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【発明の名称】 蛍光観察装置
【発明者】 【氏名】林 克巳
【要約】 【課題】蛍光観察装置において、高Ｓ／Ｎの蛍光像を再生可能にする。

【解決手段】蛍光２を発する光感受性物質を含んでいる生体の部位１に、該光感受性物質の励起波長領域にある励起光３を照射する励起光照射手段10と、蛍光３を検出して蛍光像を撮像する蛍光像撮像手段14とを備えてなる蛍光観察装置において、変調手段15により励起光３を所定の周期関数に従って強度変調するとともに、解析手段21により、蛍光像撮像手段14が出力する時系列の画像データから、各画素毎に、蛍光強度の周期的変化の振幅に対応した特性値を求める。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 蛍光を発する蛍光物質を含んでいる生体の部位に、該蛍光物質の励起波長領域にある励起光を照射する励起光照射手段と、前記蛍光物質が発する蛍光を検出して生体の蛍光像を撮像する蛍光像撮像手段とを備えてなる蛍光観察装置において、前記撮像手段に入射する蛍光を所定の周期関数に従って強度変調する変調手段と、前記蛍光像撮像手段が出力する時系列の画像データから、各画素毎に、蛍光強度の周期的変化の振幅に対応した特性値を求める解析手段とが設けられたことを特徴とする蛍光観察装置。
【請求項２】 前記変調手段が、前記励起光を変調することによって蛍光を変調するものであることを特徴とする請求項１記載の蛍光観察装置。
【請求項３】 前記励起光照射手段が、一定強度の励起光を発するように構成され、前記変調手段が、前記蛍光の光路に挿入された部分で該蛍光を変調するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の蛍光観察装置。
【請求項４】 前記解析手段が、前記画素毎の時系列の画像データをフーリエ変換し、それにより得られた所定のフーリエ係数を前記特性値として求めるものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の蛍光観察装置。
【請求項５】 前記解析手段が、前記周期関数に基づいて定められた特性に基づいて前記フーリエ変換を行なうものであることを特徴とする請求項４記載の蛍光観察装置。
【請求項６】 前記解析手段が、前記画像データの周期的変化を示す回帰曲線を求め、この回帰曲線の振幅に対応する値を前記特性値として求めるものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の蛍光観察装置。
【請求項７】 前記解析手段が、最小２乗法によって回帰曲線を求めるものであることを特徴とする請求項６記載の蛍光観察装置。
【請求項８】 前記画像データを、生体の同一位置についてのデータは同一のアドレスに格納してそれぞれ記憶する複数のフレームメモリが設けられ、前記解析手段が、これらのフレームメモリから読み出された画像データを基に、共通のアドレスに格納されていた画像データ毎に前記特性値を求めるように構成されていることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の蛍光観察装置。
【請求項９】 前記変調手段が、前記撮像手段に入射する蛍光を連続的に強度変調するものであることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の蛍光観察装置。
【請求項１０】 前記変調手段が、前記撮像手段に入射する蛍光を間歇的に強度変調するものであることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の蛍光観察装置。
【請求項１１】 前記変調手段が、前記撮像手段に入射する蛍光を正弦波状に強度変調するものであることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載の蛍光観察装置。
【請求項１２】 前記変調手段が、前記撮像手段に入射する蛍光を鋸波状に強度変調するものであることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載の蛍光観察装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光を発する物質を含んでいる生体に励起光を照射し、そのとき該蛍光物質から発せられる蛍光による画像を撮像して、生体の診断等に供する蛍光観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＰＤＤ（Photodynamic Diagnosis）と称される蛍光診断についての研究が種々なされている。このＰＤＤとは、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質（ATX-S10、5-ALA、HAT-D01等）を予め生体の腫瘍部分に吸収・結合させておき、その部分に光感受性物質の励起波長領域にある励起光を照射して蛍光を生じさせ、この蛍光による画像を表示して病変部の局在、浸潤部分を診断するとともに、その見落としを防止する技術である。
