(57)【要約】      （修正有）【課題】除算した画像に残存する距離と角度に対する依存性を十分に除去して定量性の高い蛍光画像によって観察を行うことができる蛍光観察装置を提供する。【解決手段】照明光および励起光を照射する光源３を備える照明部４と、被写体Ｘにおいて発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部１８と、被写体Ｘから戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部１７と、該戻り光撮像部１７により取得された参照画像を用いて蛍光撮像部１８により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部６とを備え、該画像補正部６が、以下の処理を行う蛍光観察装置１を提供する。  ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ／Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ（ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値、ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値、Ａ，Ｂ：定数、ｘ，ｙ：許容誤差内に抑える指数である。）【選択図】図１
2010220893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、
被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、
被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、
該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、
該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）        （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）        （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【請求項２】
照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、
被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、
被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、
該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、
該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）      （４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【請求項３】
ｍ＝０である請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
【請求項４】
前記画像補正部が、補正後の蛍光画像の輝度値ＦＬｒｅｖｉｃｅに、さらに１／ｘを累乗する請求項１に記載の蛍光観察装置。
【請求項５】
観察条件を変更するために着脱される着脱部品を備え、
該着脱部品に識別情報が記録され、
該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取手段と、
前記識別情報と累乗値ｘ，ｙとを対応づけて記憶する記憶部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光観察装置。
【請求項６】
前記照明部が、所定の波長の照明光を出射し、
前記累乗値ｘ，ｙが、ｘ：ｙ＝ｃ：ａまたはｘ：ｙ＝ｄ：ｂのいずれかを概略満たすように設定され、
該照明光の波長が、ａｄ−ｂｃ＝εとして、εの絶対値が最小値となるように設定されている請求項２に記載の蛍光観察装置。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光観察装置と、該蛍光観察装置を較正するための較正装置とを備え、
該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察距離および観察角度を変更可能に設定する観察状態設定機構とを備え、
前記蛍光観察装置または較正装置のいずれかに、前記観察状態設定機構により設定された観察距離および観察角度と、前記標準試料を撮影して取得された蛍光画像および参照画像とに基づいて上記累乗値ａ〜ｄを算出する累乗値算出部とを備える蛍光観察システム。
【請求項８】
照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（１）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【請求項９】
照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）・・・（４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            ・・・（３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光観察装置、蛍光観察システムおよび蛍光画像処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛍光画像を反射光画像で除算して、観察距離や角度による蛍光画像の明るさの変動を補正する方法が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２４７２３２号公報
【特許文献２】特公平３−５８７２９号公報
【特許文献３】特開２００６−１７５０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、蛍光と反射光とでは、撮像される明るさの観察距離に対する依存性および観察角度に対する依存性が異なるため、単に蛍光画像を反射光画像で除算したのでは、距離および角度の影響を補正しきれないという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、除算した画像に残存する距離と角度に対する依存性を十分に除去して定量性の高い蛍光画像によって観察を行うことができる蛍光観察装置、蛍光観察システムおよび蛍光画像処理方法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、照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【０００６】
本発明によれば、照明部から被写体に励起光が照射されると、被写体内に存在する蛍光物質が励起され蛍光が発生する。発生した蛍光は蛍光撮像部によって撮影され蛍光画像が取得される。一方、照明部から被写体に照明光が照射されると、被写体の表面において反射等されて戻る戻り光が戻り光撮像部によって撮影され参照画像が取得される。取得された蛍光画像は、画像補正部において参照画像を用いて補正される。
【０００７】
ここで、取得された蛍光画像における各画素の輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅおよび参照画像の輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅは、それぞれ、ＦＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄａｃｏｓｂθ、ＲＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄｃｃｏｓｄθであり、距離および角度に対して別々の依存性を有している。そこで、輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅに何らかの累乗値ｘを累乗し、輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅに何らかの累乗値ｙを累乗することで、これらの依存性を低減することを考えた場合に、式（３）を満たす定数ｍ，ｎを用いて、式（１）、（２）により算出した累乗値ｘ，ｙを用いることで、観察距離および観察角度による依存性を最大許容誤差率の範囲内に抑えた蛍光画像を得ることができ、定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【０００８】
また、本発明は、照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）    （４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【０００９】
本発明によれば、取得された蛍光画像における各画素の輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅおよび参照画像の輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅに対して、輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅに何らかの累乗値ｘを累乗し、輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅに何らかの累乗値ｙを累乗することで、さらに、得られた（ＦＬｂｅｆｏｒｅ／ＲＬｂｅｆｏｒ）に、累乗値１／ｘを累乗することで、最終的に得られる補正された蛍光画像の輝度値と被写体内に含まれる蛍光物質の濃度との比例関係を保ちつつ、距離および角度依存性を低減することができる。ここで、式（４）および式（３）を満たすｍ、ｎを用いて、式（４）からｘ、ｙを算出する。
【００１０】
上記発明においては、ｍ＝０であることにしてもよい。
このようにすることで、影響の大きな観察距離に対する依存性をなくし、観察角度に対する依存性を許容誤差の範囲内に納めることができ、さらに定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記画像補正部が、補正後の蛍光画像の輝度値ＦＬａｆｔｅｒに、さらに１／ｘを累乗することにしてもよい。
