(57)【要約】      （修正有）【課題】組織に蓄積された蛍光物質を観察するための顕微鏡システムおよび顕微鏡検査方法を提供する。【解決手段】顕微鏡システムは、可視光と蛍光との両方で同時に組織を観察することを可能にするフィルタ８４を含む。一連の先に記録された蛍光像を可視光像と重ねて観察することができる。一連の像の終了は自動的に決定され得る。熱保護フィルタが、このような一連の像の自動的に決定された終了時に照射システム６３のビーム路に挿入し得る。さらに、蛍光像は、そのコヒーレント蛍光部を同定するために分析され得る。コヒーレント部分の外周線の表示を生成し得、深さプロファイルデータは、コヒーレント部分からのみ得られ得る。蛍光を励起させるための照射光ビーム８１は、蛍光像のコントラストを向上させるために変調させ得る。【選択図】図１
2010133969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体中のインドシアニングリーンの蛍光を可視化するための顕微鏡システムであって、
以下のものを含む顕微鏡光学系と、
すなわち、物体領域を、前記物体領域の像を表している第１の像データを生成するための第１のカメラの光検出構成要素上に、インドシアニングリーンの蛍光発光波長を含む第１の波長範囲の波長を含む光で光学的に結像するための第１のビーム路と、
前記物体領域の拡大された第１の表示を提供するための第２のビーム路であって、前記第１の表示が、前記物体領域の像を、少なくとも可視光を含む第２の波長範囲の波長を含む光で表す第２のビーム路とを含む顕微鏡光学系と、
使用者による観察のために、前記第１の像データを基準として生成された第２の表示を前記第１の表示と重ねて表示するための表示システムと、
前記物体領域上に向かう少なくとも１つの照射光ビームを提供するための照射システムであって、前記少なくとも１つの照射光ビームは、前記第２の波長範囲の波長およびインドシアニングリーンの励起波長の光を含む照射システムとを含むことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの照射光ビームの光が、１つの光源から発せられることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記光源が、キセノンランプおよびハロゲンランプのうちの１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記照射システムが、前記照射システムのビーム路に配置される第１のフィルタを含み、前記第１のフィルタが、前記照射光ビームからインドシアニングリーンの蛍光発光波長の光を実質的に排除することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記照射システムが、照射システムのビーム路に配置され得る第２のフィルタを含み、前記第２のフィルタは、前記照射光ビームから７１０ｎｍより高い波長、特に６９０ｎｍより高い波長を有する光を実質的に排除することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
前記第１および第２のフィルタのうちの少なくとも１つが、透過フィルタまたは反射フィルタを含むことを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
【請求項７】
被検物体中の蛍光物質の蛍光を可視化するための顕微鏡システムであって、
以下のものを含む顕微鏡光学系と、
すなわち、物体領域を、前記物体領域の像を表している第１の像データを生成するための第１のカメラの光検出構成要素上に、蛍光物質の蛍光発光波長を含む第１の波長範囲の波長を含む光で光学的に結像するための第１のビーム路と、
前記物体領域の拡大された第１の表示を提供するための第２のビーム路であって、前記第１の表示が、前記物体領域の像を、少なくとも可視光を含む第２の波長範囲の波長を含む光で表す第２のビーム路とを含む顕微鏡光学系と、
少なくとも一定期間、前記第１のカメラによって検出された１組の第１の像データを保存するための像メモリと、
前記１組の第１の像データの少なくとも１つのサブセットから生成された第２の表示のシーケンスを表示するための表示システムであって、使用者による観察のために、前記第２の表示のシーケンスが、前記第１の表示と重ねて表示される表示システムとを含むことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項８】
前記表示システムが、前記一連の第２の表示を繰り返し表示するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡システム。
【請求項９】
前記１組の第１の像データからのサブセットを第１の組の第１の像データによって表された像の強度に基づいて選択するように構成されたコントローラをさらに含むことを特徴とする請求項７または８に記載の顕微鏡システム。
【請求項１０】
前記１組の第１の像データからのサブセットを第１の組の第１の像データによって表された像の強度の差に基づいて選択するように構成されたコントローラをさらに含むことを特徴とする請求項７から９に記載の顕微鏡システム。
【請求項１１】
被検物体中の蛍光物質の蛍光を可視化するための顕微鏡システムであって、
以下のものを含む顕微鏡光学系と、
すなわち、物体領域を、前記物体領域の像を表している第１の像データを生成するための第１のカメラの光検出構成要素上に、蛍光物質の蛍光発光波長を含む第１の波長範囲の波長を含む光で光学的に結像するための第１のビーム路と、
前記物体領域の拡大された第１の表示を提供するための第２のビーム路であって、前記第１の表示が、前記物体領域の像を、少なくとも可視光を含む第２の波長範囲の波長を含む光で表す第２のビーム路とを含む顕微鏡光学系と、
前記物体領域上に向かう少なくとも１つの照射光ビームを提供するための照射システムであって、前記少なくとも１つの照射光ビームは、前記蛍光物質の励起波長の光を含み、前記照射システムが、前記蛍光物質の励起波長の光の強度を変調するための光変調器を含む照射システムと、
使用者による観察のために、前記第１の像データを基準として生成された第２の表示を前記第１の表示と重ねて表示するための表示システムとを含むことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項１２】
前記強度変調器が、フィルタチョッパを含むことを特徴とする請求項１１に記載の顕微鏡システム。
【請求項１３】
前記フィルタチョッパが、反射フィルタおよび透過フィルタのうちの１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の顕微鏡システム。
【請求項１４】
前記照射システムが、前記蛍光物質の励起波長の光および可視光を発する光源を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項１５】
前記強度変調器が、変調された強度で前記蛍光物質の励起波長の光を発する第１の光源を含むことを特徴とする請求項１１に記載の顕微鏡システム。
【請求項１６】
前記照射システムが、前記蛍光物質の励起波長の光を含まない可視光を発する第２の光源を含むことを特徴とする請求項１５に記載の顕微鏡システム。
【請求項１７】
物体を検査するための顕微鏡システムであって、
物体領域を、前記物体領域の像を表している第１の像データを生成するための第１のカメラの光検出構成要素上に光学的に結像するための第１のビーム路を有する顕微鏡光学系と、
前記物体領域に向かう少なくとも１つの照射光ビームを提供する照射システムであって、前記照射システムは、第１の位置に位置付け可能な第１のフィルタを含み、その位置において前記第１のフィルタは、照射システムのビーム路内に配置されており、前記第１の
フィルタは、所定の波長より高い波長の光を前記照射光ビームから排除し、前記照射システムが、前記第１のフィルタがビーム路内に位置していない第２の位置から前記第１の位置へ前記第１のフィルタを移動させるためのアクチュエータを含む照射システムと、
前記第１のフィルタをその第２の位置からその第１の位置まで、前記第１の像データによって表された像の強度の分析に基づいて移動させるための前記アクチュエータを制御するように構成されたコントローラとを含むことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項１８】