【０００３】またこの蛍光診断の別の形態として、生体由来の蛍光物質に着目し、その蛍光物質に励起光を照射して蛍光（いわゆる自家蛍光）を生じさせ、同様の診断に応用する技術も知られている。その場合は、腫瘍組織の自家蛍光スペクトルと正常組織の自家蛍光スペクトルとが異なることを利用して、腫瘍部の検出等がなされる。
【０００４】例えば特公昭６３−９４６４号、特開平１−１３６６３０号、特開平７−５９７８３号には、この蛍光診断を行なうための蛍光観察装置が開示されている。この種の蛍光観察装置は基本的に、蛍光物質の励起波長領域にある励起光を生体に対して照射する励起光照射手段と、蛍光物質が発する蛍光を検出して生体の蛍光像を撮像する手段と、この撮像手段の出力を受けて上記蛍光像を表示する画像表示手段とからなるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡や、コルポスコープや、手術顕微鏡等に組み込まれた形に構成される。
【０００５】ところで、上述のような蛍光観察装置においては、蛍光像すなわち蛍光物質が発する蛍光による画像を撮像するために、ＣＣＤ等の撮像素子が広く使用されている。ＣＣＤは冷却して暗電流を低減できるので、これを用いれば、微弱蛍光による画像も撮像可能になる。このＣＣＤにおいて、読み出しに伴う雑音のうち固体撮像素子に特有のスイッチング雑音は相関二重サンプリング法によって大幅に低減できるので、読み出しに伴う主な雑音はアンプ雑音となる。そこで従来は、低速走査して帯域幅を狭くすることにより、読み出しに伴う雑音を低減して画像信号のＳ／Ｎ向上を図っていた。
【０００６】また蛍光像撮像のために、ＩＩ（イメージ・インテンシファィア）−ＣＣＤの使用も考えられている。このＩＩ−ＣＣＤは、ＣＣＤに入射するフォトンを増倍する機能を有しているので、これを用いれば、いわゆるリアル・タイムで蛍光像を撮像することも可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、蛍光診断における撮像対象は極めて微弱な蛍光による像であるため、上記冷却型ＣＣＤ、ＩＩ−ＣＣＤのいずれを用いる場合でも、背景光やノイズ等の外乱要因によって蛍光像のＳ／Ｎが低下するという問題が認められている。
【０００８】本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、背景光やノイズ等の外乱の影響を排除して、高Ｓ／Ｎの蛍光像を撮像可能な蛍光観察装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による蛍光観察装置は、蛍光を発する蛍光物質を含んでいる生体の部位に、該蛍光物質の励起波長領域にある励起光を照射する励起光照射手段と、前記蛍光物質が発する蛍光を検出して生体の蛍光像を撮像する蛍光像撮像手段とを備えてなる蛍光観察装置において、前記撮像手段に入射する蛍光を所定の周期関数に従って強度変調する変調手段と、前記蛍光像撮像手段が出力する時系列の画像データから、各画素毎に、蛍光強度の周期的変化の振幅に対応した特性値を求める解析手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１０】なお上記の変調手段は、例えば、励起光を変調することによって蛍光を変調するように構成することができる。
【００１１】あるいは、励起光照射手段が一定強度の励起光を発するように構成された場合は、この変調手段を、蛍光の光路に挿入された部分で該蛍光を変調するように構成すればよい。
【００１２】なお上記特性値は、蛍光強度の周期的変化の振幅そのものであってもよいことは勿論である。
【００１３】より具体的に、上記の解析手段としては、前記画素毎の時系列の画像データをフーリエ変換し、それにより得られた所定のフーリエ係数を前記特性値として求める手段が用いられる。
【００１４】あるいは、この解析手段として、前記画像データの周期的変化を示す回帰曲線を例えば最小２乗法によって求め、この回帰曲線の振幅に対応する値を前記特性値として求める手段等も適用可能である。
【００１５】なお当然ながら、本発明において上述のように回帰曲線を求めるということは、曲線の具体的な形状を求めることのみを指すものではなく、回帰曲線を示す式の係数を求めることも含むものである。
【００１６】また、本発明による蛍光観察装置において、好ましくは、前記画像データを、生体の同一位置についてのデータは同一のアドレスに格納してそれぞれ記憶する複数のフレームメモリが設けられ、前記解析手段が、これらのフレームメモリから読み出された画像データを基に、共通のアドレスに格納されていた画像データ毎に前記特性値を求めるように構成される。