このようにすることで、最終的に得られる補正された蛍光画像の輝度値と被写体内に含まれる蛍光物質の濃度との比例関係を保つことができる。
【００１２】
また、上記発明においては、観察条件を変更するために着脱される着脱部品を備え、該着脱部品に識別情報が記録され、該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取手段と、前記識別情報と累乗値ｘ，ｙとを対応づけて記憶する記憶部とを備えていてもよい。
このようにすることで、着脱部品を着脱して観察条件を変更すると、着脱部品に記憶されている識別情報が、識別情報読取手段によって読みとられ、記憶部に識別情報と対応づけて記憶されている累乗値ｘ，ｙを設定することができる。着脱部品としては、例えば、内視鏡装置におけるスコープ等を挙げることができ、その場合に変更される観察条件としては、対物光学系のＮＡや瞳径、観察可能な蛍光の波長および観察対象部位（胃、大腸など）等を挙げることができる。これにより、観察条件に合わせて、最適な累乗値ｘ，ｙを設定でき、観察条件が変動した場合においても定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記照明部が、所定の波長の照明光を出射し、前記定数ｍ，ｎが、ｍ＝０またはｎ＝０となるように設定され、かつ、該照明光の波長が、ａｄ−ｂｃ＝εとして、εの絶対値が最小値となるように設定されていてもよい。
このようにすることで、照明光の波長によっても変化する累乗値ａ〜ｄに対して、観察距離および観察角度の依存性を低減することができる。
【００１４】
また、本発明は、上記いずれかの蛍光観察装置と、該蛍光観察装置を較正するための較正装置とを備え、該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察距離および観察角度を変更可能に設定する観察状態設定機構とを備え、前記蛍光観察装置または較正装置のいずれかに、前記観察状態設定機構により設定された観察距離および観察角度と、前記標準試料を撮影して取得された蛍光画像および参照画像とに基づいて上記累乗値ａ〜ｄを算出する累乗値算出部とを備える蛍光観察システムを提供する。
【００１５】
本発明によれば、蛍光観察に先立って、蛍光観察装置を較正装置にかけることで、標準試料を使用して蛍光観察装置における正確な累乗値ａ〜ｄを算出することができる。これにより、蛍光観察装置に存在する個体差や、着脱部品が存在する場合にはその個体差にかかわらず、精度良く累乗値ａ〜ｄを算出して、適正な累乗値ｘ、ｙを設定でき、より定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００１６】
また、本発明は、照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）    （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）    （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（１）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【００１７】
また、本発明は、照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）・・・（４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた累乗値
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた累乗値
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            ・・・（３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【発明の効果】
【００１８】
除算した画像に残存する距離と角度に対する依存性を十分に除去して定量性の高い蛍光画像によって観察を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の蛍光観察装置の第１の変形例を示す全体構成図である。
【図３】図１の蛍光観察装置の第２の変形例を示す全体構成図である。
【図４】図１の蛍光観察装置の第３の変形例を示す全体構成図である。
【図５】開口が有限の大きさを有するときの被写体上の照射面への照度と距離との関係を説明する図である。
【図６】図５において開口径を変えたときの所定の条件下で得られた照度の観察距離特性を累乗近似したグラフを示す図である。
【図７】図１の蛍光観察装置の第４の変形例を示す全体構成図である。
【図８】図１の蛍光観察装置の第５の変形例を示す全体構成図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る蛍光観察システムを示す全体構成図である。
【図１０】図９の蛍光観察システムの較正装置を示す図である。
【図１１】図９の蛍光観察システムの制御部における処理を説明するフローチャートである。
【図１２】図９の蛍光観察システムにおける距離依存性および角度依存性の測定を説明する図である。
【図１３】図１２の測定結果に基づく観察距離特性および観察角度特性とそれに基づく累乗近似曲線のグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置１および蛍光画像処理方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１は、内視鏡装置であって、図１に示されるように、体内に挿入される細長い挿入部２と、光源（照明部）３と、該光源３からの照明光および励起光を挿入部２の先端から観察対象Ａに向けて照射する照明ユニット（照明部）４と、挿入部２の先端に設けられ、観察対象Ａである生体組織の画像情報を取得する撮像ユニット５と、挿入部２の基端側に配置され、撮像ユニット５により取得された画像情報を処理する画像処理部６と、該画像処理部６により処理された画像Ｇを表示するモニタ７とを備えている。
【００２１】
光源３は、キセノンランプ８と、該キセノンランプ８から発せられた照明光から、励起光および照明光（例えば、波長帯域４００〜７４０ｎｍ）を切り出すフィルタ９と、フィルタ９により切り出された励起光および照明光を集光するカップリングレンズ１０とを備えている。
照明ユニット４は、挿入部２の長手方向のほぼ全長にわたって配置され、カップリングレンズ１０によって集光された励起光および照明光を導光するライトガイドファイバ１１と、挿入部２の先端に設けられ、ライトガイドファイバ１１によって導光されてきた励起光および照明光を拡散させて、挿入部２の先端面２ａに対向する観察対象Ｘに照射する照明光学系１２とを備えている。
【００２２】
撮像ユニット５は、観察対象Ｘの所定の観察範囲から戻る取り光を集光する対物レンズ１３と、該対物レンズ１３によって集光された戻り光の内、励起波長以上の光（励起光および蛍光）を反射し、励起波長より短い波長の照明光を透過するダイクロイックミラー（分岐部）１４と、ダイクロイックミラー１４を透過した照明光およびダイクロイックミラー１４により反射された蛍光をそれぞれ集光する２つの集光レンズ（撮像光学系）１５，１６と、集光レンズ１５，１６によって集光された蛍光および照明光を撮像するＣＣＤのような２個の撮像素子１７，１８とを備えている。図中、符号１９は、ダイクロイックミラー１４によって反射された光から励起光を遮断する（例えば、波長帯域７６０〜８５０nmの光だけを透過する）励起光カットフィルタである。
【００２３】
画像処理部６は、撮像素子１７により取得された参照画像情報Ｓ１から参照画像Ｇ１を生成する参照画像生成部２０と、撮像素子１８により取得された蛍光画像情報Ｓ２から蛍光画像Ｇ２を生成する蛍光画像生成部２１と、これら参照画像生成部２０および蛍光画像生成部２１により生成された参照画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２に基づいて補正された蛍光画像Ｇ３を生成する画像補正部２２と、該画像補正部２２において生成された補正された蛍光画像Ｇ３と参照画像生成部２０において生成された参照画像Ｇ１とを合成して画像Ｇを生成する画像合成部２３とを備えている。
画像合成部２３は、例えば、参照画像Ｇ１と補正された蛍光画像Ｇ３とを並列に配置してモニタ７に同時に表示させるよう画像Ｇを合成し、モニタ７に出力するようになっている。
【００２４】
ここで、蛍光画像Ｇ２としては、たとえば蛍光色素Ｃｙ７からの蛍光画像とすればよい。特に、腫瘍特異的な蛍光薬剤、たとえば癌特異的分子ＣＥＡに対する抗体（Ａｎｔｉ−ＣＥＡ抗体）とＣｙ７とを結合させた蛍光薬剤を予め観察対象Ｘに投与しておけば、腫瘍特異的な蛍光画像Ｇ２を得ることができる。また、参照画像Ｇ１としては、例えば照明光が観察対象Ｘの表面で反射した戻り光および観察対象Ｘの内部での散乱による戻り光に基づく画像を用いればよい。
【００２５】
画像補正部２２は、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ１および蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ２に前処理を施す前処理部２４と、該前処理部２４において前処理を施された蛍光画像Ｇ２’を、前処理を施された参照画像Ｇ１’で除算する除算処理部２５とを備えている。
【００２６】
前処理部２４は、以下の画像処理方法を実施するようになっている。
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ      （５）
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ      （６）
ここで、
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像Ｇ２、参照画像Ｇ１の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ，ＲＬａｆｔｅｒ：前処理された蛍光画像Ｇ２、参照画像Ｇ１の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ，ｙ：以下の方法により予め定められた累乗値
である。
【００２７】
以下に、累乗値ｘ、ｙの設定方法について説明する。
