することにある。 本発明のもう一つの目的は、撮像システムで利用する、解剖学上構造体とその 周辺組織との間のコントラストを向上する方法と装置とを提供することにある。 本発明のこれら及びその他の目的は、後述の実施の形態の一つかそれ以上によ り達成できる。図面の簡単な説明 図１は、本発明の原理に従って構成した基本的な撮像システムの概略図である 。 図２は、二つの異なった波長範囲を照射する光源と、デジタル型イメージ処理 装置と、画像コントラストを増強するフレーム取込み器(frame grabber)とから なる本発明の別の実施の形態の概略図である。 図３は、複合散乱光を除去するためにコリメータを用いたシステムからなる、 本発明のまた別の実施の形態の概略図である。 図４は、反射画像の位相変調検出を行うシステムを示す概略図である。 図５は、本発明の原理による撮像ヘルメット装置の概略図である。発明の説明 本発明は、血管の如くの解剖学上構造体の位置同定のためのシステムを提供す るものであって、光源と、検査部位から反射された光照射を検出するイメージ検 出器と、該イメージ検出器からイメージ情報を受けて表示するモニターとからな る。「光源」なる用語は、白色光光源の如くの多色光源に限らず、レーザ光光源 の如くの単色光源をも含むものである。また、「イメージ検出器」なる用語は光 を検出できるものであればどのようなものであってもよく、電荷結合装置型赤外 線カメラ(ＣＣＤ)、ビデオカメラ、液晶テレビ検出器などを含むものである。 所望に応じては、画像における解剖学上構造体とその周辺組織との間のコント ラストを増強する素子類を本発明に設けても良い。ここでの「コントラスト増強 素子」なる用語は、解剖学上構造体とその周辺組織との間の画像におけるコント ラストを高めるものであれば一つの素子であっても良いし、又は、複数の素子の 組合せからなるものであってもよく、素子としては、必要波長以外の光を除去す るもの、目標組織部域における生物学的組織から複合散乱する光を減少させる、 又は、目標部域近傍の生物学的組織からの複合散乱光を除去する素子などがある 。このようなコントラスト増強調素子としては、帯域フィルター、デジタル処理 フィルター、コリメータ、光学偏光素子、光屈折結晶、デジタルフレーム取込み 器、 点滅撮像モニター(blink imaging monitor)、位相変調器、共焦点光学装置、外 因性色素(exogenous dye)、血管変容処置(vascular modifying procedures)など が挙げられる。 反射光を検出するための本発明では、光源と反射イメージ検出器とを単一の一 体構成の一部とすることができる。そのような単一の装置は取扱いが容易で、世 話役としても当該装置を容易に保持できる、又は、装身することができ、ヘルメ ットの形で提供できる。後ほど詳述するように、単一の一体構成装置にできるこ とから、ヘルメット装着者の視線に直接対応する、患者の内部域の三次元画像を リアルタイムで生成しうるヘルメットを構築することができる。この局面での本 発明の変形例においては、単一の一体構成装置は、ヘルメットと、少なくとも一 つの光源と、ヘルメットに着装した少なくとも一つの撮像検出器とで構成されて いる。また、ヘルメットには、アイピースに内蔵させたモニターの如くの、ヘル メット装着者が見つめている解剖学上構造体のコントラストのついた画像を表示 するモニターが含まれていても良い。好ましい実施の形態では、ヘルメットのそ れぞれのアイピースに二つの撮像検出器を設けて、患者から反射される電磁波情 報を検知するようにしている。光源としては所望により、鏡面反射を抑制すべく その一端が皮膚に押しつけられるようになっている光学フィルター束と接続され ていても良い。得られた情報は三次元画像の生成に利用され、その後リアルタイ ムにて、ヘルメットのアイピースに内蔵されているモニターの如くのモニターに 転送される。そのような実施の形態では、装着者の視線に対応して患者の際立っ た内部構造を眺めることができる。 本発明の別の実施の形態では、イメージ検出器と光照射源とは、目標部域に持 ち込まれる単一の一体構成型走査装置の一部を構成している。