| 【発明の名称】 |
生体組織用蛍光観測装置および内視鏡システム |
| 【発明者】 |
【氏名】長谷川 晃
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| 【要約】 |
【課題】生体組織に散布される蛍光色素が局在化しても精度よく正常組織と異常組織とを識別する。
【構成】生体組織中の正常組織と異常組織とを選択的に染色する第１の蛍光色素と、該第１の蛍光色素とは蛍光波長または吸収波長が異なりかつ第１の蛍光色素に対する濃度比および生体組織への吸収率の比が既知である第２の蛍光色素とが付着または吸収された生体組織に対して、第１の蛍光色素および第２の蛍光色素を同時にまたは時分割に励起する励起光を照射する励起光光学系９と、該励起光光学系９からの励起光によって励起された第１の蛍光色素からの蛍光を検出するのに先立って、第２の蛍光色素からの蛍光を少なくとも１回検出する蛍光検出部３と、該蛍光検出部３により検出された第２の蛍光色素からの蛍光の情報に基づいて、蛍光検出部３により検出された第１の蛍光色素からの蛍光の情報を補償する補償処理部１８とを備える生体組織用蛍光観測装置を提供する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織中の正常組織と異常組織とを選択的に染色する第１の蛍光色素と、該第１の蛍光色素とは蛍光波長または吸収波長が異なりかつ前記第１の蛍光色素に対する濃度比および前記生体組織への吸収率の比が既知である第２の蛍光色素とが付着または吸収された生体組織に対して、前記第１の蛍光色素および第２の蛍光色素を同時にまたは時分割に励起する励起光を照射する励起光光学系と、
該励起光光学系からの前記励起光によって励起された前記第１の蛍光色素からの蛍光を検出するのに先立って、前記第２の蛍光色素からの蛍光を少なくとも１回検出する蛍光検出部と、
該蛍光検出部により検出された前記第２の蛍光色素からの蛍光の情報に基づいて、前記蛍光検出部により検出された前記第１の蛍光色素からの蛍光の情報を補償する補償処理部とを備える生体組織用蛍光観測装置。
【請求項２】
前記第１の蛍光色素と第２の蛍光色素とがペプチド鎖等の接続手段により接続されている請求項１に記載の生体組織用蛍光観測装置。
【請求項３】
前記第１の蛍光色素と第２の蛍光色素とが同一の励起光により励起される請求項１に記載の生体組織用蛍光観測装置。
【請求項４】
前記第１の蛍光色素と第２の蛍光色素とがＦＲＥＴ型蛍光プローブを構成している請求項１に記載の生体組織用蛍光観測装置。
【請求項５】
前記第１の蛍光色素の蛍光波長が、第２の蛍光色素の蛍光波長より短波長である請求項１に記載の生体組織用蛍光観測装置。
【請求項６】
前記第２の蛍光色素の蛍光波長が６００ｎｍ以上の波長帯を含む請求項５に記載の生体組織用蛍光観測装置。
【請求項７】
請求項１に記載の生体組織用蛍光観測装置を備える内視鏡システム。
【請求項８】
前記第１の蛍光色素および第２の蛍光色素を先端から吐出する吐出機構を備える請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記蛍光検出部が、第１の蛍光色素からの蛍光と第２の蛍光色素からの蛍光とを分光するエタロン型の分光素子を備える請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
制御部と、蛍光画像を記憶する画像記憶部とを備え、
該制御部が、前記吐出機構により蛍光色素を吐出する前に、前記励起光光学系および前記蛍光検出部を作動させ、取得された自家蛍光画像を前記画像記憶部に記憶させる請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
制御部と、組織内の血液量を反映する分光波長帯域での画像を記憶する画像記憶部とを備え、
前記制御部が、前記吐出機構により蛍光色素を吐出する前に、前記画像記憶部に血液量を反映する画像を記憶させる請求項７に記載の内視鏡システム。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体色素用蛍光観測装置および内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、癌においては、ある種のタンパク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ているタンパクの分子を光らせることで癌を診断することや、この蛍光を内視鏡的に観察することで癌を内視鏡的に識別する手法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６−２７１１０号公報
【特許文献２】特開平１０ー２０１７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、生体組織に対して、蛍光プローブを散布する場合に、蛍光プローブを均一な濃度分布で拡散することは困難である。特に、生体組織は平坦ではなく、起伏が存在するため、蛍光プローブが局在化し易い。その結果、蛍光プローブの局在性による蛍光の強度分布が発生し、蛍光の強度分布のみでは癌を精度よく識別することができないという問題がある。