前記所定の波長が、６９０ｎｍ〜７２０ｎｍ、７２０ｎｍ〜７５０ｎｍ、７５０ｎｍ〜７８０ｎｍ、および７８０ｎｍ〜８００ｎｍのうちの１つの範囲内であることを特徴とする請求項１７に記載の顕微鏡システム。
【請求項１９】
前記第１の像データが、物体に蓄積された蛍光物質の蛍光発光波長を含む第１の波長範囲の波長を含む光での物体領域の像を表すことを特徴とする請求項１７または１８に記載の顕微鏡システム。
【請求項２０】
前記蛍光物質の前記蛍光発光波長が、前記所定の波長より高いことを特徴とする請求項１９に記載の顕微鏡システム。
【請求項２１】
前記顕微鏡光学系が、前記物体領域の拡大された第１の表示を提供するための第２のビーム路をさらに含み、前記第１の表示が、前記物体領域の像を、少なくとも可視光を含む第２の波長範囲の波長を含む光で表すことを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項２２】
使用者による観察のために、前記第１の像データを基準として生成された第２の表示を前記第１の表示と重ねて表示するための表示システムをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の顕微鏡システム。
【請求項２３】
被検物体中の蛍光物質の蛍光を可視化するための顕微鏡システムであって、
以下のものを含む顕微鏡光学系と、
すなわち、物体領域を、前記物体領域の像を表している第１の像データを生成するための第１のカメラの光検出構成要素上に、蛍光物質の蛍光発光波長を含む第１の波長範囲の波長を含む光で光学的に結像するための第１のビーム路と、
前記物体領域の拡大された第１の表示を提供するための第２のビーム路であって、前記第１の表示が、前記物体領域の像を、少なくとも可視光の波長を含む第１の波長範囲の光で表す第２のビーム路とを含む顕微鏡光学系と、
前記物体領域の像のコヒーレント部分の少なくとも外周線を表している第２の像データを生成するように構成されたコントローラであって、前記コヒーレント部分内の像の光強度が閾値を超えるようなコントローラと、
使用者による観察のために、前記第２の像データを基準として生成された第２の表示を前記第１の表示と重ねて表示するための表示システムとを含むことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２４】
物体領域を、前記物体領域の像を表している第１の像データを生成するための第１のカメラの光検出構成要素上に、蛍光物質の蛍光発光波長を含む第１の波長範囲を含む光で光学的に結像するための第１のビーム路を有する顕微鏡光学系と、
前記第１の像データによって表された前記物体領域の像の少なくとも１つのコヒーレント部分を表している位置データを生成するように構成されたコントローラであって、前記少なくとも１つのコヒーレント部分内の像の光強度が閾値を超えるコントローラと、
前記生成された位置データに基づいて分析ビームで前記物体領域を走査するためのビームスキャナと前記物体から戻ってきた分析ビームの放射線の強度を表す深さプロファイル
データを得るための放射線検出器とを有する干渉計装置とを含むことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２５】
前記コントローラが、前記干渉計装置を、干渉計装置が前記少なくとも１つのコヒーレント部分においてのみ前記深さプロファイルデータを得るように制御することを特徴とする請求項２４に記載の顕微鏡システム。
【請求項２６】
前記干渉計装置が、光干渉断層撮影装置を含むことを特徴とする請求項２４または２５に記載の顕微鏡システム。
【請求項２７】
前記顕微鏡光学系が、前記物体領域の拡大された第１の表示を提供する第２のビーム路をさらに含み、前記第１の表示が少なくとも可視光を含む第１の波長範囲を含む光で前記物体領域の像を表すことを特徴とする請求項２４から２６のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項２８】
使用者による観察のために、前記深さプロファイルデータを基準として生成された第２の表示を前記第１の表示と重ねて表示するための表示システムをさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の顕微鏡システム。
【請求項２９】
前記第１のビーム路が、前記像を表すための少なくとも１つの接眼レンズを含むことを特徴とする請求項１から２８のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項３０】
前記表示システムが、前記第２の表示を前記接眼レンズに向けられた前記第１のビーム路に重ねるように構成されていることを特徴とする請求項２８または２９に記載の顕微鏡システム。
【請求項３１】
前記第１のビーム路が、可視光で前記物体領域の像を表している第２の像データを生成するための第２のカメラの光検出構成要素を少なくとも１つ含み、前記第２の表示が、前記表示システムによって表示されることを特徴とする請求項１から３０のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項３２】
被検物体中のインドシアニングリーンの蛍光を可視化する顕微鏡検査方法であって、
使用者による観察のために第１の可視光像の表示を行うステップと、
インドシアニングリーンの蛍光発光波長を含む光で前記物体の第２の像を記録するステップと、
使用者による観察のために前記第２の像を前記第１の像と重ねて表示するステップと、
前記可視光およびインドシアニングリーンの励起波長の光を含む少なくとも１つの照射光ビームで前記物体を照射するステップとを含む顕微鏡検査方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの照射光ビームが、前記可視光および前記インドシアニングリーンの励起波長の光を発する１つの光源によって生成されることを特徴とする請求項３２に記載の顕微鏡検査方法。
【請求項３４】
被検物体の蛍光を可視化する顕微鏡検査方法であって、
使用者による観察のために前記物体の拡大された第１の表示を行うステップであって、前記物体の蛍光が、前記第１の表示に実質的に可視でないステップと、
一定期間、前記物体の一連の蛍光像を記録するステップと、
前記期間が経過後、前記一連の蛍光像が使用者に可視であるように、かつ前記物体の拡大された第１の表示と重ねて、前記物体の記録された一連の蛍光像を表示するステップとを含む顕微鏡検査方法。
【請求項３５】
被検物体を可視化する顕微鏡検査方法であって、
所定の波長より高い波長を含む光で前記物体を照射し、前記所定の波長より高い波長の光で物体を照射している間、前記物体の一連の像を記録するステップと、
前記所定の波長より高い波長の光での物体の照射を、前記記録された像の分析に基づいて終了し、前記所定の波長より小さな波長のみを含む光で前記物体を照射するステップと、
使用者による観察のために、限定の波長より小さな波長のみを含む光で照射された物体の表示を行い、使用者による観察のために、前記記録された一連の像の分析に応じて生成された表示を行うステップとを含む顕微鏡検査方法。
【請求項３６】
前記物体が、前記所定の波長より高い波長の光で照射されるときに、蛍光物質を前記物体に適用することを特徴とする請求項３５に記載の顕微鏡検査方法。
【請求項３７】
被検物体を可視化する顕微鏡検査方法であって、
被検物体を可視光を含む第１の波長範囲の光で照射するステップと、
前記第１の波長範囲の光で前記物体の像を生成するステップと、
前記第１の波長範囲と部分的にしか重ならないか、または前記第１の波長範囲と全く重ならない第２の波長範囲の光で前記物体の像を記録するステップと、
前記記録された像を分析し、前記記録された像の少なくとも１つのコヒーレント部分を同定するステップであって、前記少なくとも１つのコヒーレント部分内の前記像の強度の値が閾値を超えるステップと、
前記少なくとも１つのコヒーレント部分の外周の表示を生成し、この表示を前記第１の波長範囲の前記物体の像と重ねて表示するステップとを含む顕微鏡検査方法。
【請求項３８】
蛍光物質の励起波長を含む光で物体フィールドの像を記録するステップと、