一般に、蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１は、観察距離Ｄと観察角度θに対して概ね以下のような依存性を有している。
ＦＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄａｃｏｓｂθ、ＲＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄｃｃｏｓｄθ
これをこのまま除算すると、
ＦＬｂｅｆｏｒｅ／ＲＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄａ−ｃｃｏｓｂ−ｄθ
となる。ここで、観察距離Ｄは、例えば、挿入部２の先端から観察対象Ｘ表面までの距離、観察角度θは、例えば、観察対象Ｘの表面の法線と対物レンズ１３の光軸（または挿入部２の長軸方向）とのなす角度とすることができる。
【００２８】
次に、累乗値ｘ，ｙをそれぞれ蛍光画像Ｇ２、参照画像Ｇ１の輝度値に累乗した場合には、
ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ／ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ∝Ｄａｘ−ｃｙｃｏｓｂｘ−ｄｙθ
となるので、ここで、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙとして、ｍ，ｎが許容限度となるように累乗値ｘ，ｙを設定する。
すなわち、
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （２）
であり、分母ｂｃ−ａｄ＝０となる場合には、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂとなるように累乗値ｘ，ｙを設定する。
【００２９】
想定される最大の観察距離Ｄｍａｘ、最小の観察距離Ｄｍｉｎ、想定される最大の観察角度θｍａｘ、最小の観察角度θｍｉｎ（０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）とすると、それぞれの比ｒＤ，ｒθは、
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ，ｒθ＝θｍｉｎ／θｍａｘ
となり、補正蛍光画像における最大許容誤差率ｅｍａｘを用いて、
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ              （３）
となるｍ，ｎを選択する。
【００３０】
ここで、想定される観察距離Ｄの範囲は、例えば、対物レンズ１３の被写界深度から求めることができ、想定される観察角度θの範囲は、例えば、対物レンズ１３の視野角から求めることができる。
また、ｅｍａｘは、
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ＝１＋ｅｍａｘ
により求められる。
したがって、まず、予め最大許容誤差率ｅｍａｘを設定し、次に式（３）を満たすようなｍ、ｎを設定し、それに基づき式（１）および式（２）を満たすようなｘ、ｙを設定すればよい。
【００３１】
また、累乗値ａ〜ｄは、以下のようにして求められる。
すなわち、照明ユニット４から観察対象Ｘまでの距離Ｄを変更しながら、照明ユニット４から被写体Ｘに対して励起光および照明光を照射して得られた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の予め定められた領域の輝度値の平均値を、距離Ｄに対してプロットする。このようにして、得られた距離特性を累乗近似、すなわち、累乗関数Ｄａ，Ｄｃに回帰することにより観察距離Ｄに対する依存性を示す累乗値ａ，ｃを得る。
【００３２】
同様にして、観察角度θに対する累乗値ｂ，ｄも、照明ユニット４の光軸と被写体Ｘとの角度θを変更しながら、照明ユニット４から被写体Ｘに対して励起光および照明光を照射して得られた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の予め定められた領域の輝度値の平均値を、角度の余弦値ｃｏｓθに対してプロットする。このようにして、得られた余弦特性を累乗近似、すなわち、累乗関数ｃｏｓｂθ、ｃｏｓｄθに回帰することにより観察角度θに対する依存性を示す累乗値ｂ，ｄを得る。
【００３３】
除算処理部２５においては、画素毎に上記において前処理された蛍光画像Ｇ２’の輝度値ＦＬａｆｔｅｒと、参照画像Ｇ１’の輝度値ＲＬａｆｔｅｒとを用いて、以下の除算演算を行い、補正された蛍光画像Ｇ３の輝度値ＦＬｒｅｖｉｃｅを取得する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
【００３４】
このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１および蛍光画像処理方法によれば、相互に異なる依存性をもって蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１内に含まれている観察距離Ｄおよび観察角度θの依存性を、予め決められた許容可能な誤差の範囲内において十分に低減することができる。したがって、定量性の高い補正後の蛍光画像Ｇ３を得て、精度良く観察することができるという利点がある。
また、不適切なｘ、ｙを設定することにより、ｍ、ｎが大きな値となり、蛍光画像Ｇ３の定量性が低くなってしまうことを未然に防ぐことができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘとなるｍ，ｎを選択することとしたが、一般に、距離依存性を表す累乗数ａ，ｃの方が累乗数ｂ，ｄよりも大きくなることを考慮して、ｍ＝０となるようなｘ，ｙを設定することにしてもよい。
例えば、一般に、消化器内視鏡の視野角は片側７５°程度である。したがって、θは最大でも７５°程度であると想定できる。また、許容誤差ｅｍａｘは、この範囲内で１０％程度に抑えるとすると、
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ＝ｃｏｓ０°／ｃｏｓ７５°＝３．８６
したがって、
ｎ＝ｌｏｇ（１＋０．１）／ｌｏｇ３．８６＝０．０７
【００３６】
例えば、後述する実験例により求められた累乗値ａ〜ｄ、
ａ＝−１．５１８、ｂ＝０．５１４、ｃ＝−１．６０５、ｄ＝０．６７５
を用いると、ｘ≒０，５６３、ｙ≒０．５３２となる。
このようにして求められた累乗値ｘ、ｙを用いて蛍光画像Ｇ２を補正することにより、距離依存性をなくし、角度依存性による輝度の変化を１０％以下に低減した蛍光画像Ｇ３を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態においては、撮像素子１８，１９によって取得された蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１には、撮像素子１８，１９の暗電流や読み出しに由来したノイズが含まれている。また、除算処理をする際に、参照画像Ｇ１に輝度値ゼロの画素が存在すると、除算結果が無限大となって適正な補正を行うことができない。
そこで、前処理部２４において、蛍光画像Ｇ２に対しては、暗電流や読み出しに由来するノイズ成分を除去するようなオフセットを与え、参照画像Ｇ１には、暗電流や読み出しに由来するノイズ成分を除去する上に、全ての画素の輝度値がゼロとならないようなオフセットを与えることにしてもよい。
【００３８】
また、参照画像Ｇ１としては、観察対象Ｘからの表面反射光や散乱戻り光のほかに、観察対象Ｘから発生する自家蛍光や、蛍光画像Ｇ２の取得のために用いた蛍光薬剤とは異なる波長帯域の蛍光特性を有する別の蛍光薬剤からの蛍光を観察した画像でもよい。
また、モニタ７に表示する画像は、補正後の蛍光画像Ｇ３に並べて表示する画像として、参照画像Ｇ１の代わりに別途取得した白色反射画像を表示しても良い。
【００３９】
また、参照画像Ｇ１も蛍光画像Ｇ２もともに、その観察距離Ｄや観察角度θに対する依存度が、被写体Ｘの表面の粗さ、病変部やその組織の厚さ、吸収、被写体Ｘ内部の散乱戻り光などの影響を受ける。光の波長によって組織や被写体Ｘ内の血液などによる吸収あるいは組織によって受ける散乱の特性が異なるため、波長を選択することにより、参照画像Ｇ１の観察距離Ｄや観察角度θに対する依存性を変えることができる。すなわち、照明光の波長を選択することにより、累乗値ａ〜ｄを調節することができる。
【００４０】
通常は、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙに対して、ｍ、ｎをｍ＝ｎ＝０と設定すると、ｘ＝ｙ＝０以外の解が存在しないため、このような設定をすることができない。
ただし、ａｄ−ｂｃ＝εとして、ε＝０となるような観察距離Ｄに対する依存性または観察角度θに対する依存性が得られるように照明光の波長を設定することができれば、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙに対して、ｍ、ｎをｍ＝ｎ＝０と設定しても、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂとなるようなｘ、ｙを設定することができる。
したがって、照明光の波長が、ε＝０あるいは、できる限り０に近い値になるように設定されていることが好ましい。このようにすることで、補正後の蛍光画像Ｇ３の観察距離Ｄと観察角度θに対する依存性を両方ともほぼ消去することができ、誤差をおおむねゼロにすることができ、蛍光画像Ｇ３の定量性を最大限に向上させることができる。
【００４１】
そこで、図２に示されるように、キセノンランプ８から発せられた励起光および照明光の内、照明光の波長を選択するために、透過率特性の異なる複数のフィルタ２６ａを択一的に光軸上に配置可能なフィルタターレット２６を設け、波長を切り替えつつεを算出して、その絶対値が最小値となる波長を選択することにしてもよい。図中、符号２７は、励起光と照明光とを合波するダイクロイックミラー、符号２８はミラーである。
【００４２】
また、図３に示されるように、対物レンズ１３の後段に可変絞り２９を設け、対物レンズ１３の開口を調節することによっても、累乗値ａ〜ｄを最適化することができる。観察される光には被写体Ｘの表面における反射光だけではなく、被写体Ｘの内部で散乱されて戻ってきた光も多く含まれる。対物レンズ１３の開口が大きければ、多重散乱して光軸から大きく外れた所から伝播してきた光も多く取り込むことができる。つまり、開口が大きいほど被写体Ｘ内部から戻ってきた光の寄与が大きくなる。被写体Ｘの表面の反射と内部空の戻り光との比率と、観察距離Ｄおよび観察角度θに対する依存性とが相関するため、開口を調整することにより累乗値ａ〜ｄを調節することができる。