【０００４】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体組織に散布される蛍光色素が局在化しても精度よく正常組織と異常組織とを識別することができる生体組織用蛍光観測装置および内視鏡システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、生体組織中の正常組織と異常組織とを選択的に染色する第１の蛍光色素と、該第１の蛍光色素とは蛍光波長または吸収波長が異なりかつ前記第１の蛍光色素に対する濃度比および前記生体組織への吸収率の比が既知である第２の蛍光色素とが付着または吸収された生体組織に対して、前記第１の蛍光色素および第２の蛍光色素を同時にまたは時分割に励起する励起光を照射する励起光光学系と、該励起光光学系からの前記励起光によって励起された前記第１の蛍光色素からの蛍光を検出するのに先立って、前記第２の蛍光色素からの蛍光を少なくとも１回検出する蛍光検出部と、該蛍光検出部により検出された前記第２の蛍光色素からの蛍光の情報に基づいて、前記蛍光検出部により検出された前記第１の蛍光色素からの蛍光の情報を補償する補償処理部とを備える生体組織用蛍光観測装置を提供する。
【０００６】
上記発明においては、前記第１の蛍光色素と第２の蛍光色素とがペプチド鎖等の接続手段により接続されていることが好ましい。
また、上記発明においては、前記第１の蛍光色素と第２の蛍光色素とが同一の励起光により励起されることが好ましい。
【０００７】
また、上記発明においては、前記第１の蛍光色素と第２の蛍光色素とがＦＲＥＴ型蛍光プローブを構成していることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１の蛍光色素の蛍光波長が、第２の蛍光色素の蛍光波長より短波長であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第２の蛍光色素の蛍光長が６００ｎｍ以上の波長帯を含むこととしてもよい。
【０００８】
また、本発明は、上記生体組織用蛍光観測装置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、前記第１の蛍光色素および第２の蛍光色素を先端から吐出する吐出機構を備えることとしてもよい。
【０００９】
また、上記発明においては、前記蛍光検出部が、第１の蛍光色素からの蛍光と第２の蛍光色素からの蛍光とを分光するエタロン型の分光素子を備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、制御部と、蛍光画像を記憶する画像記憶部とを備え、該制御部が、前記吐出機構により蛍光色素を吐出する前に、前記励起光光学系および前記蛍光検出部を作動させ、取得された自家蛍光画像を前記画像記憶部に記憶させることとしてもよい。
【００１０】
また、上記発明においては、制御部と、組織内の血液量を反映する分光波長帯域での画像を記憶する画像記憶部とを備え、前記制御部が、前記吐出機構により蛍光色素を吐出する前に、前記画像記憶部に血液量を反映する画像を記憶させることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生体組織に散布される蛍光色素が局在化しても精度よく正常組織と異常組織とを識別することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る生体用蛍光観測装置およびこれを備える内視鏡システム１について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態に係る生体組織用蛍光観測装置は、図１に示される内視鏡システム１に備えられている。
【００１３】
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３と、複数種の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（吐出機構）２０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２０を制御する制御ユニット５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６とを備えている。
また、本実施形態に係る生体用蛍光観測装置は、上記撮像ユニット３、光源ユニット４、制御ユニット５および表示ユニット６により構成されている。
【００１４】
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７とを備えている。
前記光源ユニット４は、体腔内の撮影対象Ａを照明し、撮影対象Ａ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８と、体腔内の撮影対象Ａに照射され、撮影対象Ａ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励起光を発する励起光用光源９と、これらの光源８，９を制御する光源制御回路１０とを備えている。
【００１５】
前記照明光用光源８は、例えば、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４１０〜４３０ｎｍ、４２０〜４７０ｎｍ、５００〜５８０ｎｍおよび５７０〜６５０ｎｍである。すなわち、照明光用光源８は、波長帯域４１０〜４３０ｎｍの照明光、波長帯域４２０〜４７０ｎｍの青色照明光、波長帯域５００〜５８０ｎｍの緑色照明光および波長帯域５７０〜６５０ｎｍの赤色照明光を射出することができるようになっている。