前記記録された像を分析し、前記記録された像の少なくとも１つのコヒーレント部分を同定するステップであって、前記少なくとも１つのコヒーレント部分内の前記記録された像の強度の値が閾値を超えるステップと、
前記少なくとも１つの同定されたコヒーレント部分に応じて決定された分析領域のみの深さプロファイルデータを得るステップであって、前記分析領域が、物体フィールドより小さいステップとを含む顕微鏡検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システムおよび顕微鏡検査方法に関する。特に、近赤外線および／または赤外線波長での蛍光の発光を観察するのに用いることができる顕微鏡システムおよび顕微鏡検査方法に関する。
【０００２】
近赤外線および／または赤外線領域の波長で蛍光を示す蛍光物質および蛍光染料は、特定タイプの組織、組織構造および組織機能を可視化するなどの各種の目的のための医学応用に用いられている。ここで、蛍光物質もしくは染料またはこのような蛍光物質もしくは染料の前駆体が検査対象の患者に適用される。染料は、特定のタイプの組織および組織構造に蓄積し、この蛍光を観察することによって、このようなタイプの組織および組織構造はそれぞれ可視化され、観察者に認識される。ときには強度の弱い蛍光を可視化するために光学器具が用いられる。
【背景技術】
【０００３】
適切な蛍光物質の一例は、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）である。Ｔ．クロイワらの論文「近赤外線外科顕微鏡の開発および臨床応用：予備報告」、Minim Invas Neurosurg 2001; 44: 240-242（非特許文献１）から、この物質の蛍光を観察するための方法およびシステムが知られている。この物質の蛍光の励起波長は約７８０ｎｍであり、蛍光発光波長は約８３５ｎｍである。ＩＣＧが蓄積される組織を顕微鏡によって観察するために、レーザ光源またはハロゲンランプの主波長が８００ｎｍの光で組織を照射する。照射光のビーム路には、蛍光を励起させる光である７６０ｎｍと８１０ｎｍとの間の波長を有する光のみを通過させる帯域通過フィルタが置かれている。さらなる帯域通過フィルタが、ＩＣＧの蛍光発光光である８２０ｎｍと９２０ｎｍとの間の波長を有する光のみを通過させる顕微鏡光学系によってカメラに組織が結像される。カメラによって検出された像を観察することにより、蛍光物質が蓄積された組織領域を認識することができる。しかし、この組織の周囲領域を知覚することはできない。このような周囲領域は、適切な照射では可視光を放射するかもしれない。しかし、このような可視光での照射は不可能である。なぜなら、レーザー光源は、このような光を提供することなく、また、光源のビーム路は、このような可視光が組織へ入射することを阻止するからである。組織領域の外科治療を行う外科医は、第１のステップにおいて可視光で組織領域の光学像を知覚するために可視光で組織領域を照射しなければならない。そして、その後、次の第２のステップで蛍光を知覚するために蛍光像を観察しなければならない。さらに、レーザー光源の照射光ビームおよび可視光で組織領域を照射するための照射ビームは、異なる角度で表面領域に入射するので、この２つの光ビームは組織領域に異なるタイプの影を生成する。このような異なる影のために、組織領域の蛍光像の領域と可視像の領域とを正しく対応付けることが困難である。
【０００４】
このような手順は、複雑であり、観察者はそれぞれ異なるタイプの照射で先に知覚された像を覚えておかなくてはならないので高い集中力が必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔ．クロイワらの論文「近赤外線外科顕微鏡の開発および臨床応用：予備報告」、Minim Invas Neurosurg 2001; 44: 240-242
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、赤外線または近赤外線波長での蛍光と組み合わせて顕微鏡結像性能を向上させる顕微鏡システムおよび対応する顕微鏡検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の実施形態によると、本発明は、顕微鏡光学系、表示システムおよび照射システムを含むインドシアニングリーン（ＩＣＧ）の蛍光を可視化するための顕微鏡システムを提供する。顕微鏡光学系は、物体領域を、インドシアニングリーンの発光波長または蛍光波長を含む第１の範囲の光を用いて第１のカメラの光検出構成要素上に結像するための第１のビーム路を含む。このように、第１のビーム路は、物体領域の蛍光像を生成するために設けられている。顕微鏡光学系は、少なくとも可視光を含む波長の第２の波長範囲の波長の光を用いて、物体領域の拡大された表示を提供するための第２のビーム路をさらに含む。このように、第２のビーム路が、スペクトルの可視領域の物体領域像を生成するために設けられている。
【０００８】
表示システムは、使用者が蛍光像と可視光表示とを同時に知覚できるように、蛍光像を可視光表示と重ねて表示する。
【０００９】
照射システムは、物体領域に向かう少なくとも１つの照射光ビームを提供する。少なくとも１つの照射光ビームは、スペクトルの可視部の光、特に青色光および／または黄色光を含み、照射光ビームはまた、インドシアニングリーンの励起波長の光を含む。
【００１０】
本発明者は、上記のシステムを用いると、可視光と蛍光光の両方で同時に物体領域を観察することができることが分かった。可視光での観察と蛍光の光での観察との従来の切り換えを行う必要がない。さらに、共通の照射光ビームに可視光および励起光を備えることによって、構造化された物体上に励起光および可視光で生成される異なる影を避けることができ、励起光と可視光とのいずれにも実質的に同じ照射条件が提供される。
【００１１】
好ましい実施形態によると、少なくとも１つの照射光ビームの光は、可視光およびインドシアニングリーンの励起波長の光を生成する１つの光源によって生成される。この光源は、キセノンランプおよびハロゲンランプなどの光源を含み得る。
【００１２】
ここで、本発明者は、可視光の照射光ビームを生成するために従来から用いられている適切な光源が、適切なカメラで物体領域の蛍光像を記録するのに十分な強度のインドシアニングリーンの励起光を生成することができるということが分かった。従来技術において用いられてきたように、インドシアニングリーンの蛍光の励起のための、レーザ光源などの別個の光源を設けることはもはや必要ではない。
【００１３】
好ましい実施形態によれば、フィルタがインドシアニングリーンの蛍光発光波長の発光波長の光を実質的に阻止するように、照射システムのビーム路にフィルタを配置する。これにより、高いコントラストの蛍光像を記録することができる。
【００１４】
さらなる実施形態によると、照射システムは、人間の目によって知覚されないか、または低効率でしか知覚されないような波長を有し、主に被検物体の加熱に寄与する光を照射光ビームから排除する熱保護フィルタを含む。熱保護フィルタは、物体の蛍光像が記録される際に、照射システムのビーム路から取り除かれることができる。
【００１５】
照射システムのフィルタは、透過フィルタまたは反射フィルタであり得る。
【００１６】
さらなる実施形態によると、本発明は、蛍光物質の蛍光を可視化するための顕微鏡システムであって、顕微鏡システムは、顕微鏡光学系、像メモリおよび表示システムを含む。顕微鏡光学系はまた、物体領域の蛍光像をカメラ上に結像するための第１のビーム路と、物体領域の表示を少なくとも可視光を含む光で提供する第２のビーム路とを含む。
【００１７】
像メモリは、ある時間間隔の間記録された物体領域の蛍光像を表す像データを保存するように構成される。
【００１８】
表示システムは、物体領域の可視光像を、先に記録され保存された像データから生成された一連の像と重ねて表示するように構成される。
【００１９】
このように、短期間に蛍光像に見られる物体領域の急速に変化する構造を表示することができる。このような像の急速に変化する構造は、構造の急速な変化がすでに起こった後のある時点で物体領域の可視光像との重なった関係で表示される。急速に変化している構造は、繰り返し表示することもできるし、スローモーションで表示することもできる。
【００２０】