【００１７】一方、上記変調手段は、撮像手段に入射する蛍光を連続的に強度変調するものであっても、あるいは、間歇的に強度変調するものであってもよい。またこの変調手段としてより具体的には、撮像手段に入射する蛍光を例えば正弦波状に強度変調するもの、あるいは鋸波状に強度変調するもの等が好適に用いられる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の蛍光観察装置において、励起光を所定の周期関数に従って強度変調する場合、蛍光物質が発する蛍光はこの周期関数に対応して規則正しく強度変調される。本来は、生体に対して一様に一定強度の励起光が照射されたとき、生体各位置毎の蛍光強度に基づいて蛍光像が形成されるが、上述のようにして蛍光が強度変調される場合は、その振幅が、一定強度の励起光が照射された際の蛍光強度そのものに対応することになる。
【００１９】蛍光像撮像手段が出力する画像データは、通常、前述した背景光やノイズ等の外乱の影響を受けたものとなる。しかし、画像データがそのようになっていても、そこから蛍光強度の周期的変化の振幅に対応した特性値を求めれば、この特性値に基づいて蛍光の振幅、つまり上記外乱の影響を除いた蛍光強度そのものが検出され得る。それにより、本発明によれば、高Ｓ／Ｎの蛍光像を再生可能となる。
【００２０】他方、蛍光の光路に挿入した部分で該蛍光を強度変調する構成とした場合も、蛍光振幅は、ランダムな外乱要因の影響を除いて、蛍光強度そのものに対応することになる。よってこの場合も、高Ｓ／Ｎの蛍光像を再生可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】図１は、本発明の第１の実施形態による蛍光観察装置の概略形状を示すものである。この実施形態の装置は、励起光３を発する励起光源10と、それを駆動する励起光電源11と、後述のようにして生体組織１から発せられた蛍光２を集光する集光レンズ12と、その前方に配された励起光カットフィルタ13と、集光された蛍光２を受光する例えば高感度ＣＣＤからなる高感度撮像素子14とを有している。
【００２３】またこの蛍光観察装置は、コンピュータ15と、高感度撮像素子14を駆動する撮像素子ドライバ16と、高感度撮像素子14の出力を受けるローパスフィルタ17と、このローパスフィルタ17の出力を受けるＡ／Ｄ変換器18と、このＡ／Ｄ変換器18が出力するデジタル画像データを振り分けるマルチプレクサ19と、このマルチプレクサ19によって振り分けられた画像データを１画像分ずつ記憶する複数（一例として８個）のフレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7と、これらのフレームメモリＭ0〜Ｍ7がそれぞれ出力する画像データを受ける演算回路21と、この演算回路21が出力する画像データを受けるフレームメモリ22と、このフレームメモリ22が出力する画像データに基づいて画像を表示するＣＲＴ表示装置等からなるディスプレイ23とを有している。
【００２４】なお上記励起光電源11、撮像素子ドライバ16、Ａ／Ｄ変換器18、マルチプレクサ19、フレームメモリＭ0〜Ｍ7、演算回路21およびフレームメモリ22の動作は、コンピュータ15によって制御される。
【００２５】以下、この蛍光観察装置の作用について説明する。生体組織１には、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質が予め吸収されている。この生体組織１に、励起光源10から発せられた励起光３が照射されると、この励起光３によって励起された光感受性物質から蛍光２が発せられる。なお後に詳述するが、励起光電源11には変調手段を構成するコンピュータ15から変調信号Ｓｍが入力され、蛍光２が強度変調される。
【００２６】集光レンズ12は、この蛍光２による生体組織１の蛍光像を高感度撮像素子14の撮像面上に結像させ、この蛍光像が高感度撮像素子14によって撮像される。なお、生体組織１で反射して集光レンズ12に向かう励起光３は、励起光カットフィルタ13によってカットされる。
【００２７】高感度撮像素子14が出力する時系列の画像データは、ローパスフィルタ17によって不要な高周波成分がカットされた後、Ａ／Ｄ変換器18によってデジタル化される。デジタル化された画像データＤは、マルチプレクサ19によって１枚の画像分のデータ毎に振り分けられて、各々フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7に順次記憶される。なお、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7に記憶された画像データを、それぞれＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ6、Ｄ7と表記する。