【００４３】
また、図４に示されるように、照明ユニット４に可変絞り３０を設けることにしてもよい。例えば、開口が点である場合には被写体Ｘでの照度は距離の２乗に比例するが、点ではない場合には２乗に比例する関係から遠ざかる。
ここで、例として、照明光が光軸を中心にガウシアン分布を有し、開口が有限の大きさを有するときの被写体Ｘ上の照射面への照度と距離との関係を考える。図５に示されるように、照明光の光軸上にあり、照明光学系１２の開口から距離ｄ１だけ離れた被写体Ｘ上の照射面における照度と距離の変化を考える。開口の半径ａ１、距離ｄ１とする。ここで、照明光光学系の開口平面上において、光軸からａ１’〜ａ１’＋ｄａ１’だけ離れ、角度θ〜θ＋ｄθの範囲から放出される光が照射面に到達するときの照度を表す。角度θは、図５の下側の図（照明光学系の開口を下方から見た図）のように定義される。２本の一点鎖線は証明光学系の光軸と交わり、互いに垂直な直線である。照明光の広がりに比例する定数α、照明光の総強度Ｅとして、照射面における照度は、以下の通りとなる。
【００４４】
【数１】
2010220893.tif 000003
【００４５】
ここで、βはガウシアンの半値幅に関連する定数（正の実数）である。（βが大きいほど半値幅は小さい。）。したがって、開口内の全ての点から発する光が照射面に到達するときの照度の合計である総照度は、以下の通りとなる。
【００４６】
【数２】
2010220893.tif 000004
【００４７】
ここで、指数関数の累乗値を４乗の項まで近似すると、総照度は以下の通りとなる。
【００４８】
【数３】
2010220893.tif 000005
【００４９】
これによれば、開口が大きくなるほど、距離ｄ１の４乗に反比例する項の寄与が大きくなり、総照度が距離の２乗に反比例する性質から離れてくる。この場合には、単純な累乗関数とはならないが、最小自乗法などによる近似曲線を得ることによって、おおよその値を求めることができる。
例えば、Ｅ＝１０，α＝１，β＝１．５とし、観察距離２〜１５における回帰曲線をａ１＝０．２，１，１．５としてそれぞれ算出すると、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、距離の−１．９９７乗、−１．９３１乗および−１．８４９乗に比例する関数に近似することができる。
これにより、より定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、図７に示されるように、挿入部（着脱部品）２が光源３に着脱可能に設けられていてもよい。この場合には、挿入部２が着脱されて他の挿入部２に交換されることによって、対物レンズ１３を始め、挿入部２に含まれる種々の光学系が変更されるので、対物レンズ１３の開口数（ＮＡ）や瞳径等の変化、あるいは、検出する蛍光の波長、観察対象部位（胃組織や大腸組織など）等の変化によって、上記累乗値ａ〜ｄが変化する。
【００５１】
したがって、挿入部２に識別情報を記憶するＩＣチップ３１を備え、挿入部２が取り付けられる光源３側にＩＣチップ３１内の識別情報を読み取る読取装置３２と、識別情報と各挿入部２に適した累乗値ｘ，ｙとを対応づけて記憶する記憶部３３とを備えていることが好ましい。そして、前処理部２４が、記憶部３３から出力される挿入部２の識別情報に対応する累乗値ｘ，ｙを受け取って、上記演算を行うことにすればよい。
このようにすることで、光源３に対して挿入部２が交換されても、該挿入部２に最適の累乗値ｘ，ｙが設定され、定量性の高い蛍光画像Ｇ３を常に取得することができるという利点がある。
【００５２】
また、図８に示されるように、除算処理部２５により得られた除算値をさらに累乗値１／ｘで累乗して蛍光画像Ｇ３’を算出する後処理部３４を備えることにしてもよい。
蛍光画像Ｇ２の蛍光強度は蛍光色素の濃度に比例する。具体的には、例えば、病変部等に集積した蛍光色素（または蛍光薬剤）の濃度をＣ（ｍｏｌ／Ｌ）、蛍光色素が集積した病変部の体積をＶ（ｃｍ３）、病変部の上表面と平行な平面で切断したときの断面積をＳ（ｃｍ２）とすると、病変部から発生する蛍光の輝度Ｅ（Ｗ／ｃｍ２・ｓｒ）は、
Ｅ∝ＣＶ／Ｓ≒Ｃｔ
となる。
【００５３】
ただし、ｔ（ｃｍ）は病変部の厚さを表す。したがって、撮影された蛍光画像Ｇ２の階調値ＦＬｂｅｆｏｒｅは、病変部に蓄積した蛍光色素の濃度と病変部の厚さに概ね比例したものとなる。つまり、おおむねＦＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｃｔとなる。
しかしながら、上述のように、蛍光画像Ｇ２の輝度値に累乗値ｘを累乗する前処理を施す場合には、補正された蛍光画像Ｇ３の階調値ＦＬｒｅｖｉｃｅとＣｔは
ＦＬｒｅｖｉｃｅ∝（Ｃｔ）１/x
という関係となり、ｘ＝１以外の場合には、蛍光濃度をリニアに表した蛍光画像Ｇ３とはならない。そこで、後処理部３４において累乗値１／ｘを累乗することにより、蛍光濃度をリニアに表した蛍光画像Ｇ３を取得することができる。したがって、蛍光画像Ｇ３の定量性を高め、かつ蛍光濃度および蛍光色素が集積した病変部の厚さをより正確に反映したものとすることができる。
【００５４】
この場合、後処理部３４による後処理を含めて、観察距離Ｄおよび観察角度θに対する依存性を除去することが好ましいので、上記実施例における、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙとしたことに代えて、ｍ＝（ａｘ−ｃｙ）／ｘ、ｎ＝（ｂｘ−ｄｙ）／ｘとして、ｍ，ｎが許容限度となるように累乗値ｘ，ｙを設定することにしてもよい。
ここで、これらの式が、ｘ，ｙに関して、ｘ＝ｙ＝０以外の解を持つためには、
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）    （４）
を満たすことが必要である。
したがって、式（４）および式（３）を満たすｍ、ｎを設定し、設定したｍ、ｎをもとに、式（４）からｘ，ｙを設定すればよい。
【００５５】
また、この場合に、ｍ＝０とした場合、ε＝ａｄ−ｂｃとすれば、式（４）より、ｎ＝（ｂｃ−ａｄ）／ｃ＝―ε／ｃとなる。したがって、上述したように、εの絶対値が最小値となるように設定されるように、参照画像Ｇ１や蛍光画像Ｇ２の波長を調整することにより、式（３）を満たす範囲内で、さらにｎの値を最小にすることができ、補正後の蛍光画像Ｇ３の観察距離Ｄおよび観察角度θに対する依存性を最小にすることができる。ここで、対物レンズ１３や照明ユニット４の開口の大きさを設定することにしてもよい。このような調整により、蛍光画像Ｇ３の定量性をさらに最大限向上させることができる。
【００５６】
特に、ε＝０となるような観察距離Ｄに対する依存性または観察角度θに対する依存性が得られるように、照明光の波長、もしくは対物レンズ１３や照明ユニット４の開口の大きさを設定することができれば、式（４）より、ｍ＝ｎ＝０、かつｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂとなるようなｘ、ｙを設定することができるため、補正後の蛍光画像Ｇ３の観察距離Ｄと観察角度θに対する依存性を両方とも消去することができ、誤差をほぼゼロにすることができる。
【００５７】
次に、本発明の一実施形態に係る蛍光観察システム４０について、図面を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した一実施形態に係る蛍光観察装置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。
【００５８】
本実施形態に係る蛍光観察システム４０は、図９に示されるように、蛍光観察装置１と、該蛍光観察装置１を装着する較正装置４１とを備えている。
本実施形態においては、蛍光観察装置１は、較正装置４１から送られてくる距離および角度情報と、参照画像生成部２０から送られてくる参照画像Ｇ１および蛍光画像生成部２１から送られてくる蛍光画像Ｇ２とに基づいて、累乗値ｘ，ｙを算出する依存定数決定部４２を備えている。
【００５９】
依存定数決定部４２は、予め設定された最大許容誤差率ｅｍａｘおよび定数ｍを記憶している。
依存定数決定部４２は、較正装置４１から送られてくる距離および角度情報と、参照画像生成部２０から送られてくる参照画像Ｇ１および蛍光画像生成部２１から送られてくる蛍光画像Ｇ２とを逐次対応づけて、予め定められた数のデータ群が集められるまで記憶するようになっている。そして、予め定められた数のデータ群が集められたところで、蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像Ｇ１の輝度値から、観察距離特性および観察角度特性をそれぞれプロットするようになっている。さらに、依存定数決定部４２は、生成された観察距離特性および観察角度特性をそれぞれ累乗近似して累乗値ａ〜ｄを算出するようになっている。
【００６０】
このようにして累乗値ａ〜ｄが算出された時点で、記憶されている最大許容誤差率ｅｍａｘおよび定数ｍを用いて定数ｎを算出し、これら定数ｍ，ｎおよび累乗値ａ〜ｄを用いて累乗値ｘ，ｙを算出し、前処理部２４に向けて出力するようになっている。
【００６１】
較正装置４１は、図９および図１０に示されるように、挿入部２を固定するホルダ４３と、該ホルダ４３に固定された挿入部２の先端面２ａに対して観察距離をあけて対向させられる標準試料４４と、挿入部２の先端面２ａと標準試料４４との間の観察距離を変更する直動ステージ４５と、対物レンズ１３の光軸に対する標準試料４４の表面の角度（観察角度）を変更するチルトステージ４６と、これらのステージ４５，４６を制御する制御部４７とを備えている。
【００６２】
制御部４７は、まず、図１１に示されるように、標準試料４４の表面に対して挿入部２の先端面２ａが観察開始の距離となるように直動ステージ４５を駆動させ（ステップＳ１）、そのときの観察距離Ｄを蛍光観察装置１の依存定数決定部４２に出力する（ステップＳ２）。この状態で、照明ユニット４から照明光および励起光を標準試料４４に対して照射し、戻り光および蛍光が撮影される（ステップＳ３）。蛍光画像生成部２１において生成された蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像生成部２１において生成された参照画像Ｇ１の輝度値は依存定数決定部４２に送られる（ステップＳ４）。