上記のシステムの好ましい応用は、動脈瘤の医学的治療である。動脈瘤は、血管壁が脆弱化したために動脈の局所的な伸長および膨張として説明され得る。血管の膨張自体は、動脈瘤の嚢と呼ばれ、親動脈から動脈瘤の嚢へと通じる入口領域は動脈瘤の首と呼ばれている。従来の外科技術によると、動脈瘤の嚢を閉じるためにクリップを用いる。その後、外科医は、動脈瘤の嚢が完全に閉じられていること、および患者の動脈および周囲の血管において十分な血管流が保証されていることを確かめなければならない。このために、インドシアニングリーンが静脈注射により患者に適用され、蛍光物質が患者および周囲の血管に入っていくプロセスがカメラにより観察される。血管に入るプロセスは、０．５から２秒程かかる。ここで、蛍光物質を有する血液が、実質的に同時に問題の血管に入ることが重要である。蛍光が周囲の血管より後にある特定の血管に見えるようになれば、これは、この特定の血管が部分的に閉塞していることを示す。
【００２１】
上記の血管流の評価は、それぞれの時間間隔の間に記録された像データを繰り返し表示することおよび／またはスローモーションでもしくは物体領域の可視光像と重ねて、像データを表示することによって簡単に行うことができる。
【００２２】
蛍光物質が動脈瘤の嚢に蓄積すると、これは、クリップでの動脈瘤の嚢の閉塞が不完全であることを示す。
【００２３】
動脈瘤の治療後の血液流の評価に従来から用いられているＸ線血管造影法に比べて、上記のようなＩＣＧを伴う本方法は、いくつかの利点がある。蛍光方法は、リアルタイムで外科顕微鏡を通して行われ得るのに対し、Ｘ線血管造影法は、外科手術を行うために用いなければならない外科顕微鏡を、まず取り外し、その後Ｘ線装置を装着しなければならず、外科医は、Ｘ線像が記録されている間、部屋を離れなければならない。Ｘ線像の現像および解釈には１０分ほどかかる。Ｘ線血管造影法は、結果の解釈までの時間が長いので血流評価にはあまり実用されていない。さらに、Ｘ線血管造影法に比べて、蛍光方法の方が、空間および時間のいずれの結像分解能も実質的に高い。
【００２４】
好ましくは、顕微鏡システムは、蛍光物質が問題の血管に入る初期プロセスに関し保存された像を分析するためのコントローラを含む。このようなプロセスは、蛍光の強度が像のいくつかの位置で閾値を超えた時点から開始してもよい。
【００２５】
コントローラはまた、蛍光強度の変化について像ごとに分析することによってこのようなプロセスの終了を決定することもでき、増加している強度の飽和が検出されると、蛍光物質が問題の血管に入るプロセスの終了となる。このとき、コントローラは、保存された像データのサブセットのみを表示システムに供給してもよい。サブセットは、蛍光物質が問題の血管に入るプロセスの開始後および／または終了前に記録されたデータを含む。
【００２６】
さらなる実施形態によれば、本発明は、蛍光物質を可視化するための顕微鏡システムを提供し、この顕微鏡システムは、顕微鏡光学系、照射システムおよび表示システムを含む。顕微鏡光学系はまた、物体領域の蛍光像をカメラに結像させるための第１のビーム路および可視光での物体領域の拡大結像のための第２のビーム路を含む。表示システムはまた、物体領域の可視光像をカメラで記録された像データから生成された物体領域の蛍光像と重ねて表示する。
【００２７】
照射システムは、物体領域に向かう照射光ビームを提供する。この照射光ビームは、蛍光物質の励起波長の光を含む。照射システムは、蛍光物質の励起波長の光の強度を変調させる光変調器を含む。これは、物質の蛍光の経時的な変調となり、カメラで検出された蛍光像もまた経時的に変化する。高いコントラストを有する蛍光像を生成する際にこのような既知の強度の経時的変化を考慮する。例えば、カメラで検出された像のうちで強度が変化している部分を決定することもできる。このとき、生成された蛍光像のうちこのような部分だけをより高い強度で表すことができる。
【００２８】
さらなる実施形態によると、本発明は、顕微鏡光学系、照射システムおよびコントローラを含む顕微鏡システムを提供する。顕微鏡光学系はまた、顕微鏡光学系の共通の対物レンズを貫通し得る第１および第２のビーム路を含む。第１のビーム路は、物体領域を表す像データを生成するためにカメラに物体領域を結像する。照射システムは、対物領域に向かう照射ビームを提供する。照射ビームのビーム路内の第１の位置にフィルタを配置する。照射システムはさらに、フィルタがビーム路内に配置されていない第２の位置から第１の位置へとフィルタの位置を変えるためのアクチュエータを含む。
【００２９】
コントローラは、カメラで記録された像データを分析し、このような分析に基づき第１の位置から第２の位置へフィルタを移動させるためのアクチュエータを制御するように構成されている。この分析は、カメラで記録された像の特定部分での光強度の決定を含むこともできる。
【００３０】
好ましくは、フィルタは、所定の波長より大きな波長を有する光を照射光ビームから排除するタイプのフィルタである。所定の波長は、好ましくは６９０ｎｍより大きい。さらに、所定の波長は、好ましくは、８００ｎｍより小さい。
【００３１】
このようなシステムでは、システムが、カメラによって検出された物体領域の像の分析に基づきあるモードから他のモードへ自動的に切り換えられる２つの異なる照射モードを提供することが可能である。
【００３２】
このような顕微鏡システムの好ましい応用は、蛍光物質が問題の特定の血管に入る上記のプロセスと組み合わせることである。このようなプロセスの終了は自動的に検出される。このとき、蛍光像の記録の間、照射光ビームは蛍光の励起のための赤外光を含む第１の照射モードでシステムを作動させることが可能である。プロセスの終了が検知されると被検物体領域の不必要な加熱を防止するために、赤外線光を含む熱放射線を照射光ビームから取り除く第２の照射モードでシステムが作動するように、熱保護フィルタを照射システムのビーム路に自動的に配置する。
【００３３】
さらなる実施形態によると、本発明は、物体領域の蛍光像を生成するための第１のビーム路および可視光で見られるような物体領域の表示を提供するための第２のビーム路を有する顕微鏡光学系、ならびに蛍光像から生成された表示を物体領域の可視表示に重ねて表示するための表示システムを含んでいる顕微鏡システムを提供する。顕微鏡システムはさらに、蛍光強度が閾値を超える像のコヒーレント部分を検出するために蛍光像を分析するように構成されている。このとき、コントローラは、コヒーレント部分の外周線のみが表示上で可視であるように蛍光像を表す像データを生成する。このとき、使用者は、外周線を知覚することによって蛍光強度が閾値を超える物体領域部分を認識することができる。同時に、使用者は、コヒーレント部分内を可視像の表示として知覚することができる。
【００３４】
さらなる実施形態によると、本発明は、物体から戻ってきた分析光ビームの放射線の強度を表す深さプロファイルデータを生成するための干渉計装置を有する顕微鏡システムを提供する。分析光ビームは、物体に向かい、物体の分析光ビームが向かう位置は、ビームスキャナの制御によって選択することができる。
【００３５】
このような深さプロファイルデータの生成は、従来、時間がかかり、特に、従来から顕微鏡システムの物体フィールド内の実質的にすべての走査位置で深さプロファイルデータを生成する必要がある。
【００３６】
本発明によると、干渉計装置を有する顕微鏡システムが提供され、この顕微鏡システムは、物体の像を蛍光で記録するカメラを含み、記録された像を分析し、像内の分析部分を決定するコントローラが設けられている。分析部分は、カメラで記録された像のうちの像の強度が閾値を超える少なくとも１つのコヒーレント部分を含む。コントローラは、分析領域内の部分での深さプロファイルデータだけが生成されるように干渉計装置を制御する。
【００３７】
このように、コントローラは、癌組織などの特定の応用のための問題の組織タイプを蛍光像に応じて蛍光像から選択することができる。像の問題の組織タイプが存在する部分を分析領域として用い、深さプロファイルデータは、分析領域内の部分についてのみ生成される。分析領域外の部分については、深さプロファイルデータの生成は行わない。
【００３８】
このように、使用者は、深さファイルデータが生成されるべき部分を決定する必要がなく、比較的短時間で問題の部分の深さプロファイルデータを得ることができる。
【００３９】
好ましくは、深さプロファイルデータを生成するための干渉計装置は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態による顕微鏡システムのビーム路の模式図