【００２８】フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7からそれぞれ読み出された画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ6、Ｄ7は演算回路21に入力され、この演算回路21においてそれらの画像データから、１枚の画像分の画像データＤ’が形成される。この画像データＤ’はディスプレイ23に入力され、そこでこの画像データＤ’に基づいて生体組織１の蛍光像が再生表示される。
【００２９】次に図２および３を参照して、上記画像データＤ’を形成するまでのデータ処理について説明する。図２の（１）は励起光３の強度変調状態を示し、同図（２）は生体組織１のある一点における蛍光２の強度変化例を示している。本例において励起光３の強度Ｉeは、時間ｔを変数とする正弦波Ｉe（t）＝Ａo・sin(ωｔ)＋Ａo を呈するように変調される。なおＡo は定数であり、正弦波周期Ｔ＝２π／ω＝１６０ｍｓ（ミリ秒）に設定されている。
【００３０】励起光３がこのように強度変調されていると、その励起によって生じる蛍光２の強度も、図２（２）のように概略正弦波状に変化する。高感度撮像素子14はこの蛍光２による生体組織１の蛍光像を、一定間隔τ＝２０ｍｓで、つまり上記正弦波周期Ｔ内に８回撮像する。図２（２）に示すｔ0、ｔ1、ｔ2……ｔ6、ｔ7は、この撮像の時点を示しており、それらの各時点におけるドットが、測定された蛍光強度を示している。
【００３１】上記の時点ｔ0、ｔ1、ｔ2……ｔ6、ｔ7で撮像された蛍光像を示すデジタル画像データが、前述のようにそれぞれＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ6、Ｄ7としてフレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7に記憶される。なお画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ２……Ｄ６、Ｄ7は純粋に蛍光強度のみを示すものではなく、先に述べた背景光やノイズ等の外乱要因が蛍光検出成分に重畳したものとなっている。
【００３２】ここで、生体組織１の同一位置についてのデータは、互いにフレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7の同一アドレスに格納される。図３はこのことを概略的に示している。つまり、同図中では、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7の各マス目の位置がアドレスに対応しているものとするが、例えば、図中黒く塗りつぶしてある互いに等しいアドレスに、生体組織１の同一位置についてのデータが格納される。
【００３３】ここで画像データＤ（蛍光検出信号）は、一般に下記のフーリエ級数Ｉs(t)で表現される。
【００３４】Ｉs(t)＝ａ0 ／２＋ａ1・cos(ωｔ)＋ａ2・cos(２ωｔ)＋……＋ｂ1・sin(ωｔ)＋ｂ2・sin(２ωｔ)＋……なおａ0 ／２は、蛍光強度のＤＣ成分と、背景光・ノイズ等のＤＣ成分の寄与を示す。また、ａ1・cos(ωｔ)＋ａ2・cos(２ωｔ)＋……＋ｂ2・sin(２ωｔ)＋ａ1・cos(ωｔ)は、蛍光検出信号に混入するノイズ成分を示す。またｂ1・sin(ωｔ)は、強度変調された励起光３によって誘起される蛍光強度を示す。したがって、ｂ1・sin(ωｔ)を求めることにより、蛍光検出信号を狭帯域フィルタに通した状態を得て、各種外乱ノイズ成分を除去できることになる。
【００３５】そこで演算回路21において、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ6、Ｍ7に記憶されている画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ6、Ｄ7から、生体組織１の同一位置についてのデータ毎に（つまり、同一アドレスに格納されていた画像データ毎に）、フーリエ級数ｂ1が求められる。
【００３６】一般にフーリエ級数ｂ1 は、ｂ1 ＝１／Ｔ・∫Ｉs(t)・exp(−ｊωｔ)ｄｔにより求められることが知られており、離散的データに対しては下記の式ｂ1 ＝(１／Ｎτ)・ΣＩs(k)・sin(−2πk／Ｎτ)を適用する。ここでＮはサンプリング総数、ｋはサンプリングポイントを示し、Σはｋ＝０〜７の範囲で実行する。
【００３７】以上のようにして、蛍光強度の周期的変化の振幅と対応する特性値であるフーリエ級数ｂ1 が各画素毎に求められ、それらの値は蛍光像を示す画像データＤ’としてフレームメモリ22に一旦記憶される。そして、このフレームメモリ22から所定タイミングで読み出された画像データＤ’に基づいて、生体組織１の蛍光像がディスプレイ23に再生表示される。こうして表示される蛍光像は、前述したように背景光やノイズ等の外乱の影響を除いて、高Ｓ／Ｎのものとなる。