【００１６】
前記励起光用光源９は、例えば、ピーク波長４９０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザ（または４８８±５ｎｍの励起光を出射するアルゴンレーザ）である。この波長の励起光は、フルオレセイン骨格を有する第１の蛍光色素およびポルフェリンからなる第２の蛍光色素を励起することができる。
【００１７】
蛍光プローブとしては、第１の蛍光色素と第２の蛍光色素とを、例えば、ペプチド鎖によって接続したものを使用する。ポルフェリンからなる第２の蛍光色素は、励起光の照射により６５０ｎｍ近傍にピークを有する蛍光を発生する一方、フルオレセイン骨格を有する第１の蛍光色素は、単に励起光の照射のみでは蛍光を発しない。しかし、第１の蛍光色素は、腫瘍等の異常組織における非特異的エステラーゼによって加水分解を受けた後には、励起光の照射によって５３０ｎｍ近傍にピークを有する蛍光を発生する。
【００１８】
前記光源制御回路１０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８と励起光用光源９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、図２に示されるように、撮影対象Ａから入射される光を集光する撮像光学系１１と、撮影対象Ａ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１２と、制御ユニット５の作動により分光特性を変化させられる可変分光素子１３と、撮像光学系１１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。
【００１９】
前記可変分光素子１３は、平行間隔を空けて配置され対向面に反射膜が設けられた２枚の平板状の光学部材１３ａ，１３ｂと、該光学部材１３ａ，１３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ１３ｃとを備えるエタロン型の光学フィルタである。アクチュエータ１３ｃは、例えば、圧電素子である。この可変分光素子１３は、アクチュエータ１３ｃの作動により光学部材１３ａ，１３ｂの間隔寸法を変化させることで、その透過する光の波長帯域を変化させることができるようになっている。
【００２０】
さらに具体的には、可変分光素子１３は、図３に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１３の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１３の状態に応じて透過率特性が変化するようになっている。
【００２１】
本実施形態において、可変分光素子１３は、赤色の波長帯域（例えば、６１０〜６５０ｎｍ）に可変透過帯域を備えている。そして、可変分光素子１３は、制御ユニット５からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。
【００２２】
第１の状態は、可変透過帯域での透過率を第２の状態と比較して十分に低下させ、赤色の波長帯域の光の通過を遮断するようになっている。
第２の状態は、可変透過帯域の透過率を５０％以上に増大させ、赤色の波長帯域の光の通過を許容するようになっている。
【００２３】
固定透過帯域は、４００〜５６０ｎｍの範囲に配置され、例えば、透過率６０％以上に固定されている。これにより、４１０〜４３０ｎｍの照明光に対する反射光、青色、緑色の照明光に対する反射光、および、第１の蛍光色素からの蛍光を透過させることができるようになっている。
【００２４】
したがって、可変分光素子１３は、第１の状態に配されているときには、固定透過帯域を通過可能を通過可能な、波長帯域４１０〜４３０ｎｍの照明光、青色および緑色の照明光に対する反射光、および第１の蛍光色素からの蛍光を通過させることができる。また、可変分光素子１３が、第２の状態に配されているときには、第１の状態に加えて、赤色の照明光に対する反射光、および第２の蛍光色素からの蛍光を通過させることができる。
【００２５】
また、前記励起光カットフィルタ１２は、４００〜４６０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、４８０〜５００ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、５２０〜７５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上の透過率特性を有している。
【００２６】
前記制御ユニット５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、可変分光素子１３を駆動制御する可変分光素子制御回路１６と、後述するバルブ制御回路２５と、撮像素子１４により取得された画像情報を記憶する画像記憶部１７と、該画像記憶部１７に記憶された画像情報を処理して表示ユニット６に出力する画像処理回路１８とを備えている。
【００２７】