【図２ａ】図１による顕微鏡システムに用いられ得るフィルターの透過特性を示すグラフ
【図２ｂ】図１による顕微鏡システムに用いられ得るフィルターの透過特性を示すグラフ
【図２ｃ】図１による顕微鏡システムに用いられ得るフィルターの透過特性を示すグラフ
【図３】本発明の実施形態による顕微鏡検査方法を説明するフローチャート
【図４】本発明による顕微鏡システムのさらなる実施形態の模式図
【図５ａ】図４の顕微鏡システムで生成された像の模式図
【図５ｂ】図４の顕微鏡システムで生成された像の模式図
【図６】図４による顕微鏡システムに備えられた干渉計装置の詳細な部分図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の上記および他の利点的な特徴は、以下の図面を参照しての本発明の好適な実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【００４２】
図１は、光軸７を有する対物レンズ５を含む顕微鏡光学系３を含む顕微鏡システム１を模式的に示している。被検物９は対物レンズ５の物体平面に置かれる。物体９から発散している光は、２つのズームシステム１２、１３が光軸７から離れて配置されている平行ビーム１１を形成するように対物レンズ５によって変形される。ズームシステム１２、１３は、平行ビーム１１の部分ビーム１４および１５を用い、部分ビーム１４、１５を接眼レンズ１６および１７に顕微鏡システム１の管の本体の偏向プリズム（図１に図示せず）を通して供給する。使用者は、それぞれ左眼１８および右眼１９で接眼レンズ１６，１７を見ると、物体９の拡大表示を像として知覚できる。左眼１８で知覚された像は、光軸に対してαの角度で物体を見たときの像に相当し、右眼１９で知覚された像は、光軸７に対して−αの角度で物体９を見たときの像に相当し、これにより、使用者は、両眼１８、１９での物体９の立体像を知覚する。
【００４３】
部分透過ミラー２１が、部分ビーム１５にその光の一部がビーム２３として分岐するように配置されている。ビーム２３は、さらなるビームスプリッタ２５で分割され、ビーム２７および２９を形成する。ビーム２７は、カメラ３２が光軸７に対し−αの観察角度で物体９の像を検出するようにカメラアダプタ光学系３１を通してカメラ３２の感光要素に与えられる。カメラ３２で検出された像は、データ線３３を介して像データとしてコントローラ３５に伝達される。
【００４４】
ビーム３９は、部分透過ミラー３７によって部分ビーム１４から分岐する。ビーム３９は、カメラ４３が光軸７に対してαの観察角度で物体９の像を検出するように、カメラアダプタ光学系４１を介してさらなるカメラ４３の感光要素に与えられる。カメラ４３で検出された像は、データ線４５を介して像データとしてコントローラ３５に伝達される。コントローラは、カメラ３２、４３によって検出された像を像データとして、ライン４７を介して顕微鏡システム１の使用者が頭に装着した頭部装着ディスプレイ４９に伝達し、図１の参照番号５１および５２で模式的に示された頭部装着ディスプレイ４９の統合表示が、それぞれ左眼および右眼で使用者によって知覚され得るそれぞれの像を提供する。
【００４５】
このように接眼レンズ１６、１７を直接覗き込む位置にない使用者もまた、頭部装着ディスプレイ４９を用いて、物体９の可視光像の表示を観察することによって物体９の立体表示を知覚することができる。
【００４６】
ビーム２９は、カメラ５５が物体の赤外線像を検出し得るように、カメラアダプタ光学系５３を介してカメラ５５の感光要素に与えられる。フィルタ５７がビーム２９に配置されている。フィルタ５７の透過特性は、図２ａにライン５８として模式的に示されている。図２ａの垂直線５９はさらに、７８０ｎｍでの蛍光物質、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）の最大励起スペクトルをあらわす。図２ａの垂直線６０は、８３５ｎｍでのＩＣＧの対応する最大蛍光発光スペクトルをあらわす。フィルタ５７の透過特性５８は、約８１０ｎｍで閾値６１を示している。フィルタ５７は、閾値より低い波長で実質的に非透過性であり、フィルタ５７は、閾値より高い波長で実質的に透過性を有する。このように、物質の蛍光が、さらに以下に示すように顕微鏡システム１の照射システム６３で励起する限り、カメラ５５は、物体９内の蛍光物質の分散を表す物体９の像を検出する。
【００４７】
カメラ５５で検出した像は、データ線６５を介してコントローラ３５に伝達される。コントローラ３５は、カメラ５５で検出した像を像データとしてデータ線６７を介してＬＣＤディスプレイ６９に伝達する。ＬＣＤディスプレイ６９は、コリメーター光学系７０および部分透過ミラー６８によって部分ビーム１５と重なる像として像データを表す。ディスプレイ６９の像は、物体９の直接光学像と重なって、使用者の眼１９によって知覚され得る。ＬＣＤディスプレイ６９は、緑色などの可視の色でカメラ５５によって検出される赤外光強度分布を表す。物体９を形成するヒトの組織が含む緑色は、通常比較的少量であるので、赤外線像を表すために緑色を用いるとよいかもしれない。
【００４８】
コントローラは、ディスプレイ５１が、カメラ５５によって検出された赤外光像をカメラ３２によって検出された可視光像と重ねて表示するように頭部装着ディスプレイ４９のディスプレイ５１に伝達される像データのデータ処理を行う。このように、ディスプレイ４９を頭に装着している使用者はまた、物体の可視光像および赤外光像の重なった表示を右眼で知覚する。
【００４９】
参照を簡素に分かりやすくするために、図１に図示はしていないが、さらなるビームが、左眼１８に与えられる部分ビーム１４から分岐してもよい。このようなさらなるビームは、部分ビーム１５、ＬＣＤディスプレイ６９、コリメータ光学系７０および部分透過ミラー６８のための上で説明した可視光の部分ビーム１４と重なる像を生成するためにさらなる赤外線カメラに与えてもよい。使用者は、このとき、物体９の立体的な赤外光像を知覚する。このような付加的なカメラによって生成された像データはまた、頭部装着ディスプレイ４９もまた、物体９内の蛍光物質の分散の立体表示を提供するように頭部装着ディスプレイ４９のディスプレイ５２に与えてもよい。
【００５０】
照明システム６３は、光源としてのハロゲンランプ７１、反射器７２，１つまたは複数のレンズ７５を通り光学ファイバー束７７の入端部７６へと向かう平行化された光ビーム７４を生成するためのコリメータ７３を含み、これにより、光源７１から放出された光をファイバー束７７へと結合する。光は、ファイバー束７７によって対物レンズ５近傍の位置まで運ばれ、ファイバー束７７の出射口端部７８から発散する。物体９に向かう照射光ビーム８１を形成するために、発散している光を整形するためのコリメータ光学系７９が設けられている。本実施形態は、光源としてハロゲンランプを用いることに限定しない。キセノンランプのような他の光源を用いてもよい。
【００５１】
図１において、コリメータ光学系７９は、対物レンズ５の比較的近傍に位置している。しかし、照射光ビーム８１は、対物レンズ５の光軸７に対して比較的高い角度の方向に向いている。照射光ビーム８１の方向と対物レンズの光軸７の方向と角度がこのように高いと、物体への照射が不十分となる虞がある。特に、動脈瘤の治療のための人間の脳にあるような体内に備わった深い空孔で外科的な方法が行われるような状況においては、互いに重なった可視光像と蛍光像の両方を知覚することができない虞がある。このような、そして他の応用において、照射光ビームが光学軸７への角度が低い方向に向いているような照射システムの構造を用いることが好ましい。これは、照射光ビームのビーム路に対物レンズを含めることによって、すなわち、照射光ビームが対物レンズを通過することによって、または、対物レンズが、照射光ビームによって貫通される開口を備えることによって、従来から達成されている場合がある。
【００５２】
照射システム６３は、互いに隣接して配置される２つのフィルタ８４および８５を有するフィルタ板８３をさらに含んでいる。コントローラ３５によって制御されるアクチュエータ８７が、フィルタ８４が板８３の第１の位置でビーム７４に配置され、フィルタ８５が板８３の第２の位置でビーム７４に配置されるように、図１の双方向矢印８８が示す方向にフィルタ板８３を移動させるために設けられている。
【００５３】