【００３８】次に図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態の装置は、基本的な構成は第１実施形態と同様であって、励起光源10の駆動の仕方が異なるものである。図４の（１）は励起光３の強度変調状態を示し、同図（２）は生体組織１のある一点における蛍光２の強度変化例を示している。
【００３９】すなわち本実施形態では、変調励起光３のＤＣバイアスを大きく設定するために、励起光３をその強度Ｉeが正弦波Ｉe（t）＝Ａo・sin（ωｔ）＋Ｂoを呈するように変調する。ここで、Ａo ＜Ｂo である。
【００４０】このように励起光３を変調すれば、第１実施形態の場合よりも励起光強度は全体的に高くなるので、微弱な生体蛍光を検出して画像化する上で、より有利となる。
【００４１】次に図５を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態の装置も、基本的な装置構成は第１実施形態と同様であって、励起光源10の駆動の仕方が異なるものである。図５の（１）は励起光３の強度変調状態を示し、同図（２）は生体組織１のある一点における蛍光２の強度変化例を示している。
【００４２】すなわち本実施形態では、励起光３をパルス状に発するように励起光源10を間歇駆動し、励起光３が発せられているときのみ高感度撮像素子14を撮影動作させる。
【００４３】このように励起光源10をパルス駆動させると、励起光３は余弦波形を呈するように出力される。この場合は、第１実施形態と比べると、高感度撮像素子14の露光中に蛍光強度変化が生じないので、測定精度が向上する。
【００４４】次に図６を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。なおこの図６において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。
【００４５】この図６の装置は、ファイバスコープ内視鏡として構成されたものであり、励起光源10から発せられた励起光３を集光するリレーレンズ30と、集光された励起光３を導く光ファィバからなるライトガイド31とを有している。このライトガイド31は、生体の内部に挿入される可撓性のプローブ32内に収められている。
【００４６】このプローブ32内にはさらに、ライトガイド31の先端から出射した励起光３を拡散させる拡散レンズ33、励起光３の照射を受けて生体組織１内の光感受性物質から発せられた蛍光２を集光する集光レンズ34および、集光された蛍光２を伝搬させるイメージファイバ35が収められている。
【００４７】そして、イメージファイバ35から出射した蛍光２は、励起光カットフィルタ13を通過してから集光レンズ12によって集光される。このようにして、蛍光２による画像が高感度撮像素子14の撮像面に結像され、この蛍光像が高感度撮像素子14によって撮像される。
【００４８】本実施形態において、励起光３の変調および、高感度撮像素子14が出力する画像データの処理は第１実施形態と同様にしてなされ、それにより、高Ｓ／Ｎの蛍光像を再生可能となっている。
【００４９】次に、本発明の第５実施形態について説明する。図７は、本発明の第５の実施形態による蛍光観察装置の概略形状を示すものである。この実施形態の装置は、図１の装置と比較すると、マルチプレクサ19によって振り分けられた画像データＤを１画像分ずつ記憶するフレームメモリがＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8と、１個多く９個設けられている点が異なる。また、励起光３の変調の仕方および、コンピュータ15により制御されて演算回路21が行なう演算処理も、図１の装置におけるものとは異なる。その他の構成は、基本的に図１の装置におけるのと同じである。
【００５０】以下、この蛍光観察装置の作用について説明する。生体組織１には、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質が予め吸収されている。この生体組織１に、励起光源10から発せられた励起光３が照射されると、この励起光３によって励起された光感受性物質から蛍光２が発せられる。なお後に詳述するが、励起光電源11には変調手段を構成するコンピュータ15から変調信号Ｓｍが入力され、蛍光２は強度変調される。
【００５１】集光レンズ12は、この蛍光２による生体組織１の蛍光像を高感度撮像素子14の撮像面上に結像させ、この蛍光像が高感度撮像素子14によって撮像される。なお、生体組織１で反射して集光レンズ12に向かう励起光３は、励起光カットフィルタ13によってカットされる。