画像記憶部１７は、図４に示されるように、第１の記憶部１７Ａと第２の記憶部１７Ｂと、撮像素子１４から出力される画像情報の入力先を第１の記憶部１７Ａまたは第２の記憶部１７Ｂに切り替えるスイッチ１７Ｃとを備えている、第１の記憶部１７Ａは、蛍光画像情報を記憶する複数のフレームメモリ１７ａ〜１７ｄおよび血液量を反映した画像情報を記憶するフレームメモリ１７ｅを備え、第２の記憶部１７Ｂは、白色観察画像情報を記憶する複数のフレームメモリ１７ｆ〜１７ｈを備えている。
【００２８】
第１の記憶部１７Ａのフレームメモリ１７ａには、蛍光プローブを散布する前に励起光を照射し、可変分光素子１３を第１の状態として取得した自家蛍光画像情報Ｇａが記憶されるようになっている。
蛍光プローブの散布前の薬剤蛍光が発生しない状態で取得されたこの自家蛍光画像情報Ｇａは、第１の蛍光色素のみからの薬剤蛍光を透過させる第１の状態で取得されているので、第１の蛍光色素のみからの薬剤蛍光を含む蛍光画像のバックグラウンド画像となる。
【００２９】
また、フレームメモリ１７ｂには、蛍光プローブを散布する前に励起光を照射し、可変分光素子１３を第２の状態として取得した自家蛍光画像情報Ｇｂが記憶されるようになっている。
この自家蛍光画像情報Ｇｂは、第１および第２の蛍光色素からの薬剤蛍光を全て透過させる第２の状態で取得されているので、両蛍光色素からの薬剤蛍光を含む蛍光画像のバックグラウンド画像となる。
【００３０】
また、フレームメモリ１７ｃには、蛍光プローブを散布した後に励起光を照射し、可変分光素子１３を第１の状態として取得した蛍光画像情報Ｇｃが記憶されるようになっている。この蛍光画像情報Ｇｃは、第１の蛍光色素のみからの薬剤蛍光および自家蛍光を撮影して得られた蛍光画像情報となる。
【００３１】
また、フレームメモリ１７ｄには、蛍光プローブを散布した後に励起光を照射し、可変分光素子１３を第２の状態として取得した蛍光画像情報Ｇｄが記憶されるようになっている。この蛍光画像情報Ｇｄは、第１および第２の蛍光色素からの薬剤蛍光および自家蛍光を撮影して得られた蛍光画像情報となる。
【００３２】
また、フレームメモリ１７ｅには、可変分光素子１３を第２の状態とし、波長４１０〜４３０ｎｍの照明光を照射して取得した反射光画像Ｇｅが記憶されるようになっている。
この照明光の波長帯域４１０〜４３０ｎｍには、ヘモグロビンの吸収帯域が含まれているので、その反射光を撮像することにより、生体組織の表面に比較的近い血管の構造等、血液量を反映した画像情報を取得することができる。
【００３３】
また、第２の記憶部１７Ｂのフレームメモリ１７ｆ〜１７ｈには、図５に示されるように、可変分光素子１３を第２の状態とし、白色観察用の反射光画像の内、青色光、緑色光および赤色光をそれぞれ照射して得られた反射光画像情報がそれぞれ記憶されるようになっている。
【００３４】
撮像素子駆動回路１５および可変分光素子制御回路１６は、前記光源制御回路１０に接続され、光源制御回路１０による照明光用光源８および励起光用光源９の切り替えに同期して可変分光素子１３および撮像素子１４を駆動制御するようになっている。
具体的には、図６のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１０の作動により、励起光用光源９から励起光または波長帯域４１０〜４３０ｎｍの照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第１の状態および第２の状態を切り替えるとともに、スイッチ１７Ｃが第１の記憶部１７Ａ側に切り替えられて、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の記憶部１７Ａに出力させるようになっている。
【００３５】
また、光源制御回路１０の作動により、照明光用光源８から白色観察用の照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第２の状態とするとともに、スイッチ１７Ｃが第２の記憶部１７Ｂ側に切り替えられて、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の記憶部１７Ｂに出力するようになっている。
【００３６】
また、前記画像処理回路１８は、白色観察の場合には、青色、緑色および赤色の照明光の照射により得られる反射光画像情報を第２の記憶部１７Ｂの各フレームメモリ１７ｆ〜１７ｈから受け取って表示ユニット６のＲ，Ｇ，Ｂの３つのチャネルに出力するようになっている。
また、画像処理回路１８は、蛍光観察の場合には、励起光の照射により得られる蛍光画像情報を第１の記憶部１７Ａから受け取って、以下の画像間演算処理を施すようになっている。
【００３７】
Ｇ１＝Ｇｃ−Ｇａ
Ｇ２＝Ｇｄ−Ｇｂ
Ｇ３＝Ｇ２−Ｇ１
Ｇ４＝Ｇ１／Ｇ３
【００３８】
算出された蛍光画像情報Ｇ１は、第１の蛍光色素の蛍光画像Ｇｃからそのバックグラウンドである自家蛍光画像Ｇａを除去したものであり、第１の蛍光色素のみの蛍光強度を示している。
蛍光画像情報Ｇ２は、第１および第２の蛍光色素の蛍光画像Ｇｄからそのバックグラウンドである自家蛍光画像Ｇｂを除去したものであり、第１および第２の蛍光色素の蛍光強度を示している。
【００３９】
蛍光画像情報Ｇ３は、蛍光画像情報Ｇ２から蛍光画像情報Ｇ１を除去したものであり、第２の蛍光色素のみの蛍光強度を示している。
蛍光画像情報Ｇ４は、蛍光画像情報Ｇ１を蛍光画像情報Ｇ３で除したものであり、第１の蛍光色素の蛍光強度を、第２の蛍光色素の蛍光強度により規格化している。