フィルタ８４の透過特性を線８９として図２ｂに示し、以下の表１に表す。
【００５４】
【表１】
2010133969.tif 000003
【００５５】
フィルタ８４は、可視光および波長が側面９０の８００ｎｍまでの光を実質的に完全に透過し、側面９０を超える波長は実質的に透過しない。フィルタ８４は、被検物体９の蛍光物質の蛍光を観察するための応用においてビーム７４に位置する。８００ｎｍでの側面９０は、光ビーム８１がカメラ５５によって検出される蛍光を励起させること、および、物体の可視光像が、接眼レンズ１６、１７を覗き、カメラ３２、４３によって検出された像を観察することによって知覚されるように可視光で物体領域を照射することの両方を行うように、ＩＣＧの励起波長５９より高い波長である。
【００５６】
蛍光を観察することが必要でない応用において、コントローラ３５は、アクチュエータ８７を駆動して、フィルタ８５がビーム７４に配置されるようにフィルタ板８３を移動させる。フィルタ８５の透過特性を線９１として図２ｃに模式的に示し、表２に表す。
【００５７】
【表２】
2010133969.tif 000004
【００５８】
フィルタ８５は、透過特性９１の側面９３までの可視光を実質的に完全に透過し、側面９３を超える波長の光は実質的に透過しない。側面９３は、約７１０ｎｍである。フィルタ８５は、物体９の不必要な加熱になるような照射光ビーム８１からの放射をなくすための熱保護フィルタとして用いられる。側面９３は、ＩＣＧの励起スペクトルが、７１０ｎｍより下の波長にまで延びるとしても、ＩＣＧの最大励起波長５９よりずっと下である。しかし、物質の蛍光は、フィルタ８５がビーム７４に配置されると実質的に励起しない。
【００５９】
コントローラは、一連の像またはカメラ５５で検出されたこのような像を表す像データを保存するための像メモリ９５をさらに含む。コントローラ３５は、さらに、メモリ９５で保存された像メータをディスプレイ６９に順次与え、ディスプレイ６９は、時系列の像としてカメラ５５によって先に検出された像を表示するように構成されている。一連の像はまた、頭部装着ディスプレイ４９に与えられてもよい。
【００６０】
時系列の像のディスプレイは、赤外光像のフィルム表示として理解することもできる。このような表示は、蛍光物質が管システムに入るというプロセスにより管システムの構造または機能の評価および確認が可能になるような状況において好適に用いられる。蛍光物質が管に入った後のある時点に、検出された像は、経時的に実質的に不動であり、赤外光像のさらなる観察から得られる付加情報は実質的にない。このような管システムへの浸入プロセスは、１秒から５秒ほどの比較的短期間であるので、外科医は、非常に高い集中力でプロセスを監視し、問題の各管のためのプロセスの時間依存を記憶しなければならない。プロセス中にカメラ５５によって検出された像を保存でき、かつ保存された像をフィルムとして繰り返し表示できることは、外科医が、観察されたプロセスの完全な印象を得ることに役立つ。
【００６１】
顕微鏡システム１を作動させる方法の一実施形態を図３のフローチャートを参照して以下に説明する。結像手順の初めに、熱保護フィルタ８５を照射システム６３のビーム路に配置し、コントローラは、ステップＳ１において、スイッチ９７の開始ボタンまたは他の入力手段が外科医またはその助手によって作動されるのを待つ。蛍光物質が患者に注入直前または直後に開始ボタン９７を作動させるのが好ましい。ステップＳ３において、アクチュエータが、熱保護フィルタ８５をビーム路から取り除き、ビーム路に蛍光結像フィルタ８４を挿入し、Ｓ５において、カウンタｎをリセットする。その後、カメラ５５によって検出された像Ｂ（０）をメモリ９５に像データとして保存する。この像はまた、コントローラ３５によってディスプレイ６９に転送される。ディスプレイ６９は、この像を外科医が接眼レンズ（Ｓ９）を覗き込むと物体９の可視光像と重ねてこの像を知覚するように表示する。その後，カウンタｎをインクリメントさせ（Ｓ１１）、次の像Ｂ（ｎ）をカメラ５５から受け取り、メモリ９５に保存し（Ｓ１３）、ステップＳ１５において、この像Ｂ（ｎ）をディスプレイ６９または５１に可視化する。
【００６２】
観察中の管システムは、手順開始において蛍光物質を含んでいないので、最初に検出された像Ｂ（ｎ）は、赤外光の強度を実質的に全く示していない。蛍光物質は患者の体内を伝播し、最終的に顕微鏡対物レンズ３の物体フィールドの組織領域９に入ることによって、像Ｂ（ｎ）は、順次増加する赤外線強度を示す。コントローラ３５は、像Ｂ（ｎ）の強度を分析し、ステップＳ１７で、その強度と第１の所定の閾値を比較する。一番最後に検出した像Ｂ（ｎ）の強度が第１の閾値未満である場合、ステップＳ１１に戻る。像Ｂ（ｎ）の強度が第１の閾値より高ければ、これは、使用者に後に繰り返し表示されることになる一連の検出像の開始として用いられる時点を示している。ステップＳ１９において、カウンタｎの現在の値を変数ｎｓｔａｒｔに割り当てる。
【００６３】
その後、カウンタはインクリメントされ（Ｓ２０）、次の像Ｂ（ｎ）を得、保存し（Ｓ２１）、表示する（Ｓ２３）。ステップＳ２５において、コントローラ３５は、一番最後に検出した像Ｂ（ｎ）の強度と最後から二番目の像Ｂ（ｎ−１）の強度とを比較し、この２つの強度の差が、所定の第２の閾値より大きい場合、ステップＳ２０に戻る。物質の管システムへの浸入開始直後は強度は増加し続けるので、その時点では、ステップＳ２５の条件が満たされないように第２の閾値を選択する。ある時間が経過後、蛍光物質の濃度は飽和に近づき、次の像Ｂ（ｎ）とＢ（ｎ−１）の強度との差が第２の閾値より小さくなる。これは、一連の検出された像の終了すべき時点を示している。ステップＳ２７において、カウンタｎの現在値を変数ｎｅｎｄｅに割り当て、Ｓ２９において、蛍光結像フィルタ８４をビーム７４から取り除き、熱保護フィルタ８５をビーム７４に挿入する。
【００６４】
その後、ディスプレイ６９または５１に検出された像を繰り返し表示する手順が続く。このために、カウンタｎを一連の像の開始に相当する値ｎｓｔａｒｔに設定し（Ｓ３１）、そこでＢ（ｎ）を表示し（Ｓ３３）、カウンタｎをインクリメントする（Ｓ３５）。ステップＳ３７において、カウンタｎの現在値が一連の像の終了時でのカウンタ値ｎｅｎｄより低くなった場合、ステップ３３に戻る。そうでなければ、ステップＳ３９において、手順の終了を示すために再びボタン９７を作動させるかどうかを判断する（Ｓ３９）。手順終了が示されなければ、ステップＳ３１に戻り、再び一連の像を表示する。
【００６５】
上記の実施形態は、可視光で物体を照射する光ビームの生成および蛍光の励起のために１つの光源を用いるが、さらなる実施形態では、可視光および励起光の生成のために、それぞれの異なる光源を用いてもよい。このとき励起光を生成する光源は、応用によって電源をオンオフすることができる。
【００６６】
さらなる実施形態は、１つの光源によって生成される２つまたは複数の光ビーム、あるいは各ビームが可視光および励起光を含む別個の光源を含んでもよい。
【００６７】
図１から図３を参照して上で説明したの実施形態において、顕微鏡システム１は、透過フィルタであるフィルタ８４および８５を用いている。別の実施形態では、光源の反射器７２を適切にコーティングすることによって提供され得たり、分離した反射器がコントローラ３５の制御によるアクチュエータを用いてビーム路に挿入されるというような所望のフィルタ特性を有する別個の反射器によって提供され得る、相当する反射フィルタを用いてもよい。
【００６８】
図１から図３を参照して上で説明した実施形態において、フィルター５７、８４および８５ならびにそれぞれ図２ａ、２ｂ、２ｃに示されたフィルタ特性を有する顕微鏡システム１は、インドシアニングリーンの蛍光を観察するために最適化されている。別の実施形態では、上記の原則は、特性８９および５８の端部９０および６１を別の蛍光物質の対応する励起波長および蛍光波長に当てはめることによって別の蛍光物質の観察に応用することができる。
【００６９】
図４は、顕微鏡システム１のさらなる実施形態のビーム路を模式的に示している。顕微鏡システムは、複数のレンズ５および６を有する対物レンズ３を含む。レンズ５および６はレンズ表面での可視光の反射を減らすように反射防止膜で覆われている。反射防止膜は、レンズ表面での赤外光および近赤外光の反射もまた減らすように設計されてもよい。
【００７０】