【００５２】高感度撮像素子14が出力する時系列の画像データは、ローパスフィルタ17によって不要な高周波成分がカットされた後、Ａ／Ｄ変換器18によってデジタル化される。デジタル化された画像データＤは、マルチプレクサ19によって１枚の画像分のデータ毎に振り分けられて、各々フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8に順次記憶される。なお、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8に記憶された画像データを、それぞれＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ7、Ｄ8と表記する。
【００５３】フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8からそれぞれ読み出された画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ7、Ｄ8は演算回路21に入力され、この演算回路21においてそれらの画像データから、１枚の画像分の画像データＤ’が形成される。この画像データＤ’はディスプレイ23に入力され、そこでこの画像データＤ’に基づいて生体組織１の蛍光像が再生表示される。
【００５４】次に図８および９を参照して、上記画像データＤ’を形成するまでのデータ処理について説明する。図８の（１）は励起光３の強度変調状態を示し、同図（２）は生体組織１のある一点における蛍光２の強度変化例を示している。本例において励起光３の強度Ｉeは、時間ｔを変数とする正弦波Ｉe（t）＝ａ・sin（t）＋ｂを呈するように変調される。なおａ、ｂは定数であり、正弦波周期Ｔ＝１６０ｍｓ（ミリ秒）に設定されている。
【００５５】励起光３がこのように強度変調されていると、その励起によって生じる蛍光２の強度も、図８（２）のように概略正弦波状に変化する。この蛍光強度Ｉの波形は理論的には、ｔを時間、ａ’およびｂ’を定数として、Ｉ（t）＝ａ’・sin（t）＋ｂ’となる。高感度撮像素子14はこの蛍光２による生体組織１の蛍光像を、一定間隔τ＝２０ｍｓで撮像する。図８（２）に示すｔ0、ｔ1、ｔ2……ｔ7、ｔ8は、この撮像の時点を示しており、それらの各時点におけるドットが、測定された蛍光強度を示している。
【００５６】上記の時点ｔ0、ｔ1、ｔ2……ｔ7、ｔ8で撮像された蛍光像を示すデジタル画像データが、前述のようにそれぞれＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ7、Ｄ8としてフレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8に記憶される。なお画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ7、Ｄ8は純粋に蛍光強度のみを示すものではなく、先に述べた背景光やノイズ等の外乱要因が蛍光検出成分に重畳したものとなっている。以下、これらの画像データＤ0〜Ｄ8が示す、時系列ti（ｉ＝0〜8）に対応する蛍光強度実測値をＩti（ｉ＝0〜8）と示す。
【００５７】また、生体組織１の同一位置についてのデータは、互いにフレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8の同一アドレスに格納される。図９はこのことを概略的に示している。つまり、ここでは、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8の各マス目の位置がアドレスに対応しているものとするが、例えば、図中黒く塗りつぶしてある互いに等しいアドレスに、生体組織１の同一位置についてのデータが格納される。
【００５８】蛍光強度実測値Ｉtiは、上述のように外乱要因を含んでいるため、理論曲線Ｉ（t）＝ａ’・sin（t）＋ｂ’に対してランダムにばらつく。しかし、ランダムノイズを含むデータからは、例えば最小２乗法により精度良く回帰曲線が求められることが知られている。本実施形態においては、下記の式ｅ＝Σ［Ｉti−｛ａ・sin（ti）＋ｂ｝］2を最小化するａおよびｂを求めることで回帰曲線が求められる。
【００５９】ａおよびｂは、∂ｅ／∂ａ＝０∂ｅ／∂ｂ＝０より、ａ＝ΣＩti／Σsin(ti)ｂ＝{１／Σsin(ti）}・Σ[Ｉti・sin（ti）-{ΣＩti／sin(t）}・sin2(t)]で求められる。
【００６０】そこで演算回路21において、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2……Ｍ7、Ｍ8に記憶されている画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ2……Ｄ7、Ｄ8から、生体組織１の同一位置についてのデータ毎に（つまり、同一アドレスに格納されていた画像データ毎に）、上記係数ａおよびｂが求められる。ここで係数ａは、観察位置毎すなわち画素毎の蛍光強度の相対値を示しており、その値は蛍光像を示す画像データＤ’としてフレームメモリ22に一旦記憶される。