この実施の形態で は、単一の走査装置は、手持ち型走査器ないし可動走査器であってもよく、何れ にしても携帯型モニターに取り付ける。そのような実施の形態なら、世話役によ る携帯走査が可能である。別の実施の形態としては、モニターそれ自体を走査器 の一部を構成するようにしても良い。 本発明のもう一つの特徴に依れば、解剖学上構造体とその周辺組織とのコント ラストを高めるのに種々の実施の形態を利用することができる点にある。その内 の一つの実施の形態では、光源から、解剖学上構造体が吸収する波長を含む、例 えば血液の場合では７００〜９００ｎｍにわたる広範囲の波長を照射している。 この光は目標構造体、例えば血管組織により吸収されるが、その周辺組織に吸収 されるようなことはない。別の方法としては、照射光が検出器に到達する前の反 射光路にフィルターを設けても良く、これにより多色ノイズ(polychromatic noi se)を除去できる。その後、撮像検出器が画像モニターに信号を供給する。好ま しい実施の形態での撮像検出器はＣＣＤカメラである。 コントラスト増強に関わる別の実施の形態では、例えば７００〜９００ｎｍの 範囲の如くの所望範囲内の単一波長の照射光を発するレーザを照明光源として用 いている。血管の如くの目標解剖学上構造体を含む目標組織を光で照射する。す ると、重要範囲内にある吸収されなかった光だけがイメージ検出器の方へと反射 される。そのような実施の形態では、画像においてバックグランドノイズの出所 となる他の多色光を減少させることができる。その他の解剖学上構造体を検出す るのに特定の波長、例えばビリルビンの場合では７３０ｎｍ、脂肪の場合では１ １５８ｎｍと１２１０ｎｍ、血腫の場合では７６０ｎｍの光を利用することがで きる。 別の実施の形態においては、偏光プリズムの如くの光学偏光素子を帯域フィル ターに追加するか、又は、その代替に利用することもできる。組織に到達するに 先立って光を偏光させることにより、反射光も組織に対して特定の平面に偏光さ せることができる。従って、検出器の直前に光学偏光素子を配置すれば、同一偏 光作用において組織から反射した照射光を優先的に選択することができる。高度 の散乱した光（ノイズ）と鏡面反射光とは、高度散乱光の場合ではランダムに偏 光され、鏡面反射光の場合では入射光の偏光面とは異なった平面で圧倒的に偏光 されることから、フィルターでカットすることができる。この偏光素子を用いた 実施の形態は、透過照明光検出システムのみならず、反射光検出システムにも利 用できる。 別の実施の形態においては、高度に散乱させられた反射光の大部分を除去する のにコリメータを用いている。この実施の形態の変形例としては、光源と検出器 とをラスター形パターンで走査して、ラスター走査の時間にわたって画像を構築 するようにしている。この変形例では、反射光を強く平行化する(collimation) ことができる。 別の実施の形態では、共焦点撮像システムを特定の目標深さのところに合焦さ せている。異なった深さと異なった位置からの光は光学系の焦点にコリメータを 用いることで排除できる。すると、撮像すべき物体をラスター走査することによ り画像を構築することができる。 また別の実施の形態にあっては、目標構造体には強く吸収されるが、その周辺 組織には吸収されることのない波長と、ほぼ同一散乱効率で目標構造体とその周 辺組織との両方により弱く吸収される波長との二つの波長にて組織を照射するよ うにしている。二つの画像が二値化(digitizing)フレーム取込み器により順次キ ャプチャされ、記憶した後に互いに差し引かれる。結果として得られるが像は、 散乱光が差し引かれたわけだから、各画像に見られた散乱効果のない画像となる 。変形例にあっては、二つの波長で目標を交互に照射してモニターに表示してい る。視聴者は交互にモニターに供給された画像を見ることになる。ヒトの目は光 強度の比較的高速な変化に特に感じやすいことから、視聴者は高度に強調された 解剖学上構造体の画像に対して感じやすい。この点滅撮像法では、信号の引き算 を行うのに高価なデジタル電子処理を用いる必要性をなくしている。