対物レンズ３は、対物レンズ３の物体平面１１から発散している拡散ビーム９を受け入れる。拡散ビーム９は、対物レンズの下流で実質的に平行なビームを提供するために対物レンズによって変形される。対物レンズ３の下流であって、図４では対物レンズの上方に、図４に模式的に示される２つのズームシステム１３および１４が備えられている。各ズームシステム１３、１４は、それぞれ、部分ビーム１５、１６を用い、これをそれぞれ、顕微鏡システムの接眼レンズ１７、１８に与える。使用者は、それぞれ、右眼および左眼で接眼レンズ１７および１８を覗き込むことにより物体平面１１の拡大された鮮明な像を知覚することができる。可視光は、物体平面１１のこれらの像を生成するために用いられる。このために、物体平面１１は、キセノンランプ２３ならびにビーム整形レンズ２４および２６を含む照射システム２１によって与えられる可視光で照射される。
【００７１】
顕微鏡システム１は、可視光での物体平面の実質的に鮮明な像を検出するカメラ３３をさらに有している。カメラ３３は、像平面３７に位置する感光基板を有するＣＣＤカメラチップ３５を含む。ビームスプリッタ２９が部分ビーム１６に設けられており、そこからビーム３１が分岐し、ビーム３１はカメラアダプタ光学系３９に与えられ、次いで、ビーム３１はカメラに与えられ、物体平面１１の実質的に鮮明な像が像平面３７に生成される。カメラ３３で検出された像は、資料用に用いることもできるし、接眼レンズ１７および１８を直接用いない使用者のために物体平面１１の像を表示するための表示装置によって表示されることもできる。カメラ３３の像は、特に、使用者の頭部装着ディスプレイに与えられてもよい。
【００７２】
顕微鏡システム１は、赤外線で物体平面の像を検出するためのカメラ４１を含む。カメラ４１は、像平面４５に位置する感光基板を有するＣＣＤカメラチップ４３を含む。ビームスプリッタ４９によって部分ビーム１５から分岐されたビーム５１をＣＣＤカメラチップ４３に与えるためにカメラアダプタ光学系４７が設けられている。カメラアダプタ光学系４７は、物体平面１１の実質的に鮮明な像が赤外光で像平面４５に生成されるように構成されている。このように、カメラ３３および４１は、カメラ３３は、物体平面１１の実質的に鮮明な像を可視光で生成し、カメラ４１は、物体平面の実質的に鮮明な像を赤外光で生成するという点で互いに異なっている。従来からの定義によると、赤外光は、８２０ｎｍから８７０ｎｍの範囲の波長を含む。
【００７３】
フィルタ５３が、ビーム５１中であってカメラ４１の正面に配置されている。フィルタ５３は、応用に用いられる蛍光物質に適合している。本実施例では、フィルタ５３は、インドシアニングリーンに適合しており、実質的に８２０ｎｍと８７０ｎｍとの間の波長範囲の光のみを透過する。インドシアニングリーンの蛍光波長はこの波長範囲内である。
【００７４】
別の実施形態によると、ビームスプリッタ４９は、ビームスプリッタ４９が赤外光のみを偏向させるように適切な被膜で覆われている。
【００７５】
カメラ４１によって検出された像は、コントローラまたはコンピュータ５５に与えられる。
【００７６】
ある実施形態による応用では、人間の肝臓などの被検組織を物体平面１１に置く。接眼レンズ１７および１８によって与えられる可視光像だけで組織を観察する場合、組織を貫通して延びる血管は、実質的に不可視である。血管と周囲の肝臓組織とをこのような像から区別するのは容易ではない。ＩＣＧの静脈注射の後、蛍光物質は、周囲の組織によりも血管に高い濃度で蓄積する。８２０ｎｍから８７０ｎｍの波長範囲の光を用いた組織の像は、周囲の組織に比較して蛍光した管に対応する部分において高い強度を示す。
【００７７】
カメラ４１によって検出され、コントローラ５５に与えられた像の例を図５ａに模式的に示す。結像フィールド５８の大部分５７の強度は大変低い。部分５９は、わずかに高い強度を示し、２つの部分６１、６２は、さらに高い強度を示している。より高い強度の赤外線を示している部分６３が部分６１内に存在する。部分６２および６３は、血管に相当し、部分５７は周囲の組織に相当すると考えられる。さらに、部分５９は蛍光物質が低い濃度で蓄積している周囲の組織に相当すると考えられる。
【００７８】
顕微鏡システム１は、平面６７に位置するＬＣＤチップ６９を含む表示システム６５をさらに含む。ＬＣＤチップ６９で表示された像は、投影光学系７１およびビームスプリッタ７３によって部分ビーム１５と重ねられる。使用者は、接眼レンズ１７を覗き込むと、物体平面の可視光像とディスプレイ６５によって生成された像表示との重なりを知覚することができる。コントローラ５５は、図５ａに模式的に示すような、像をディスプレイ６５に与えることができる。像が表示され、例えば青色の可視光で使用者に知覚される。このように、使用者は、可視光像と重なる赤外線像の可視的な表示が与えられる。このとき、使用者は、顕微鏡システム１の物体フィールド内に位置した血管を認識することができる。
【００７９】
しかし、可視光像と図５ａによる像とを重ねるために、部分６１および６２は、その部分内が青色で示されているので、可視光像から得られ得る情報が減少する。この状況を改善するために、コントローラ５５は、カメラ４１から受け取られた像の分析を行う。コントローラは、これらの所定の閾値より大きな強度を示す像のコヒーレント部分を判断する。適切な所定の閾値を用いて、血管と周囲の組織との区別を行うことができる。図５ａに示す例において、閾値は、部分５９における強度が閾値より低く、部分６２および６３内の強度が閾値より高くなるように調整されている。
【００８０】
閾値を超えるコヒーレント部分を同定したあと、コントローラ５５は、コヒーレント領域を囲む外周線を決定する。このような外周線は、像のコヒーレント部分と周囲部分との境界に相当する。コントローラ５５は、外周線を表すデータをディスプレイ６５に与える。ディスプレイは外周線の像を生成し、このような像を５ｂに模式的に図示するように可視光像と重ねる。この像において、部分６１および６２の外周線７５のみが青色で示されている。このように、使用者は、外周線７５の内側に位置する血管に関する情報を与えられ、使用者は、通常どおり血管の可視光像も依然として知覚することができ、これらの血管の可視光像を観察しながら、血管の外科治療を行うことができる。
【００８１】
フィルタ７７は、照射システム２１のビーム路に配置されている。フィルタ７７は、蛍光物質の蛍光発光の波長を実質的に透過しない。物質の蛍光が比較的高いコントラストおよび低いバックグラウンドでカメラ４１によって検出された像において見えるように、蛍光の光で物体を照明しない。
【００８２】
さらに、照明システム２１のビーム路にフィルタチョッパ７９が配置されている。フィルタチョッパ７９は、コントローラ５５によって制御されているモータ８９によって回転駆動されている。フィルタチョッパは、７５０ｎｍと８２０ｎｍとの間の範囲の波長で実質的に透過するセクタと透過しないセクタとの複数のセクタを含む。フィルタチョッパ７９のすべてのセクタは、実質的に可視光を透過する。蛍光物質の励起はフィルタチョッパ７９を回転させることによって変調される。したがって、カメラ４１によって検出された蛍光像の強度も経時的に変調され、コントローラ５５は、蛍光像におけるノイズおよびバックグラウンドをさらに減らすためのロックイン方法などの方法によって蛍光像の時間依存を分析してもよい。
【００８３】
上記の照射システムの別の実施形態は、図４の鎖線に示されている。別の照射システム９０は、光源２３と分離した光源９１を含む。光源９１は、可視光で物体を照射するために設けられており、光源２３は、蛍光物質の励起光を生成するためだけに設けられている。このように、可視光での照射は励起光での照射とは独立し、チョッパホイール７９の回転が、可変を変調すると、使用者が物体の可視光像を観察できない場合があることから、可視光での照射を変調しないようにしてもよい。さらなる実施形態によると、光源２３は、励起光を変調するためのコントローラ５５によって素早く電源のオンオフが行われるレーザ光源である。このような実施形態では、光変調チョッパを省いてもよい。
【００８４】