【００６１】そして、このフレームメモリ22から所定タイミングで読み出された画像データＤ’に基づいて、生体組織１の蛍光像がディスプレイ23に再生表示される。こうして表示される蛍光像は、前述したように背景光やノイズ等の外乱の影響を除いて、高Ｓ／Ｎのものとなる。
【００６２】なお、以上のように回帰曲線に基づいて蛍光強度を求める場合でも、前述した第３実施形態のように励起光源10をパルス駆動させてもよいのは勿論であり、その場合も、高感度撮像素子14の露光中に蛍光強度変化が生じないことから、測定精度が向上する。
【００６３】次に図１０を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。この第６実施形態の装置は、図７の第５実施形態と比べると、マルチプレクサ19によって振り分けられた画像データＤを１画像分ずつ記憶するフレームメモリがＭ0、Ｍ1、Ｍ2と、３個だけ設けられている点が異なる。また、励起光３の変調の仕方および、コンピュータ15により制御されて演算回路21が行なう演算処理も、図７の装置におけるものとは異なる。その他の構成は、基本的に図７の装置におけるのと同じである。
【００６４】以下、この蛍光観察装置の作用について説明する。本装置において、Ａ／Ｄ変換器18によってデジタル化された画像データＤは、マルチプレクサ19によって１枚の画像分のデータ毎に振り分けられて、各々フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2に順次記憶される。なお、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2に記憶された画像データを、それぞれＤ0、Ｄ1、Ｄ2と表記する。
【００６５】フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2からそれぞれ読み出された画像データＤ0、Ｄ1、D2は演算回路21に入力され、この演算回路21においてそれらの画像データから、１枚の画像分の画像データＤ’が形成される。この画像データＤ’はディスプレイ23に入力され、そこでこの画像データＤ’に基づいて生体組織１の蛍光像が再生表示される。
【００６６】次に図１１を参照して、上記画像データＤ’を形成するまでのデータ処理について説明する。図１１の（１）は励起光３の強度変調状態を示し、同図（２）は生体組織１のある一点における蛍光２の強度変化例を示している。本例において励起光３の強度Ｉeは、時間ｔを変数とする鋸波Ｉe（t）＝ａ・ｔ＋ｂを呈するように変調される。なおａ、ｂは定数であり、鋸波周期Ｔ＝９０ｍｓ（ミリ秒）に設定されている。
【００６７】励起光３がこのように強度変調されると、その励起によって生じる蛍光２の強度も、図１１（２）のように概略鋸波状に変化する。この蛍光強度Ｉの波形は理論的には、ｔを時間、ａ’およびｂ’を定数として、Ｉ（t）＝ａ’・ｔ＋ｂ’となる。高感度撮像素子14はこの蛍光２による生体組織１の蛍光像を、一定間隔τ＝３０ｍｓで撮像する。図１１（２）に示すｔ0、ｔ1、ｔ2は、この撮像の時点を示しており、それらの各時点におけるドットが、測定された蛍光強度を示している。
【００６８】上記の時点ｔ0、ｔ1、ｔ2で撮像された蛍光像を示すデジタル画像データが、前述のようにそれぞれＤ0、Ｄ1、Ｄ2としてフレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2に記憶される。なお画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ2は純粋に蛍光強度のみを示すものではなく、先に述べた背景光やノイズ等の外乱要因が蛍光検出成分に重畳したものとなっている。以下、これらの画像データＤ0〜Ｄ2が示す、時系列ti（ｉ＝0〜2）に対応する蛍光強度実測値をＩti（ｉ＝0〜2）と示す。
【００６９】また、生体組織１の同一位置についてのデータは、互いにフレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2の同一アドレスに格納される。
【００７０】蛍光強度実測値Ｉtiは、上述のように外乱要因を含んでいるため、理論曲線Ｉ（t）＝ａ’・ｔ＋ｂ’に対してランダムにばらつく。しかしこの場合も、例えば最小２乗法により精度良く回帰曲線が求められる。本実施形態においては、下記の式ｅ＝Σ｛Ｉti−（ａ・ｔ＋ｂ）｝2を最小化するａおよびｂを求めることで回帰曲線が求められる。
【００７１】ａおよびｂは、∂ｅ／∂ａ＝０∂ｅ／∂ｂ＝０より、ａ＝{ｎ・Σ(ti・Ｉti)-Σti・ΣＩti}／{ｎ・Σti2-(Σti)2}ｂ＝{ΣＩti・Σti2-Σti・Σ(ti・Ｉti)}／{ｎ・Σti2-(Σti)2}で求められる。