そして、画像処理回路１８は、例えば、励起光の照射により得られる上記蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４を、それぞれ表示ユニット６のＲ，Ｇ，Ｂの３つのチャネルに出力するようになっている。
【００４０】
本実施形態においては、第２の蛍光波長帯は血液の吸収の影響を受けにくい長波長側に存在する。しかし、第１の励起光の蛍光波長帯は血液の吸収を強くうける領域に存在している。一般に腫瘍や癌では正常組織よりも血液が増加しており、この吸収を考慮しないと定量性が失われる。
そこで、本実施形態では、粘膜表面での血流を特に強く反映する事が可能な４１０ｎｍ〜４３０ｎｍの反射光画像であるＧｅ画像を用いて、上述の蛍光画像情報Ｇ１を規格化しておく。
すなわち、
Ｇ１＝（Ｇｃ−Ｇａ）／Ｇｅ
としておけば、血液による吸収の影響を補正することができる。
【００４１】
前記送液ユニット２０は、蛍光プローブ液を貯留するタンク２１と、該タンク２１からの液体を供給／停止するバルブ２２と、該バルブ２２に接続され、前記挿入部２に沿って、先端２ａまで供給する送液チューブ２３と、前記制御ユニット５内に配置され、前記バルブ２２を制御するバルブ制御回路２５とを備えている。送液チューブ２３は、その先端を挿入部２の先端２ａに配置され、送られてきた蛍光プローブを撮影対象Ａ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２３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。
【００４２】
バルブ制御回路２５は、図６に示されるように、薬剤蛍光画像取得のための励起光用光源９の起動前の白色光観察中に、所定時間にわたってタンク２１内に貯留されている蛍光プローブ液を散布させるようバルブ２２を制御するようになっている。
また、バルブ制御回路２５は、蛍光プローブ液を散布した後、バルブ２２をオフ状態に切り替えるようになっている。
【００４３】
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、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、まず、挿入部２を体腔内に挿入し、その先端２ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４および制御ユニット５を作動させ、光源制御回路１０の作動により、励起光用光源９を作動させて励起光を発生させる。
【００４４】
このとき、制御ユニット５の可変分光素子制御回路１６の作動により、可変分光素子１３を、まず、第１の状態とし、次いで、所定時間経過後、第２の状態に切り替える。
光源ユニット４において発生した励起光は、ライトガイド７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から撮影対象Ａに向けて照射される。
励起光が撮影対象Ａに照射されると、撮影対象Ａに生来存在している自家蛍光物質が励起されて自家蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた自家蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１１により集光され励起光カットフィルタ１２を透過し可変分光素子１３に入射される。
【００４５】
可変分光素子１３が、第１の状態に切り替えられている期間は、固定透過帯域の光のみが透過可能となっているので、固定波長帯域の自家蛍光のみが可変分光素子１３を透過して撮像ユニット３により撮影される。そして、撮像素子１４により取得された蛍光画像情報Ｇａは、第１の記憶部１７Ａのフレームメモリ１７ａに記憶される。この場合に、撮影対象Ａに照射された励起光の一部が、撮影対象Ａ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１２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。
【００４６】
一方、可変分光素子１３が、第２の状態に切り替えられた状態では、固定透過帯域のみならず可変透過帯域の光も透過可能となるので、固定波長帯域および可動波長帯域の自家蛍光が可変分光素子１３を透過して撮像ユニット３により撮影される。そして、撮像素子１４により取得された蛍光画像情報Ｇｂは、第１の記憶部１７Ａのフレームメモリ１７ｂに記憶される。
【００４７】
その後、光源制御回路１０により励起光用光源９が停止され照明光用光源８が起動されて白色観察用の照明光が照射されるとともに、バルブ制御回路２５の作動によりバルブ２１が開放されて、蛍光プローブ液が散布される。このとき、撮像ユニット３により取得された反射光画像情報が第２の記憶部１７Ｂの各フレームメモリ１７ｆ〜１７ｈに入力され、表示ユニット６のＲ，Ｇ，Ｂの３つのチャネルに出力され表示される。
【００４８】
この後に、光源制御回路１０により、照明光用光源８から励起光用光源９に再度切り替えられ、まず、可変分光素子制御回路１６により可変分光素子１３を第１の状態に切り替えて、第１の蛍光色素による蛍光画像情報Ｇｃを取得し、次いで、可変分光素子を第２の状態に切り替えて、第１および第２の蛍光色素による蛍光画像情報Ｇｄを取得する。
【００４９】