別の実施の 形態では、光源照射光を、変調源をカー効果セルの如くの光位相変調器に接続す ることにより位相変調している。変調源はイメージ検出器をも変調させているか ら、検出器は入射光と同一変調状態を有する電磁照射だけを検知することになる 。このような実施の形態では、画像形成に役立たない高度に散乱した光の位相を シフトさせることができる利点がある。従って、高度に散乱した光が検出される ようなことはない。別の実施の形態では、照射位相ではなくて、照射強度をダイ オードレーザのパワー供給を変調させるとかして変えることにより、変調作用を 達成している。（例えば、ニュージャージ州ニュートン所在のトーラボズ(ThorL abs)社製のS1011型ダイオードレーザ変調パワー供給装置の場合）。これらの変 調作 用を利用した実施の形態は、透過照明光検出システムのみならず、反射光検出シ ステムにも利用できる。 画像コントラストを高める更にもう一つの実施の形態では、患者に外因性色素 を与えて、目標解剖学上構造体内に集まるようにしている。外因性色素は、周辺 組織に対して特定波長の光をよく吸収する。色素を与える前の画像を取り出し、 その後、色素を与えた後に取り出した画像から差し引く。このような方法では、 両方の画像に共通した不要ノイズ成分を減じて、強調した画像だけを残すように する。別の方法としては、操作者が前述の点滅撮像システムによる高度にコント ラストが増強された画像だけを見ることができるように、これらの画像が交互し て表示されるようにしても良い。別の実施の形態では、周辺組織に外因性色素が 集まるようにする一方、目標解剖学上構造体には集まらないようにして、画像の コントラストが醸し出されるようにしても良い。 別の実施の形態においては、イメージ検出器は、イリノイ州イタスカ所在のソ ニー電子社(Sony Electronics，Inc.)から入手可能な液晶テレビ型検出器であっ ても良い。液晶テレビ型検出器では位相感応検出が可能である。この点について は、アライアンス・フォア・フォトニック・テクノロジー・インダストリアル・ クォータリ(Alliance for Photonic Technology Industrial Quarterly)、Vol． 3，No．2，p.3(1995年冬／春号)を参照のこと。この実施の形態では、検出器が 同一周波数で変調された光のみをキャプチャして、残りの他の光を無視するよう に、光源は検出器と同期して位相変調されるようになっている。従って、光源か らの入射光に対して位相がシフトした高度に散乱した光が除去されるのである。 また別の実施の形態においては、イメージ検出器は、全ての位相情報をキャプ チャする液晶テレビ型検出器である。しかし、入射光を位相変調する代わりに、 検出器は全ての位相の光をキャプチャして、位相情報を強度情報と共に、解剖学 上構造体の三次元画像を構築するのに用いる装置へ供給するようになっている。 位相情報をキャプチャすることにより、この実施の形態は三次元においてリアル タイムホログラフィを実現している。この三次元画像の実施の形態の変形例とし て、画像をキャプチャするイメージ検出器として、光屈折結晶ないしポリマー（ 例 えば、カリフォルニア州カルバーシティ所在のＣＳＫオプトロニックス社から入 手可能なニオブ酸リチウム）を直接利用しても良い。すると、リアルタイムで結 晶ないしポリマーを照射することでホログラム画像が得られる。別の方法として は、結晶ないしポリマーに液晶テレビ型検出器の出力が入力として供給されるよ うにしても良い。好ましい実施の形態の詳細な説明 本発明の原理に従って構築した撮像システムを図１に示しているが、そのシス テムは入射光４を生物学的組織６に対して照射する光源２からなり、入射光４の 一部は目標解剖学上構造体８に吸収されるまで生物学的組織を透過する。イメー ジ検出器１２（例えば、Dage-MTI社から入手可能なCCD-72型カメラ）が、解剖学 上構造体とは異なった吸収波長の、目標解剖学上構造体を取り巻く組織から主と して反射された反射光１６を検出する。このイメージ検出器１６はモニター１４ に対してビデオ信号１８を供給するので、組織から反射した入射光の強度情報が 画像としてモニターに表示される。