【００７２】そこで演算回路21において、フレームメモリＭ0、Ｍ1、Ｍ2に記憶されている画像データＤ0、Ｄ1、Ｄ2から、生体組織１の同一位置についてのデータ毎に（つまり、同一アドレスに格納されていた画像データ毎に）、上記係数ａおよびｂが求められる。ここで係数ａは、観察位置毎すなわち画素毎の蛍光強度の相対値を示しており、その値は蛍光像を示す画像データＤ’としてフレームメモリ22に一旦記憶される。
【００７３】そして、このフレームメモリ22から所定タイミングで読み出された画像データＤ’に基づいて、生体組織１の蛍光像がディスプレイ23に再生表示される。こうして表示される蛍光像は、前述したように背景光やノイズ等の外乱の影響を除いて、高Ｓ／Ｎのものとなる。
【００７４】次に図１２を参照して、本発明の第７実施形態について説明する。この第７実施形態の装置は、基本的な構成は第６実施形態と同様であって、励起光源10の駆動の仕方が異なるものである。図１２の（１）は励起光３の強度変調状態を示し、同図（２）は生体組織１のある一点における蛍光２の強度変化例を示している。
【００７５】すなわち本実施形態では、励起光３をパルス状に発するように励起光源10を間歇駆動し、励起光３が発せられているときのみ高感度撮像素子14を撮像動作させる。
【００７６】このように励起光源10をパルス駆動させると、蛍光２の強度も鋸波形を呈するようになる。この場合は、第６実施形態と比べると、高感度撮像素子14の露光中に蛍光強度変化が生じないので、測定精度が向上する。
【００７７】次に図１３を参照して、本発明の第８実施形態について説明する。この第８実施形態の装置は、図６に示した第４実施形態装置と同様にファイバスコープ内視鏡として構成されたものである。そしてこの場合、図１０の第６実施形態と同様にして励起光３が変調されるとともに、回帰曲線に基づいて画素毎の蛍光強度が求められる。
【００７８】次に図１４〜１６を参照して、本発明の第９実施形態について説明する。図１４は、この第９実施形態装置の概略形状を示している。図示されるようにこの装置は、図１３の第８実施形態と比較すると、集光レンズ12と高感度撮像素子14との間に回転フィルタ50が設けられている点が異なるものである。
【００７９】図１５は上記回転フィルタ50を詳しく示すものである。そこに示されるように回転フィルタ50は、透過率１００％の透明板50ａと、透過率８０％のＮＤフィルタ50ｂと、透過率６０％のＮＤフィルタ50ｃとから構成されている。そしてこの回転フィルタ50は駆動手段51によって間歇的に回転され、高感度撮像素子14に入射する蛍光２の光路に上記透明板50ａ、ＮＤフィルタ50ｂ、ＮＤフィルタ50ｃのいずれかが順次挿入されるようになっている。また励起光源10は、回転フィルタ50の間歇回転と同期させて、一定強度の励起光３をパルス状に発するように駆動される。
【００８０】上述のように回転フィルタ50を間歇回転させると、高感度撮像素子14に入射する蛍光２が強度変調される。図１６（１）は励起光３の強度を示し、また同図（２）は蛍光２の強度変化例を示している。図示の通りこの場合も、高感度撮像素子14によって検出される蛍光強度は、図１１に示した第６実施形態の場合と同じような特性で変化する。
【００８１】なお、以上の説明から分かるように、第６実施形態の場合は生体組織１から発せられる蛍光２そのものが変調されるのに対し、この第８実施形態の場合、生体組織１から発せられる蛍光２そのものは変調されないという相違がある。
【００８２】しかしこの第８実施形態の場合も、第６実施形態と同様に例えば最小２乗法によって回帰曲線の係数ａおよびｂを求め、画素毎の蛍光強度の相対値を示している係数ａを画像データＤ’として画像再生することにより、高Ｓ／Ｎの蛍光像が再生されるようになる。
【００８３】以上のように高感度撮像素子14に入射する蛍光２を変調させる場合、蛍光２に連続的に混入して検出される背景光等の影響は除去できないが、ランダムな外乱要因の影響を除去することができる。
【００８４】なお、内視鏡の先端部に撮像素子を組み込んでなるいわゆる電子内視鏡が従来から知られているが、本発明は、その種の電子内視鏡に適用することも勿論可能である。
【００８５】また、本発明による蛍光観察装置は、光感受性物質を用いる蛍光診断のみならず、生体内在性の蛍光物質に着目した蛍光診断にも使用可能であることは、言うまでもない。
【出願人】 【識別番号】０００００５２０１
【氏名又は名称】富士写真フイルム株式会社
【出願日】 平成１１年１月２５日（１９９９．１．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００７３１８４
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−２１０２４６（Ｐ２０００−２１０２４６Ａ）
【公開日】 平成１２年８月２日（２０００．８．２）
【出願番号】 特願平１１−１５９７８