そして、画像処理回路１８は、励起光の照射により得られた蛍光画像情報Ｇａ〜Ｇｄを第１の記憶部１７Ａから受け取って、画像処理を施し、蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４を算出し、表示ユニット６のＲ，Ｇ，Ｂチャネルにそれぞれ出力する。これにより、蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４が、それぞれ表示ユニット６に表示される。
【００５０】
この場合において、本実施形態によれば、蛍光画像情報Ｇ１が、第１の蛍光色素からの蛍光画像情報Ｇａから、固定透過帯域を通過した自家蛍光画像情報Ｇｃを除去することにより算出されている。したがって、自家蛍光に影響を受けない第１の蛍光色素のみによる蛍光画像情報Ｇ１を観察することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、蛍光画像情報Ｇ３が、第１および第２の蛍光色素からの蛍光画像情報Ｇｂから、固定透過帯域および可変透過帯域を通過した自家蛍光画像情報Ｇｄを除去し、さらに、第１の蛍光色素のみによる蛍光画像Ｇ１を除去することにより算出されている。したがって、自家蛍光に影響を受けない第２の蛍光色素のみによる蛍光画像情報Ｇ３を観察することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態によれば、蛍光プローブとして、フルオレセイン骨格を有する第１の蛍光色素と、ポルフェリンからなる第２の蛍光色素とを、ペプチド鎖により１：１の濃度比に結合したものを使用しているので、第１の蛍光色素からの蛍光画像情報Ｇ１を、第２の蛍光色素からの蛍光画像情報Ｇ３を用いて補償した蛍光画像情報Ｇ４を得ることができる。
【００５３】
すなわち、第１の蛍光色素は、生体組織内の異常組織、例えば腫瘍部分における非特異的エステラーゼによって加水分解反応を受け、励起光の照射により、強い蛍光を発するようになる。一方、第２の蛍光色素は生体組織内の組織の如何に関わらず、励起光の照射により蛍光を発するようになる。
【００５４】
したがって、第２の蛍光色素からの蛍光画像情報Ｇ３は、第２の蛍光色素の局在性を示す情報となり、濃度比１：１で結合されている第１の蛍光色素の局在性を示す情報となる。その結果、第１の蛍光色素からの蛍光画像情報Ｇ１を、第２の蛍光色素からの蛍光画像情報Ｇ３で除算することにより、蛍光色素の局在性を補償した蛍光画像情報Ｇ４を得ることができる。
すなわち、本実施形態に係る生体用蛍光観測装置および内視鏡システム１によれば、生体組織に散布される蛍光色素が局在化しても、精度よく正常組織と異常組織とを識別することができるという利点がある。
【００５５】
なお、本実施形態においては、光源制御回路１０の作動により励起光と反射光とを逐次切り替えて、蛍光観察と白色観察とを行うこととし、蛍光観察においてはその都度取得した蛍光画像情報Ｇａ〜Ｇｄに基づいて、補正された蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４を算出することとした。これに代えて、局在性を補償するための蛍光画像情報Ｇ３については、蛍光プローブを散布した直後に励起光を照射して取得した蛍光画像情報Ｇａ〜Ｇｄ、あるいは該蛍光画像情報Ｇａ〜Ｇｄを用いて算出した蛍光画像情報Ｇ３を記憶しておき、その記憶された蛍光画像情報Ｇａ〜Ｇｄ，Ｇ３を以後の蛍光画像情報Ｇ４の算出に用いることとしてもよい。
このようにすることで、第２の蛍光色素からの蛍光が褪色や波長変化によって変化しても、第１の蛍光色素の局在性を補償して、異常組織を精度よく検出することができるという利点がある。
【００５６】
また、本実施形態においては、フルオレセイン骨格を有する第１の蛍光色素と、ポルフェリンからなる第２の蛍光色素とをペプチド鎖によって連結した蛍光プローブを用いることとしたが、これに代えて、蛍光波長または吸収波長が異なりかつ濃度比および生体組織への吸収率の比が既知である任意の２つの蛍光色素を混合した蛍光プローブを使用することとしてもよい。
【００５７】
また、本実施形態においては、上記のようにして算出した蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４を表示することとしたが、取得した画像をリアルタイムに観察したい場合には、画像間演算処理を行うことなく、単純に表示ユニット６のＲ，Ｇ，Ｂチャネルに対し、蛍光画像情報Ｇｃ，Ｇｄ，Ｇｅを出力することとしてもよい。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る生体用蛍光観測装置および内視鏡システムについて、図７および図８を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態に係る生体用蛍光観測装置および内視鏡システムの説明において、上述した第１の実施形態に係る生体用蛍光観測装置および内視鏡システム１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本実施形態に係る内視鏡システムは、使用する蛍光プローブが相違し、それに伴って、励起光用光源９、撮像ユニット３の各部材の透過率特性および制御ユニット５による制御の方法が相違している。
本実施形態においては、蛍光プローブとして、Ｃｙ５．５（Amersham社製）をドナーとし、Ｃｙ７（Amersham社製）をアクセプターとするＦＲＥＴ型蛍光プローブを採用している。