【００６３】
そして、制御部４７は、上記ステップＳ１〜Ｓ４を予め定められた回数だけ、複数回にわたって繰り返す（ステップＳ５）。これにより、挿入部２の先端面２ａと標準試料４４の表面との距離が、複数点の観察距離Ｄとなるように標準試料４４を移動させ、その都度、観察距離Ｄを依存定数決定部４２に出力する。また、各観察距離Ｄにおいて得られた蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像Ｇ１の輝度値が、蛍光画像生成部２１および参照画像生成部２０から依存定数決定部４２に送られる。これにより、依存定数決定部４２においては、複数の観察距離Ｄとこれに対応づけられた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の輝度値のデータ群が記憶され、予め定められた数のデータ群が集められたところで、上述したように、累乗関数に回帰し（ステップＳ６）、観察距離Ｄに対する依存性を示す累乗値ａ，ｃを算出する（ステップＳ７）。
【００６４】
制御部４７は、次いで、標準試料４４の表面に対して挿入部２の先端面２ａが観察開始の距離および角度となるように直動ステージ４５およびチルトステージ４６を駆動させ（ステップＳ８）、そのときの観察角度θを蛍光観察装置１の依存定数決定部４２に出力するようになっている（ステップＳ９）。この状態で、照明ユニット４から照明光および励起光を標準試料４４に対して照射し、戻り光および蛍光を撮影する（ステップＳ１０）。蛍光画像生成部２１において生成された蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像生成部２０において生成された参照画像Ｇ１の輝度値は依存定数決定部４２に送られる（ステップＳ１１）。
【００６５】
そして、制御部４７は、上記ステップＳ８〜Ｓ１１を予め定められた回数だけ、複数回にわたって繰り返す（ステップＳ１２）。これにより、挿入部２の先端面２ａと標準試料４４の表面との角度が、複数点の観察角度θとなるように標準試料４４を移動させ、その都度、観察角度θを依存定数決定部４２に出力する。また、各観察角度θにおいて得られた蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像Ｇ１の輝度値が、蛍光画像生成部２１および参照画像生成部２０から依存定数決定部４２に送られる。これにより、依存定数決定部４２においては、複数の観察角度θとこれに対応づけられた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の輝度値のデータ群が記憶され、予め定められた数のデータ群が集められたところで、上述したように、累乗関数に回帰し（ステップＳ１３）、観察角度θに対する依存性を示す累乗値ｂ，ｄを算出する（ステップＳ１４）。そして、このようにして求められた累乗値ａ〜ｄおよび、予め設定されている許容誤差ｅｍａｘに基づいて設定された定数ｍ，ｎを用いて、輝度の変動を補正するための累乗値ｘ，ｙが算出される（ステップＳ１５）。
【００６６】
このように、本実施形態に係る蛍光観察システム４０によれば、被写体Ｘや観察条件、例えば、各光学系や観察に使用する蛍光波長などが変化しても、最大許容誤差率ｅｍａｘより小さい誤差率となる累乗値ｘ，ｙを設定することができ、種々の被写体Ｘや観察条件においても定量性の高い蛍光画像Ｇ３により観察することができるという利点がある。
例えば、蛍光観察装置１として内視鏡に適用する場合には、硬性鏡や軟性鏡のような種類の違い、あるいは、上部消化器内視鏡や下部消化器内視鏡のような観察部位の違いなどがあったとしても、それぞれに対応した最適な補正用の累乗値ｘ，ｙを設定することができる。また、同一種類の蛍光観察装置１であったとしても、個体差に拘わらず、個々の装置に対して最適な累乗値ｘ，ｙを設定することができる。
【００６７】
なお、本実施形態における標準試料４４としては、観察しようとする生体と同様の散乱や吸収特性を有するファントムを用いてもよいし、ヒトや動物（ブタやマウス等）の切除組織を用いてもよい。
【００６８】
ここで、本実施形態に係る蛍光観察システム４０を用いた実験例を図面を参照して以下に説明する。
照明光として白色光および蛍光薬剤の励起光を含む帯域（波長帯域４００〜７４０ｎｍ）の光を用い、参照画像Ｇ１としては試料Ｙ表面において反射して戻る照明光の反射光画像を採用した。また蛍光画像Ｇ１としては、試料Yの内部に注入された蛍光色素Cy7から発生する蛍光画像を採用した。試料Ｙとしては、ブタの摘出直腸を採用した。
【００６９】
図１２（ａ），（ｂ）に示されるように、挿入部２の先端面２ａを試料Ｙの表面に対向させた。
距離依存性の測定は、挿入部２の軸線が直動ステージ４５の載置面４８の法線と平行となる位置で、直動ステージ４５を下降させて観察距離Ｄを増大させつつ、複数の観察距離Ｄにおいて照明光および励起光を照射して参照画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２を取得した。その結果、図１３（ａ），（ｃ）に示されるような観察距離特性を示すプロットが得られた。
【００７０】
また、角度依存性の測定は、挿入部２の軸線が載置面４８の法線と平行となる位置から、載置面４８上に配置される中心線回りに回転させつつ、複数の観察角度において照明光および励起光を照射して参照画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２を取得した。その結果、図１３（ｂ），（ｄ）に示されるような観察角度特性を示すプロットが得られた。
【００７１】
そして、図中に鎖線で示すように、これらのプロットをＹ＝Ｐ・ＸＱ（Ｘが横軸、Ｙが縦軸、Ｐは定数、Ｑは累乗値）の曲線に回帰させることにより、観察距離に関する累乗値ａ，ｃ、および観察角度に関する累乗値ｂ，ｄを算出すると、ａ＝−１．５１８、ｂ＝０．５１４、ｃ＝−１．６０５、ｄ＝０．６７５が得られた。
【符号の説明】
【００７２】
Ｘ  被写体
１  蛍光観察装置
２  挿入部（着脱部品）
３  光源
４  照明ユニット（照明部）
６  画像補正部
１７  撮像素子（戻り光撮像部）
１８  撮像素子（蛍光撮像部）
３２  読取装置（識別情報読取手段）
３３  記憶部
４０  蛍光観察システム
４１  較正装置
４２  依存定数決定部（累乗値算出部）
４４  標準試料
４５  直動ステージ（観察状態設定機構）
４６  チルトステージ（観察状態設定機構）
【図１】
2010220893.tif 000006
【図２】
2010220893.tif 000007
【図３】
2010220893.tif 000008
【図４】
2010220893.tif 000009
【図５】
2010220893.tif 000010
【図６】
2010220893.tif 000011
【図７】
2010220893.tif 000012
【図８】
2010220893.tif 000013
【図９】
2010220893.tif 000014
【図１０】
2010220893.tif 000015
【図１１】
2010220893.tif 000016
【図１２】
2010220893.tif 000017
【図１３】
2010220893.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月23日(2010.3.23)
【手続補正１】
【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】
照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、
被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、
被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、
該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、
該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）        （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）        （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【請求項２】
照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、
被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、
被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、
該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、
該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）      （４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【請求項３】
ｍ＝０である請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
【請求項４】
前記画像補正部が、補正後の蛍光画像の輝度値ＦＬｒｅｖｉｃｅに、さらに１／ｘを累乗する請求項１に記載の蛍光観察装置。
【請求項５】
観察条件を変更するために着脱される着脱部品を備え、
該着脱部品に識別情報が記録され、
該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取手段と、
前記識別情報と指数ｘ，ｙとを対応づけて記憶する記憶部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光観察装置。
【請求項６】
前記照明部が、所定の波長の照明光を出射し、
前記指数ｘ，ｙが、ｘ：ｙ＝ｃ：ａまたはｘ：ｙ＝ｄ：ｂのいずれかを概略満たすように設定され、
該照明光の波長が、ａｄ−ｂｃ＝εとして、εの絶対値が最小値となるように設定されている請求項２に記載の蛍光観察装置。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光観察装置と、該蛍光観察装置を較正するための較正装置とを備え、
該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察距離および観察角度を変更可能に設定する観察状態設定機構とを備え、