多色光源を利用した場合では、目標構造体の 撮像に有用な範囲外の波長は一つかそれ以上の帯域フィルター１０によりカット される。別の方法として、撮像検出器で、例えば電荷結合装置型赤外線カメラ（ 例えばニュージャージ州フェアチャイルド所在のエレクトロフィジックス社から 入手可能なCCD1350-1赤外線CCDカメラと6300-00イメージ増強器）でそのように なっているように、有用な範囲の波長のみを検出するようにしても良い。また別 の方法として、図２において説明した如くのリアルタイムデジタル型イメージ処 理器（例えば、Dage-MTI社から入手可能なCSP-2000型プロセッサー）を利用して 、多色光源から発する情報に乏しい波長をカットするようにしても良い。 本発明の別の実施の形態では、偏光フィルターの如くの光学偏光素子２２ａ（ マサチューセッツ州ホリストン所在のアーリング・エレクトロオプティックス社 又はコネチカット州ストラトフォード所在のオリール社から入手可能）を、レー ザないしその他の単色光源と一緒に用いている。単色光源は、例えばカリフォル ニア州サニーヴァーレ所在のニュー・フォーカス社から入手可能な6124型レーザ ダイオードもしくはマサチューセッツ州アクトン所在のマイクレコール社から入 手 可能な「Micralase」、ミズーリ州セントルイス所在のマクドネル・ダグラス・ エアロスペース社から入手可能なMDL-DLAW10などが挙げられる。偏光フィルター は、入射光を組織に対して特定の平面で偏光することにより、特異的に反射した 光が別の偏光作用を受けたものとすることができる。検出器の直前における第２ 光学偏光素子２２ｂは、光源から特異的に反射した光を優先的に選択する。イメ ージ情報を少しも持たない複合散乱光はランダム偏光されているのが通常であり 、従って、第２光学偏光子２２ｂを通過してイメージ検出器１２に到達すること はない。偏光フィルターは、光源２として多色光源を用いた場合に、帯域フィル ター１０や電荷結合装置型赤外線カメラ、図２のデジタル型イメージ処理器の何 れか一つ、又はそれらの組合せと併用することもできる。光源２がレーザやその 他の単色光源である場合では、これらの素子を組み合わせて利用することもでき る。 本発明の更に別の実施の形態を図２に示すが、これはデジタル型イメージ処理 器とフレーム取込み器２４（Dage-MTI社から入手可能なCSP-2000の如くのもの） を備えた撮像システムである。この実施の形態においては、少なくとも二つの波 長を投射する光源２０で組織を照射するようになっている。好ましい実施の形態 では、生物学的組織６は、組織を透過するが、目標解剖学上構造体８には弱く吸 収されるような波長で照射されるようにしている。血液のある血管の場合では、 ７００ｎｍから９００ｎｍの範囲、好ましくは８００ｎｍ程度の波長で充分であ る。反射した画像は、デジタルフレーム取込み器を含むデジタル型イメージ処理 器によりキャプチャされて保存される。次に、同一組織の部域を第２波長で照射 するが、この第２波長は、組織散乱効率(tissue scattering efficiency)がほぼ 同一となるように、前述の第１波長と周波数が近接している。しかし、この第２ 波長は目標解剖学上構造体によりより弱く、或いは、より強く吸収されるような ものでなければならない。この第２画像はデジタル型イメージ処理器２４により キャプチャされて、前に保存した画像から差し引かれ、かくて、散乱による効果 が除去された画像が得られると共に、これら二つの画像間での吸収特性の差が表 示される。 二波長を利用したシステムの別の好ましい実施の形態では、デジタル型イメー ジ処理器２４をなくしている。生物学的組織を二つの波長で照射し、それそれの 波長に対応する反射画像をモニター１４で交互に表示することにより、目標解剖 学上構造体が順次交互に表示されることになる。ヒトの目は光強度の比較的高速 な変化には敏感であるから、また、点滅撮像(blink imaging)として知られてい る心理的プロセスにより、目標構造体の輪郭を検出することができる。 