【００６０】
この蛍光プローブは、生体組織への散布直後に、６６０ｎｍの励起光を照射すると、蛍光共鳴エネルギ移動（ＦＲＥＴ）により、ドナーであるＣｙ５．５（第１の蛍光色素）は蛍光を発せず、Ｃｙ７（第２の蛍光色素）のみが蛍光を発するようになっている。そして、目的とする酵素（例えば、エステラーゼ等）の働きで２つの蛍光色素の連結が切断されると、蛍光共鳴エネルギの移動がなくなり、アクセプターであるＣｙ７の蛍光が消滅し、ドナーであるＣｙ５．５から蛍光が発せられ始めるようになっている。
【００６１】
励起光用光源９は、例えば、ピーク波長６６０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光により、第１の蛍光色素および第２の蛍光色素を含む蛍光プローブを励起することができる。
可変分光素子１３は、図７に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１３の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１３の状態に応じて透過帯域が変化するようになっている。
【００６２】
本実施形態において、可変分光素子１３は、制御ユニット５からの制御信号に応じて２つの状態に可変透過帯域を移動させるようになっている。
すなわち、第１の状態は、第１の蛍光色素からの蛍光の波長帯域（例えば、６８５〜７１５ｎｍ）に可変透過帯域が一致する状態である。これにより第１の蛍光色素からの蛍光を透過させることができる。
また、第２の状態は、第２の蛍光色素からの蛍光の波長帯域（例えば、７２０〜７６０ｎｍ）に可変透過帯域が一致する状態である。これにより、第２の蛍光色素からの蛍光を透過させることができる。
【００６３】
固定透過帯域は、例えば、４００〜６５０ｎｍの範囲に配置され、透過率６０％以上に固定されている。
また、固定透過帯域は、短波長側の自家蛍光の波長および照明光に対する反射光の波長を含む波長帯域に位置し、上記第１および第２の状態のいずれの場合においても短波長側の自家蛍光および反射光を撮像素子１４に向けて透過させることができるようになっている。
【００６４】
また、前記励起光カットフィルタ１２は、４００〜６４０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、６５０−６７０ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、６８０〜７５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上の透過率特性を有している。
【００６５】
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を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、まず、挿入部２を体腔内に挿入し、その先端２ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４および制御ユニット５を作動させ、光源制御回路１０の作動により、励起光用光源９を作動させて励起光を発生させる。
【００６６】
このとき、制御ユニット５の可変分光素子制御回路１６の作動により、可変分光素子１３を、まず、第１の状態とし、次いで、所定時間経過後、第２の状態に切り替える。これにより、自家蛍光補償用の２種類の自家蛍光画像情報Ｇａ，Ｇｂを取得する点については、第１の実施形態と同様である。
【００６７】
本実施形態においては、その後、光源制御回路１０により励起光用光源９が停止され照明光用光源８が起動されて波長帯域４１０〜４３０ｎｍの照明光が照射され、血液量を反映した反射光画像情報Ｇｅが取得され、フレームメモリ１７ｅに記憶される。
さらに、その後、光源制御回路１０により照明光用光源８が起動されて白色観察用の照明光が照射され、バルブ制御回路２５の作動によりバルブ２１が開放されて、蛍光プローブ液が散布される。このとき、撮像ユニット３により取得された反射光画像情報が第２の記憶部１７Ｂの各フレームメモリ１７ｆ〜１７ｈに入力され、表示ユニット６のＲ，Ｇ，Ｂの３つのチャネルに出力され表示される。
【００６８】
本実施形態においては、生体組織に対して蛍光プローブが散布された直後に、光源制御回路１０の作動により、照明光用光源８から励起光用光源９に再度切り替えられ、可変分光素子１３を第２の状態のままにして、第１および第２の蛍光色素による蛍光画像情報Ｇｄが取得される。次いで、可変分光素子制御回路１６により可変分光素子１３が第１の状態に切り替えられて、第１の蛍光色素による蛍光画像情報Ｇｃが取得される。
【００６９】
その後、画像処理回路１８が、得られた蛍光画像情報Ｇａ〜Ｇｄを画像処理し、蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４を算出し、表示ユニット６のＲ，Ｇ，Ｂチャネルにそれぞれ出力することにより、蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４が、それぞれ表示ユニット６に表示されるのは第１の実施形態と同様である。
【００７０】