前記蛍光観察装置または較正装置のいずれかに、前記観察状態設定機構により設定された観察距離および観察角度と、前記標準試料を撮影して取得された蛍光画像および参照画像とに基づいて上記指数ａ〜ｄを算出する指数算出部とを備える蛍光観察システム。
【請求項８】
照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（１）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【請求項９】
照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）・・・（４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            ・・・（３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光観察装置、蛍光観察システムおよび蛍光画像処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛍光画像を反射光画像で除算して、観察距離や角度による蛍光画像の明るさの変動を補正する方法が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２４７２３２号公報
【特許文献２】特公平３−５８７２９号公報
【特許文献３】特開２００６−１７５０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、蛍光と反射光とでは、撮像される明るさの観察距離に対する依存性および観察角度に対する依存性が異なるため、単に蛍光画像を反射光画像で除算したのでは、距離および角度の影響を補正しきれないという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、除算した画像に残存する距離と角度に対する依存性を十分に除去して定量性の高い蛍光画像によって観察を行うことができる蛍光観察装置、蛍光観察システムおよび蛍光画像処理方法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、照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【０００６】
本発明によれば、照明部から被写体に励起光が照射されると、被写体内に存在する蛍光物質が励起され蛍光が発生する。発生した蛍光は蛍光撮像部によって撮影され蛍光画像が取得される。一方、照明部から被写体に照明光が照射されると、被写体の表面において反射等されて戻る戻り光が戻り光撮像部によって撮影され参照画像が取得される。取得された蛍光画像は、画像補正部において参照画像を用いて補正される。
【０００７】
ここで、取得された蛍光画像における各画素の輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅおよび参照画像の輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅは、それぞれ、ＦＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄａｃｏｓｂθ、ＲＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄｃｃｏｓｄθであり、距離および角度に対して別々の依存性を有している。そこで、輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅを何らかの指数ｘで累乗し、輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅを何らかの指数ｙで累乗することで、これらの依存性を低減することを考えた場合に、式（３）を満たす定数ｍ，ｎを用いて、式（１）、（２）により算出した指数ｘ，ｙを用いることで、観察距離および観察角度による依存性を最大許容誤差率の範囲内に抑えた蛍光画像を得ることができ、定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【０００８】
また、本発明は、照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、被写体から戻る戻り光を撮影し参照画像を取得する戻り光撮像部と、該戻り光撮像部により取得された参照画像を用いて前記蛍光撮像部により撮像された蛍光画像を補正する画像補正部とを備え、該画像補正部が、以下の処理を行う蛍光観察装置を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）    （４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【０００９】
本発明によれば、取得された蛍光画像における各画素の輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅおよび参照画像の輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅに対して、輝度値ＦＬｂｅｆｏｒｅを何らかの指数ｘで累乗し、輝度値ＲＬｂｅｆｏｒｅを何らかの指数ｙで累乗することで、さらに、得られた（ＦＬｂｅｆｏｒｅ／ＲＬｂｅｆｏｒ）を、指数１／ｘで累乗することで、最終的に得られる補正された蛍光画像の輝度値と被写体内に含まれる蛍光物質の濃度との比例関係を保ちつつ、距離および角度依存性を低減することができる。ここで、式（４）および式（３）を満たすｍ、ｎを用いて、式（４）からｘ、ｙを算出する。
【００１０】
上記発明においては、ｍ＝０であることにしてもよい。
このようにすることで、影響の大きな観察距離に対する依存性をなくし、観察角度に対する依存性を許容誤差の範囲内に納めることができ、さらに定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記画像補正部が、補正後の蛍光画像の輝度値ＦＬａｆｔｅｒに、さらに１／ｘを累乗することにしてもよい。
このようにすることで、最終的に得られる補正された蛍光画像の輝度値と被写体内に含まれる蛍光物質の濃度との比例関係を保つことができる。
【００１２】
また、上記発明においては、観察条件を変更するために着脱される着脱部品を備え、該着脱部品に識別情報が記録され、該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取手段と、前記識別情報と指数ｘ，ｙとを対応づけて記憶する記憶部とを備えていてもよい。
このようにすることで、着脱部品を着脱して観察条件を変更すると、着脱部品に記憶されている識別情報が、識別情報読取手段によって読みとられ、記憶部に識別情報と対応づけて記憶されている指数ｘ，ｙを設定することができる。着脱部品としては、例えば、内視鏡装置におけるスコープ等を挙げることができ、その場合に変更される観察条件としては、対物光学系のＮＡや瞳径、観察可能な蛍光の波長および観察対象部位（胃、大腸など）等を挙げることができる。これにより、観察条件に合わせて、最適な指数ｘ，ｙを設定でき、観察条件が変動した場合においても定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記照明部が、所定の波長の照明光を出射し、前記定数ｍ，ｎが、ｍ＝０またはｎ＝０となるように設定され、かつ、該照明光の波長が、ａｄ−ｂｃ＝εとして、εの絶対値が最小値となるように設定されていてもよい。
このようにすることで、照明光の波長によっても変化する指数ａ〜ｄに対して、観察距離および観察角度の依存性を低減することができる。
【００１４】
また、本発明は、上記いずれかの蛍光観察装置と、該蛍光観察装置を較正するための較正装置とを備え、該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察距離および観察角度を変更可能に設定する観察状態設定機構とを備え、前記蛍光観察装置または較正装置のいずれかに、前記観察状態設定機構により設定された観察距離および観察角度と、前記標準試料を撮影して取得された蛍光画像および参照画像とに基づいて上記指数ａ〜ｄを算出する指数算出部とを備える蛍光観察システムを提供する。
【００１５】
本発明によれば、蛍光観察に先立って、蛍光観察装置を較正装置にかけることで、標準試料を使用して蛍光観察装置における正確な指数ａ〜ｄを算出することができる。これにより、蛍光観察装置に存在する個体差や、着脱部品が存在する場合にはその個体差にかかわらず、精度良く指数ａ〜ｄを算出して、適正な指数ｘ、ｙを設定でき、より定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００１６】
また、本発明は、照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）    （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）    （２）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            （３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（１）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
ただし、ｂｃ−ａｄ＝０の場合には、ｘ，ｙは、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂを満たす任意の実数から設定される。
【００１７】
また、本発明は、照明部から励起光を被写体に照射し、被写体から発生した蛍光を撮像して取得された蛍光画像を、前記照明部から照明光を被写体に照射し、被写体から戻る戻り光を撮像して取得された参照画像を用いて、以下の補正処理を行う蛍光画像処理方法を提供する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）1/ｘ
ここで、
ＦＬｒｅｖｉｃｅ：補正後の蛍光画像の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像、参照画像の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）・・・（４）