本発明の更に別の実施の形態を図３に示すが、ここでは複合散乱光を除去する のにコリメータを利用している。図１に示したのと同一構成部品については同一 符号で示している。この実施の形態では、複合散乱光子(multiply scattered ph otons)２８がイメージ検出器１２に到達するのを阻止するために少なくとも一つ のコリメータ２６を利用している。このようにして、強い平行化作用により、画 像形成に有用ではないバックグランドノイズを減少させることができる。必要に 応じて著しく強い平行化作用を利用すれば、光源とイメージ検出器とをラスター 形パターンで走査する必要があり、その場合ではラスター走査時間にわたって画 像が形成されることになる。コリメータは、図１と図２に示したコントラスト増 強素子の考えられる組合せと一緒に利用することもできる。光源２が多色光源で あれば、コリメータは帯域フィルター１０、赤外線ＣＣＤの如くの選択イメージ 検出器１２、デジタル型イメージ処理器２４、或いは、目的とする波長以外の反 射光を除去するその他の装置と共に利用すべきである。 本発明のもう一つの実施の形態を図４に示すが、ここでは反射画像の位相変調 検出(phase modulated detection)を行うようにしている。この実施の形態では 、入射レーザ光が、回転式非球面光学素子(rotating aspheric optic)ないしカ ー効果セル（例えば、カリフォルニア州サンジョセ所在のアドバンスド・オプト ロニック社、ロングモント社、ミードゥラーク・オプティック社、又は、オレゴ ン州ニルスボロ所在のニンズ・インストルメンツ社から入手可能）の如くの光位 相変調器２８を制御する変調源３０により位相変調される。変調源３０は、液晶 ビデオテレビの如くの位相感応型撮像検出器３２を制御している。従って、イメ ージ検出器は、入射光と同一変調状態を有する反射光を測定することになる。そ の他の光は測定から除外される。高度に散乱した光の位相がシフトされることか ら、 その光も除去される。変調源３０としては、一方が変調器２８を制御し、他方が 検出器３２を制御する二つの独立した位相整合源(phase-matched source)で構成 しても良い。 本発明のまた別の好ましい実施の形態を図５に示すが、ここでは目標解剖学上 構造体を双眼式拡大ステレオ撮像(binocular stereo imaging)システムとしてい る。この好ましい実施の形態では、二つの撮像検出器３４ａ、３４ｂ（例えばイ リノイ州パラタイン所在のＦＪＷ光学システム社から入手可能な、対物レンズ付 き焦点合わせ用アイピースを備えた8900型赤外線感応式ビデオカメラ）を利用し て目標組織からの反射光の二つの角度を検出することにより、画像内に三次元深 度情報を組み込んでいる。この実施の形態の変形例では、ヘルメット４０（例え ばニューヨーク州スケーニーテレス所在のウェルチ-アレン社の「医師用ヘッド ライト」）に光源３８（例えばミズーリ州セントルイス所在のマクドネル・ダグ ラス・エアロスペース社のMDL-DLAW10型ダイオードレーザに、ニュージャージ州 ニュートン所在のトーラボズ社製のLD1001型ドライバーを付加したもの）を装着 すると共に、二つの撮像検出器３４ａ、３４ｂをも取り付けている。光源からの 出力は、所望に応じて光学式ダイオードレーザコリメータ(diode laser collima tion optics)（例えばニュージャージ州ニュートン所在のトーラボズ社製LT110P -B）で合焦させて、約２０インチ離れたところに１ミリ径のスポットを形成する ようにしても良い。入射光４は１６ａ、１６ｂで示したように目標組織から反射 される。 好ましい実施の形態の変形例としては、全ての周囲光をカットするために、ビ デオカメラの直前に帯域フィルター４６ａ、４６ｂ（例えばバーモント州ブラッ トルボロ所在のオメガ・オプティック社製のＢＰシリーズ３Cavityなる中心波長 を８０８ｎｍとするフィルター）を配置しても良い。別の変形例としては、レー ザ光源と組織との間及び二つのアイピースにリニア偏光フィルター（例えばコネ チカット州ストラトフォード所在のオリール社製27805型フィルター）をそれぞ れ配置して、散乱（ランダム偏光）光を除去することが考えられる。