本実施形態によれば、蛍光プローブの散布前に、自家蛍光の補償用の蛍光画像情報Ｇａ，Ｇｂが取得され、蛍光プローブの散布直後に、第１および第２の蛍光色素による蛍光画像情報Ｇｄが取得され、その後は、第１の蛍光色素による蛍光画像情報Ｇｃの取得のみが逐次行われる。したがって、蛍光画像情報Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４は、蛍光画像情報Ｇｃのみを更新して算出されるので、更新を迅速に行うことができる。
【００７１】
また、本実施形態によれば、蛍光プローブの散布直後に取得されてフレームメモリ１７ｄに記憶された蛍光画像情報Ｇｄを用いて蛍光画像情報Ｇ３，Ｇ４が算出される。したがって、第２の蛍光色素からの蛍光に褪色や波長変化が生じても、その影響を受けることなく、蛍光色素の局在性を補償することができ、異常組織を精度よく識別することができるという利点がある。
【００７２】
なお、本実施形態においては、蛍光画像情報Ｇｄを蛍光プローブの散布直後に１回だけ取得することとしたが、これに代えて、２回以上取得することとしてもよい。また、褪色等の影響が少ないと考えられる場合には、図８に鎖線で示されるように、蛍光画像情報Ｇｃを取得する毎に蛍光画像情報Ｇｄを取得することとしてもよい。
【００７３】
また、本実施形態においては、可変分光素子としてエタロン（ファブリペロー）型の可変分光素子を採用したが、これに代えて、他の可変分光フィルタでもよく、さらに分光特性が固定のものでもよい。
また、本発明の蛍光内視鏡システムは、生体の体腔内に挿入する挿入部２の先端に撮像手段１４を有するスコープ型のものに限られるものではなく、光源部、撮像手段および可変分光手段が一つの筐体内に設けられ、該筐体ごと生体の体腔内に挿入可能なカプセル型のものに適用してもよい。
さらに、本発明の生体用蛍光観測装置としては、生体内に挿入されるもののみならず、生体外において蛍光観察を行う装置に適用することとしてもよい。
【００７４】
なお、フルオレセインにはラクトン型フルオレセインとキノイド型フルオレセインが存在し、加水分解によって、ラクトン型からキノイド型フルオレセインになり、励起光の吸収帯を変化させることが可能であることが知られている。このことから、第１の蛍光色素として、ラクトン型フルオレセインを第２の蛍光色素としてキノイド型フルオレセインを用いれば、蛍光検出波長帯を可変にしなくても、各蛍光色素の吸収波長（励起光）の波長帯を変化させることで同様のことが可能であることは容易に想像がつく。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る生体用蛍光観測装置を備える内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の内視鏡システムの撮像ユニット内部の構成を示す概略構成図である。
【図３】図１の内視鏡システムを構成する各光学部品の透過率特性、照射光および蛍光の波長特性を示す図である。
【図４】図１の内視鏡システムの画像記憶部の内部構造を示すブロック図である。
【図５】図１の内視鏡システムの白色光観察時の動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】図１の内視鏡システムの蛍光観察時の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る生体用蛍光観測装置を備える内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図８】図７の内視鏡システムの蛍光観察時の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
Ｇａ，Ｇｂ 自家蛍光画像情報（自家蛍光画像）
Ｇｅ 反射光画像（血液量反映画像）
１ 内視鏡システム
３ 撮像ユニット（蛍光検出部）
７ ライトガイド（励起光光学系）
９ 励起光用光源（励起光光学系）
１３ 可変分光素子（分光素子）
１７ 画像記憶部
１８ 画像処理部（補償処理部）
２０ 送液ユニット（吐出機構）
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００３７６
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１８年９月１１日（２００６．９．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１８９１３
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 邦生
【識別番号】１００１１２７３７
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
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| 【公開番号】 |
特開２００８−６１９６９（Ｐ２００８−６１９６９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年３月２１日（２００８．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−２４６０６３（Ｐ２００６−２４６０６３） |
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