顕微鏡システムは、分析光ビーム２０５を発光し、分析光ビーム２０５をビームスキャナ２６０に向ける光干渉断層撮影（ＯＣＴ）装置２００をさらに含む。ビームスキャナー２６０は、分析光ビームを物体平面１１に向け、分析光ビーム２０５を物体平面に集束するためのミラーを含む。ビームスキャナー２６０は、物体平面上の分析光ビーム２０５が向けられる位置を選択し、これらの位置を変更するようにコントローラ５５によって制御される。ＯＣＴ装置２００は、選択された位置で物体の深さプロファイルデータを検出し、コントローラ５５に深さプロファイルデータを送る。ＯＣＴ装置は当該技術分野から周知である。例えば、米国特許５、４９３、１０９号および５、７９５、２９５号があり、これらの全開示を参照により本明細書に援用する。
【００８５】
図６を参照して、ＯＣＴ装置２００の機能を以下に簡単に説明する。装置２００は、光ファイバー２３０に結合された放射線を発する白色光源２２０を含む。ビームカップラー２４０が、その放射線を２つの光ファイバ２５０および２７０に結合するために設けられている。ファイバ２７０の１つの部分ビームが、レンズ２８０を介して基準ミラー２９０に向かう。ファイバ２５０の部分ビームは、分析光ビーム２０５としてレンズ２５１を介して平行化され、ビームスキャナ２６０に向かう。ビームスキャナ２６０は、分析光ビーム２０５を被検物体２５５に向ける。物体から戻ってきた分析光ビーム２０５の放射線は、ビームスキャナ２６０によって逆方向にＯＣＴ装置２００へと送られ、ファイバ２５０に結合される。ミラー２９０から反射し戻ってきた放射線もまた、ファイバ２７０に結合される。ビームカップラ２４０は、ファイバ２５０を介して物体から受け取った放射線と、ファイバ２７０を介してミラー２９０で反射し戻ってきた放射線とを重ね、重ねられた放射線をファイバ２６５に結合する。ファイバ２６５は、重ねられた放射線を光検知器２７５に送る。光検知器の出力は、復調器２８５によって復調され、アナログ・デジタル変換器２９５によってコンピュータ読み取り可能データに変換され、コントローラ５５に送られる。
【００８６】
物体２５５およびミラー２９０からの放射線を受け入れる検出器２７５は、ビームスプリッタ２４０とビームスプリッタ２４０での重ね合わせとで２つの部分ビームの光学波長が光源の可干渉長さ内で等しい場合、干渉によって増加する信号を検出する。このように等しい光学ビーム路を達成するために、基準ミラー２９０は、図６における矢印２９１で示される方向に移動可能である。ミラー２９０を移動させ、検出器２７５によって検出された対応する強度を記録することによって、物体２５５の分析光ビーム２０５が向かう位置での物体２５５の深さプロファイルを検出することが可能である。ミラー２９０が機械的に移動しなければならないので、このような深さプロファイルを得るには時間がかかる。
【００８７】
コントローラ５５は、物体の深さプロファイルを記録すべき位置に分析光ビーム２０５を向けるようにビームスキャナ２６０を制御する。コントローラ５５は、図５ｂにおいて参照番号６２および６３で示される蛍光像からコントローラ５５によって先に決定された部分または分析領域に関してのみ、深さプロファイルの記録を行う。
【００８８】
コントローラ５５は、深さプロファイルが部分６２、６３内の直線２１３に位置する複数の部分で記録されるようにビームスキャナ２６０を制御する。ここで、直線２１３は、可視フィールド５８に垂直に配置され、互いに所定の距離をもって配置されている。線２１１に沿って記録された深さプロファイルは、顕微鏡システム１のディスプレイ２０７に表示される。キーボード２０９またはマウスなどの他の入力手段を、可視フィールド５８内の直線２１３の構成、例えば、その向きおよび互いの距離などを選択するために用いることができる。さらに、部分６２、６３のうちの１つを選択して、選択された部分の深さプロファイルをディスプレイ２０７に示さないようにすることもできる。
【００８９】
結像システム６５によって深さプロファイルのうちいくつかの選択されたものを表示し、使用者が接眼レンズを通して物体の像を観察しながら深さプロファイルを分析できるように、このような表示と接眼レンズを通して知覚された可視光像とを重ねることも可能である。
【００９０】
上記の実施形態では、インドシアニングリーンが蛍光物質として用いられている。しかし、他の蛍光物質を用いてもよい。特に、人体の物質の自発蛍光を観察することもできる。蛍光像の強度の分析の代わりに、またはそれに加えて、物体フィールド内の蛍光領域を互いに区別するために蛍光半減期を分析することもできる。
【００９１】
さらなる実施形態によると、表示装置６５によって生成された像を部分ビーム１５ではなく部分ビーム１６に結合する。あるいは、対応の表示を両方の部分ビームに結合してもよい。
【００９２】
上記の実施形態において、外周線７５は実線で表されている。さらなる実施形態によると、外周線は破線、点線、一点鎖線または他のタイプの線で表されてもよく、コヒーレント部分内を像の影領域または斜線領域として表してもよい。
【００９３】
したがって、本発明は、本明細書において最も実用的で好適な実施形態であると考えられたもので示され、記載されているが、本発明の範囲内でこれらから離れることができることが理解され、したがって、本明細書中に開示された詳細に限定されるのではなく、請求項の全範囲は、いずれのおよびすべての均等な方法および装置を含む。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月15日(2010.1.15)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体中の蛍光物質の蛍光を可視化するための顕微鏡システムであって、
以下のものを含む顕微鏡光学系と、
すなわち、物体領域を、前記物体領域の像を表している第１の像データを生成するための第１のカメラの光検出構成要素上に、蛍光物質の蛍光発光波長を含む第１の波長範囲の波長を含む光で光学的に結像するための第１のビーム路と、
前記物体領域の拡大された第１の表示を提供するための第２のビーム路であって、前記第１の表示が、前記物体領域の像を、少なくとも可視光を含む第２の波長範囲の波長を含む光で表す第２のビーム路とを含む顕微鏡光学系と、
少なくとも一定期間、前記第１のカメラによって検出された１組の第１の像データを保存するための像メモリと、
前記１組の第１の像データの少なくとも１つのサブセットから生成された第２の表示のシーケンスを表示するための表示システムであって、使用者による観察のために、前記第２の表示のシーケンスが、前記第１の表示と重ねて表示される表示システムとを含むことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記表示システムが、前記一連の第２の表示を繰り返し表示するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記１組の第１の像データからのサブセットを第１の組の第１の像データによって表された像の強度に基づいて選択するように構成されたコントローラをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記１組の第１の像データからのサブセットを第１の組の第１の像データによって表された像の強度の差に基づいて選択するように構成されたコントローラをさらに含むことを特徴とする請求項１から３に記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
被検物体の蛍光を可視化するための顕微鏡システムの作動方法であって、
表示システムが、使用者による観察のために前記物体の拡大された第１の表示を行うステップであって、前記物体の蛍光が、前記第１の表示に実質的に可視でないステップと、
カメラが、一定期間、前記物体の一連の蛍光像を記録するステップと、
前記表示システムが、前記期間が経過後、前記一連の蛍光像が使用者に可視であるように、かつ前記物体の拡大された第１の表示と重ねて、前記物体の記録された一連の蛍光像を表示するステップとを含む顕微鏡システムの作動方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システムおよび顕微鏡システムの作動方法に関する。特に、近赤外線および／または赤外線波長での蛍光の発光を観察するのに用いることができる顕微鏡システムおよび顕微鏡システムの作動方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の目的は、赤外線または近赤外線波長での蛍光と組み合わせて顕微鏡結像性能を向上させる顕微鏡システムおよび対応する顕微鏡システムの作動方法を提供することである。