両検出器は 、それぞれ僅かだけ異なった角度で反射した光を捕捉して立体効果を醸し出すよ う にしている。イメージ検出器４０ａ、４０ｂの出力情報はモニター１４に送られ て、処理された後に高度にコントラストが増強された組織部位の立体像が表示さ れるのである。この実施の形態の変形例においては、モニターは実際はヘルメッ トのアイピース４４ａ、４４ｂにあって、例えばイメージ検出器３４ａ、３４ｂ に取り付けられている過、又は、その一部を構成していてもよく、これによりゴ ーグルの装着者が、あたかも目標解剖学上構造体を取り巻く組織を眺めるかのよ うに目標を検査することができる。 この実施の形態の別の変形例としては、これらの二つのイメージ検出器を外科 手術器具の自動部品の装着することが考えられる。検出器３４ａ、３４ｂの出力 は遠隔モニターに送られて、目標組織の三次元画像として表示される。そして外 科手術器具を、位置応動型サーボモータを利用して遠隔操作する。従って、静脈 穿刺の如くのある処置が操作者により遠隔操作で行われることになる。別の方法 としては、外因性色素が周辺組織に集まるようにし、目標解剖学上構造体には集 まらないようにする。例えば、インドシアン系緑(ICG)色素は組織が比較的透過 性を呈しているのであれば、近８００ｎｍの波長を強く吸収する。フロック(Flo ck，S)らによる「インソシアン(insocynine)系緑とパルス駆動式アレキサンドリ アレーザを用いた血管の熱的損傷」、Lasers Med．Sci.，8:185-196(1993)。反 射画像は、８００ｎｍ照射源を用いて撮像する。その後、ＩＣＧを上流から注入 して、二番目の画像を撮像する。最初の画像はデジタル処理器により小憶され、 二番目の画像はデジタル処理器により差し引かれ、かくて前述したように結果が 表示される。別の方法としては、操作者が前述した点滅撮像法を利用して、デジ タル処理を行うことなく画像をモニターすることもできる。例えばヘマトポルフ ィリンの如くのその他の色素を利用することも可能である。 この実施の形態の変形例として、得点と抗原に対する単クローン系抗体を光吸 収性発色団に結合させている。すると抗体は目標組織に結合する。そこで、目標 部域を発色団が吸収する波長の光で照射して、それにより得られた画像を検出す る。別の方法としては、抗体と結合した蛍光発色団(fluorophore)を励起する波 長を利用して、蛍光発色団からの蛍光を検出するようにしても良い。この方法で は、抗体技術(antibody technology)を介して結合し得る皮下病理学の画像が形 成できる。例えば、肝細胞表層抗原に対する単クローン系抗体を注入すると、本 発明により肝臓の画像を形成することができる。そのような技法は、前述のシス テムや組合せの何れにも利用できる。 この好ましい実施の形態のまた別の変形例としては、プラクないしコレステロ ールに親和力のある分子を血流に注入する方法がある。この場合、注入された分 子は血管内のプラクに集まる。ハヤシ(Hayashi)らによる「モノ-L-アスパルチル -クロリンｅ６の蛍光発色スペクトル分析によるアテロームプラクの偶発的位置 同定(Transadvential Localization of Atheromatous Plaques by Fluorescence Emission Spectrum Analysis of Mono-L-aspartyl-chlorin e6)」、27:1943-19 47(1993)。この変形例では、照射波長は、薬の微分吸収特性(differential abso rbance)ないし、別の方法として、特定の波長における薬の蛍光発色能(drug'ｓc apacity for fluorescence)に基づいて選定している。するとコントラスト画像 が、適当な波長での照射後にイメージ検出器により検出される。 この好ましい実施の形態の更にまた別の変形例においては、血管変容処置を実 施するに先立って血管の画像を撮像している。例えば、最初の画像の検出の後に 血管に止血帯を宛うことで、血液密度を変えても良い。その後に二番目の画像を 検出して最初の画像から差し引く。別の方法としては、最初の画像の検出後に皮 膚表面に氷を宛って、血液の流れを変えても良い。その後に後から得られた画像 を最初の画像から差し引いて血管の輪郭像を形成する。 尚、当業者にはこのほかの改変や変形などが考えられるところであるが、本願 発明者は、本願発明が当業界に対する貢献するところの範囲に入る全ての変形や 改変などは、本願に対する特許において実施できるものと意図している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィンク，ルイス アメリカ合衆国72205アーカンソー州 リ トル・ロック、ウエスト・セブンス・スト リート 4300番 デパートメント・オブ・ ラボラトリー・サービシーズ、ジョン・エ ル・マックルランド・メモリアル・ブイエ イ・メディカル・センター (72)発明者 ワーナー，ミルトン アメリカ合衆国72205アーカンソー州 リ トル・ロック、メイル・スロット543、ウ エスト・マーカム4301番 ユニバーシテ ィ・オブ・アーカンソー・メディカル・サ イエンス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光源と、 該光源からの光であって、生物学的目標組織から反射された光を検出するイメ ージ検出器と、 該イメージ検出器から供給された解剖学上内部構造体の画像を表示するモニタ ーとからなる撮像装置。 ２．請求項１に記載のものであって、前記光源が多色光源からなる撮像装置。 ３．請求項１に記載のものであって、前記光源が赤外域の単色光源からなる撮像 装置。 ４．請求項３に記載のものであって、前記単色光源は７００〜９００ｎｍの範囲 内で照射することよりなる撮像装置。 ５．請求項１に記載のものであって、前記イメージ検出器は電荷結合装置型赤外 線カメラである撮像装置。 ６．請求項１に記載のものであって、前記イメージ検出器はビデオカメラである 撮像装置。 ７．請求項１に記載のものであって、前記イメージ検出器は液晶テレビ型検出器 である撮像装置。 ８．請求項１に記載のものであって、コントラスト増強素子を設けてなる撮像装 置。 ９．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子が必要波長以外 の光を除去する手段を備えてなる撮像装置。 １０．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子が目標組織部 域での複合散乱光を減少させる手段を備えてなる撮像装置。 １１．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子が少なくとも 一つの帯域フィルターを備えてなる撮像装置。 １２．請求項１１に記載のものであって、前記帯域フィルターが約８００ｎｍの 波長を通過させるものである撮像装置。 １３．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子がデジタル処 理器フィルターを備えてなる撮像装置。 １４．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子が少なくとも 一つのコリメータを備えてなる撮像装置。 １５．光源と、 該光源からの光であって、生物学的目標組織から透過された光を検出するイメ ージ検出器と、 該イメージ検出器からのイメージ情報を受け取って表示するモニターと、 前記光源と前記生物学的組織との間の入射光の光路に設けられた第１光学偏光 素子と、組織の非光源側と前記イメージ検出器との間の透過光の光路に設けられ た第２光学偏光素子とを備えてなるコントラスト増強素子とからなる撮像装置。 １６．光源と、 該光源からの光であって、生物学的目標組織から反射された光を検出するイメ ージ検出器と、 該イメージ検出器からのイメージ情報を受け取って表示するモニターと、 前記光源と前記生物学的組織との間の入射光の光路に設けられた第１光学偏光 素子と、前記生物学的組織と前記イメージ検出器との間の反射光の光路に設けら れた第２光学偏光素子とを備えてなるコントラスト増強素子とからなる撮像装置 。 １７．光源と、 該光源からの光であって、生物学的目標組織から透過された光を検出するイメ ージ検出器と、 該イメージ検出器からのイメージ情報を受け取って表示するモニターと、 変調源と、該変調源に接続された光位相変調器とを備えてなるコントラスト増 強素子とからなる撮像装置。 １８．光源と、 該光源からの光であって、生物学的目標組織から反射された光を検出するイメ ージ検出器と、 該イメージ検出器からのイメージ情報を受け取って表示するモニターと、 変調源と、該変調源に接続された光位相変調器とを備えてなるコントラスト増 強素子とからなる撮像装置。 １９．光源と、 該光源からの光であって、生物学的目標組織から透過された光を検出するイメ ージ検出器と、 該イメージ検出器からのイメージ情報を受け取って表示するモニターと、 照射強度変調源を備えてなるコントラスト増強素子とからなる撮像装置。 ２０．光源と、 該光源からの光であって、生物学的目標組織から反射された光を検出するイメ ージ検出器と、 該イメージ検出器からのイメージ情報を受け取って表示するモニターと、 照射強度変調源を備えてなるコントラスト増強素子とからなる撮像装置。 ２１．請求項１に記載のものであって、前記光源と前記イメージ検出器とが単一 の一体構成装置の一部を構成してなる撮像装置。 ２２．請求項２２に記載のものであって、前記単一の一体構成装置がヘルメット からなる撮像装置。 ２３．請求項２２に記載のものであって、前記モニターが前記ヘルメットの一部 である撮像装置。 ２４．請求項２２に記載のものであって、前記光源が光ファイバー束に連結され てなる撮像装置。 ２５．請求項２２に記載のものであって、前記イメージ検出器が赤外線感応型ビ デオカメラであり、前記光源がダイオードレーザからなる撮像装置。 ２６．請求項２２に記載のものであって、前記単一の一体構成装置が外科手術器 具の自動部品からなる撮像装置。 ２７．請求項８に記載のものであって、前記光源は少なくとも二つの波長で照射 するものであり、前記イメージ検出器が二値化フレーム取込み器に接続されてな る撮像装置。 ２８．請求項８に記載のものであって、前記光源は少なくとも二つの波長で照射 するものであり、前記モニターは各波長で反射された画像を高速にて交互に表示 するものである撮像装置。 ２９．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子が生物学的組 織内に吸収される外因性色素を含んでおり、前記イメージ検出器に二値化フレー ム取込み器を接続してなる撮像装置。 ３０．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子が生物学的目 標組織に取り付けた単クローン系抗体を含んでおり、前記イメージ検出器に二値 化フレーム取込み器を接続してなる撮像装置。 ３１．請求項８に記載のものであって、前記コントラスト増強素子が血管内のプ ラクに集めた分子を含んでおり、前記イメージ検出器に二値化フレーム取込み器 を接続してなる撮像装置。 ３２．請求項１に記載のものであって、前記イメージ検出器が液晶テレビ式検出 器であって、前記光源と前記検出器とが同期して位相変調されるようにした撮像 装置。 ３３．請求項１に記載のものであって、前記イメージ検出器が光屈折結晶である ことよりなる撮像装置。 ３４．解剖学上構造体を撮像する方法であって、 生物学的目標組織を照射するステップと、 前記生物学的目標組織からの反射光を検出するステップと、 モニターに前記反射画像を表示するステップとからなる撮像法法。 ３５．請求項３４に記載の解剖学上構造体を撮像する方法であって、前記照射ス テップが、７００〜９００ｎｍの範囲の波長で照射するステップを更に備えてな る撮像方法。 ３６．請求項３４に記載の解剖学上構造体を撮像する方法であって、前記検出ス テップが、電荷結合装置型赤外線カメラで検出するステップを更に備えてなる撮 像方法。 ３７．請求項３４に記載の解剖学上構造体を撮像する方法であって、必要な光を 帯域通過させるステップを更に設けてなる撮像方法。