ａ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｂ：所定の強度の励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光撮像部により得られる前記蛍光画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｃ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られた指数
ｄ：所定の強度の照明光を前記被写体に向けて照射したときに前記戻り光撮像部により得られる前記参照画像の輝度の前記照明部から前記被写体までの余弦特性を累乗近似して得られた指数
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ            ・・・（３）
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
Ｄｍａｘ：想定される最大の観察距離
Ｄｍｉｎ：想定される最小の観察距離
θｍａｘ：想定される最大の観察角度
θｍｉｎ：想定される最小の観察角度（ただし、０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）
ｍ，ｎ：式（４）および式（３）を満たす任意の定数
ｅｍａｘ：（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ−１
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最大値
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ：想定される最小の観察距離から最大の観察距離の範囲かつ最小の観察角度から最大の観察角度の範囲内における最小値
【発明の効果】
【００１８】
除算した画像に残存する距離と角度に対する依存性を十分に除去して定量性の高い蛍光画像によって観察を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の蛍光観察装置の第１の変形例を示す全体構成図である。
【図３】図１の蛍光観察装置の第２の変形例を示す全体構成図である。
【図４】図１の蛍光観察装置の第３の変形例を示す全体構成図である。
【図５】開口が有限の大きさを有するときの被写体上の照射面への照度と距離との関係を説明する図である。
【図６】図５において開口径を変えたときの所定の条件下で得られた照度の観察距離特性を累乗近似したグラフを示す図である。
【図７】図１の蛍光観察装置の第４の変形例を示す全体構成図である。
【図８】図１の蛍光観察装置の第５の変形例を示す全体構成図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る蛍光観察システムを示す全体構成図である。
【図１０】図９の蛍光観察システムの較正装置を示す図である。
【図１１】図９の蛍光観察システムの制御部における処理を説明するフローチャートである。
【図１２】図９の蛍光観察システムにおける距離依存性および角度依存性の測定を説明する図である。
【図１３】図１２の測定結果に基づく観察距離特性および観察角度特性とそれに基づく累乗近似曲線のグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置１および蛍光画像処理方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１は、内視鏡装置であって、図１に示されるように、体内に挿入される細長い挿入部２と、光源（照明部）３と、該光源３からの照明光および励起光を挿入部２の先端から被写体Ｘに向けて照射する照明ユニット（照明部）４と、挿入部２の先端に設けられ、被写体Ｘである生体組織の画像情報を取得する撮像ユニット５と、挿入部２の基端側に配置され、撮像ユニット５により取得された画像情報を処理する画像処理部６と、該画像処理部６により処理された画像Ｇを表示するモニタ７とを備えている。
【００２１】
光源３は、キセノンランプ８と、該キセノンランプ８から発せられた照明光から、励起光および照明光（例えば、波長帯域４００〜７４０ｎｍ）を切り出すフィルタ９と、フィルタ９により切り出された励起光および照明光を集光するカップリングレンズ１０とを備えている。
照明ユニット４は、挿入部２の長手方向のほぼ全長にわたって配置され、カップリングレンズ１０によって集光された励起光および照明光を導光するライトガイドファイバ１１と、挿入部２の先端に設けられ、ライトガイドファイバ１１によって導光されてきた励起光および照明光を拡散させて、挿入部２の先端面２ａに対向する被写体Ｘに照射する照明光学系１２とを備えている。
【００２２】
撮像ユニット５は、被写体Ｘの所定の観察範囲から戻る取り光を集光する対物レンズ１３と、該対物レンズ１３によって集光された戻り光の内、励起波長以上の光（励起光および蛍光）を反射し、励起波長より短い波長の照明光を透過するダイクロイックミラー（分岐部）１４と、ダイクロイックミラー１４を透過した照明光およびダイクロイックミラー１４により反射された蛍光をそれぞれ集光する２つの集光レンズ（撮像光学系）１５，１６と、集光レンズ１５，１６によって集光された蛍光および照明光を撮像するＣＣＤのような２個の撮像素子１７，１８とを備えている。図中、符号１９は、ダイクロイックミラー１４によって反射された光から励起光を遮断する（例えば、波長帯域７６０〜８５０ｎｍの光だけを透過する）励起光カットフィルタである。
【００２３】
画像処理部６は、撮像素子１７により取得された参照画像情報Ｓ１から参照画像Ｇ１を生成する参照画像生成部２０と、撮像素子１８により取得された蛍光画像情報Ｓ２から蛍光画像Ｇ２を生成する蛍光画像生成部２１と、これら参照画像生成部２０および蛍光画像生成部２１により生成された参照画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２に基づいて補正された蛍光画像Ｇ３を生成する画像補正部２２と、該画像補正部２２において生成された補正された蛍光画像Ｇ３と参照画像生成部２０において生成された参照画像Ｇ１とを合成して画像Ｇを生成する画像合成部２３とを備えている。
画像合成部２３は、例えば、参照画像Ｇ１と補正された蛍光画像Ｇ３とを並列に配置してモニタ７に同時に表示させるよう画像Ｇを合成し、モニタ７に出力するようになっている。
【００２４】
ここで、蛍光画像Ｇ２としては、たとえば蛍光色素Ｃｙ７からの蛍光画像とすればよい。特に、腫瘍特異的な蛍光薬剤、たとえば癌特異的分子ＣＥＡに対する抗体（Ａｎｔｉ−ＣＥＡ抗体）とＣｙ７とを結合させた蛍光薬剤を予め被写体Ｘに投与しておけば、腫瘍特異的な蛍光画像Ｇ２を得ることができる。また、参照画像Ｇ１としては、例えば照明光が被写体Ｘの表面で反射した戻り光および被写体Ｘの内部での散乱による戻り光に基づく画像を用いればよい。
【００２５】
画像補正部２２は、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ１および蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ２に前処理を施す前処理部２４と、該前処理部２４において前処理を施された蛍光画像Ｇ２’を、前処理を施された参照画像Ｇ１’で除算する除算処理部２５とを備えている。
【００２６】
前処理部２４は、以下の画像処理方法を実施するようになっている。
ＦＬａｆｔｅｒ＝Ａ×ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ      （５）
ＲＬａｆｔｅｒ＝Ｂ×ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ      （６）
ここで、
ＦＬｂｅｆｏｒｅ，ＲＬｂｅｆｏｒｅ：取得された蛍光画像Ｇ２、参照画像Ｇ１の輝度値
ＦＬａｆｔｅｒ，ＲＬａｆｔｅｒ：前処理された蛍光画像Ｇ２、参照画像Ｇ１の輝度値
Ａ，Ｂ：定数
ｘ，ｙ：以下の方法により予め定められた指数
である。
【００２７】
以下に、指数ｘ、ｙの設定方法について説明する。
一般に、蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１は、観察距離Ｄと観察角度θに対して概ね以下のような依存性を有している。
ＦＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄａｃｏｓｂθ、ＲＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄｃｃｏｓｄθ
前式を後式で除算すると、
ＦＬｂｅｆｏｒｅ／ＲＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｄａ−ｃｃｏｓｂ−ｄθ
となる。ここで、観察距離Ｄは、例えば、挿入部２の先端から被写体Ｘ表面までの距離、観察角度θは、例えば、被写体Ｘの表面の法線と対物レンズ１３の光軸（または挿入部２の長軸方向）とのなす角度とすることができる。
【００２８】
次に、指数ｘ，ｙでそれぞれ蛍光画像Ｇ２、参照画像Ｇ１の輝度値を累乗した場合には、
ＦＬｂｅｆｏｒｅｘ／ＲＬｂｅｆｏｒｅｙ∝Ｄａｘ−ｃｙｃｏｓｂｘ−ｄｙθ
となるので、ここで、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙとして、ｍ，ｎが許容限度となるように指数ｘ，ｙを設定する。
すなわち、
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （１）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ）      （２）
であり、分母ｂｃ−ａｄ＝０となる場合には、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂとなるように指数ｘ，ｙを設定する。
【００２９】
想定される最大の観察距離Ｄｍａｘ、最小の観察距離Ｄｍｉｎ、想定される最大の観察角度θｍａｘ、最小の観察角度θｍｉｎ（０°≦θｍｉｎ＜θｍａｘ≦９０°）とすると、それぞれの比ｒＤ，ｒθは、
ｒＤ＝Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ，ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ
となり、補正蛍光画像における最大許容誤差率ｅｍａｘを用いて、
ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘ              （３）
となるｍ，ｎを選択する。
【００３０】
ここで、想定される観察距離Ｄの範囲は、例えば、対物レンズ１３の被写界深度から求めることができ、想定される観察角度θの範囲は、例えば、対物レンズ１３の視野角から求めることができる。
また、ｅｍａｘは、
（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍａｘ÷（ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ）ｍｉｎ＝１＋ｅｍａｘ
により求められる。
したがって、まず、予め最大許容誤差率ｅｍａｘを設定し、次に式（３）を満たすようなｍ、ｎを設定し、それに基づき式（１）および式（２）を満たすようなｘ、ｙを設定すればよい。
【００３１】
また、指数ａ〜ｄは、以下のようにして求められる。
すなわち、照明ユニット４から被写体Ｘまでの距離Ｄを変更しながら、照明ユニット４から被写体Ｘに対して励起光および照明光を照射して得られた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の予め定められた領域の輝度値の平均値を、距離Ｄに対してプロットする。このようにして、得られた距離特性を累乗近似、すなわち、累乗関数Ｄａ，Ｄｃに回帰することにより観察距離Ｄに対する依存性を示す指数ａ，ｃを得る。
【００３２】
同様にして、観察角度θに対する指数ｂ，ｄも、照明ユニット４の光軸と被写体Ｘとの角度θを変更しながら、照明ユニット４から被写体Ｘに対して励起光および照明光を照射して得られた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の予め定められた領域の輝度値の平均値を、角度の余弦値ｃｏｓθに対してプロットする。このようにして、得られた余弦特性を累乗近似、すなわち、累乗関数ｃｏｓｂθ、ｃｏｓｄθに回帰することにより観察角度θに対する依存性を示す指数ｂ，ｄを得る。
【００３３】
除算処理部２５においては、画素毎に上記において前処理された蛍光画像Ｇ２’の輝度値ＦＬａｆｔｅｒと、参照画像Ｇ１’の輝度値ＲＬａｆｔｅｒとを用いて、以下の除算演算を行い、補正された蛍光画像Ｇ３の輝度値ＦＬｒｅｖｉｃｅを取得する。
ＦＬｒｅｖｉｃｅ＝ＦＬａｆｔｅｒ／ＲＬａｆｔｅｒ
【００３４】
このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１および蛍光画像処理方法によれば、相互に異なる依存性をもって蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１内に含まれている観察距離Ｄおよび観察角度θの依存性を、予め決められた許容可能な誤差の範囲内において十分に低減することができる。したがって、定量性の高い補正後の蛍光画像Ｇ３を得て、精度良く観察することができるという利点がある。
また、不適切なｘ、ｙを設定することにより、ｍ、ｎが大きな値となり、蛍光画像Ｇ３の定量性が低くなってしまうことを未然に防ぐことができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、ｒＤ｜ｍ｜・ｒθ｜ｎ｜≦１＋ｅｍａｘとなるｍ，ｎを選択することとしたが、一般に、距離依存性を表す指数ａ，ｃの絶対値の方が指数ｂ，ｄの絶対値よりも大きくなることを考慮して、ｍ＝０となるようなｘ，ｙを設定することにしてもよい。
例えば、一般に、消化器内視鏡の視野角は片側７５°程度である。したがって、θは最大でも７５°程度であると想定できる。また、許容誤差ｅｍａｘは、この範囲内で１０％程度に抑えるとすると、
ｒθ＝ｃｏｓθｍｉｎ／ｃｏｓθｍａｘ＝ｃｏｓ０°／ｃｏｓ７５°＝３．８６
したがって、
ｎ＝ｌｏｇ（１＋０．１）／ｌｏｇ３．８６＝０．０７
【００３６】
例えば、後述する実験例により求められた指数ａ〜ｄ、
ａ＝−１．５１８、ｂ＝０．５１４、ｃ＝−１．６０５、ｄ＝０．６７５
を用いると、ｘ≒０，５６３、ｙ≒０．５３２となる。
このようにして求められた指数ｘ、ｙを用いて蛍光画像Ｇ２を補正することにより、距離依存性をなくし、角度依存性による輝度の変化を１０％以下に低減した蛍光画像Ｇ３を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態においては、撮像素子１８，１９によって取得された蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１には、撮像素子１８，１９の暗電流や読み出しに由来したノイズが含まれている。また、除算処理をする際に、参照画像Ｇ１に輝度値ゼロの画素が存在すると、除算結果が無限大となって適正な補正を行うことができない。
そこで、前処理部２４において、蛍光画像Ｇ２に対しては、暗電流や読み出しに由来するノイズ成分を除去するようなオフセットを与え、参照画像Ｇ１には、暗電流や読み出しに由来するノイズ成分を除去する上に、全ての画素の輝度値がゼロとならないようなオフセットを与えることにしてもよい。
【００３８】
また、参照画像Ｇ１としては、被写体Ｘからの表面反射光や散乱戻り光のほかに、被写体Ｘから発生する自家蛍光や、蛍光画像Ｇ２の取得のために用いた蛍光薬剤とは異なる波長帯域の蛍光特性を有する別の蛍光薬剤からの蛍光を観察した画像でもよい。
また、モニタ７に表示する画像は、補正後の蛍光画像Ｇ３に並べて表示する画像として、参照画像Ｇ１の代わりに別途取得した白色反射画像を表示しても良い。
【００３９】
また、参照画像Ｇ１も蛍光画像Ｇ２もともに、その観察距離Ｄや観察角度θに対する依存度が、被写体Ｘの表面の粗さ、病変部やその組織の厚さ、吸収、被写体Ｘ内部の散乱戻り光などの影響を受ける。光の波長によって組織や被写体Ｘ内の血液などによる吸収あるいは組織によって受ける散乱の特性が異なるため、波長を選択することにより、参照画像Ｇ１の観察距離Ｄや観察角度θに対する依存性を変えることができる。すなわち、照明光の波長を選択することにより、指数ａ〜ｄを調節することができる。
【００４０】
通常は、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙに対して、ｍ、ｎをｍ＝ｎ＝０と設定すると、ｘ＝ｙ＝０以外の解が存在しないため、このような設定をすることができない。
ただし、ａｄ−ｂｃ＝εとして、ε＝０となるような観察距離Ｄに対する依存性または観察角度θに対する依存性が得られるように照明光の波長を設定することができれば、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙに対して、ｍ、ｎをｍ＝ｎ＝０と設定しても、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂとなるようなｘ、ｙを設定することができる。
したがって、照明光の波長が、ε＝０あるいは、できる限り０に近い値になるように設定されていることが好ましい。このようにすることで、補正後の蛍光画像Ｇ３の観察距離Ｄと観察角度θに対する依存性を両方ともほぼ消去することができ、誤差をおおむねゼロにすることができ、蛍光画像Ｇ３の定量性を最大限に向上させることができる。
【００４１】
そこで、図２に示されるように、キセノンランプ８から発せられた励起光および照明光の内、照明光の波長を選択するために、透過率特性の異なる複数のフィルタ２６ａを択一的に光軸上に配置可能なフィルタターレット２６を設け、波長を切り替えつつεを算出して、その絶対値が最小値となる波長を選択することにしてもよい。図中、符号２７は、励起光と照明光とを合波するダイクロイックミラー、符号２８はミラーである。
【００４２】
また、図３に示されるように、対物レンズ１３の後段に可変絞り２９を設け、対物レンズ１３の開口を調節することによっても、指数ａ〜ｄを最適化することができる。観察される光には被写体Ｘの表面における反射光だけではなく、被写体Ｘの内部で散乱されて戻ってきた光も多く含まれる。対物レンズ１３の開口が大きければ、多重散乱して光軸から大きく外れた所から伝播してきた光も多く取り込むことができる。つまり、開口が大きいほど被写体Ｘ内部から戻ってきた光の寄与が大きくなる。被写体Ｘの表面の反射と内部空の戻り光との比率と、観察距離Ｄおよび観察角度θに対する依存性とが相関するため、開口を調整することにより指数ａ〜ｄを調節することができる。
【００４３】
また、図４に示されるように、照明ユニット４に可変絞り３０を設けることにしてもよい。例えば、開口が点である場合には被写体Ｘでの照度は距離の２乗に反比例するが、点ではない場合には２乗に反比例する関係から遠ざかる。
ここで、例として、照明光が光軸を中心にガウシアン分布を有し、開口が有限の大きさを有するときの被写体Ｘ上の照射面への照度と距離との関係を考える。図５に示されるように、照明光の光軸上にあり、照明光学系１２の開口から距離ｄ１だけ離れた被写体Ｘ上の照射面における照度と距離の変化を考える。開口の半径ａ１、距離ｄ１とする。ここで、照明光光学系の開口平面上において、光軸からａ１’〜ａ１’＋ｄａ１’だけ離れ、角度θ〜θ＋ｄθの範囲から放出される光が照射面に到達するときの照度を表す。角度θは、図５の下側の図（照明光学系の開口を下方から見た図）のように定義される。２本の一点鎖線は証明光学系の光軸と交わり、互いに垂直な直線である。照明光の広がりに比例する定数α、照明光の総強度Ｅとして、照射面における照度は、以下の通りとなる。
【００４４】
【数１】
2010220893.tif 000019
【００４５】
ここで、βはガウシアンの半値幅に関連する定数（正の実数）である。（βが大きいほど半値幅は小さい。）。したがって、開口内の全ての点から発する光が照射面に到達するときの照度の合計である総照度は、以下の通りとなる。
【００４６】
【数２】
2010220893.tif 000020
【００４７】
ここで、指数関数の指数を４乗の項まで近似すると、総照度は以下の通りとなる。
【００４８】
【数３】
2010220893.tif 000021
【００４９】
これによれば、開口が大きくなるほど、距離ｄ１の４乗に反比例する項の寄与が大きくなり、総照度が距離の２乗に反比例する性質から離れてくる。この場合には、単純な累乗関数とはならないが、最小自乗法などによる近似曲線を得ることによって、おおよその値を求めることができる。
例えば、Ｅ＝１０，α＝１，β＝１．５とし、観察距離２〜１５における回帰曲線をａ１＝０．２，１，１．５としてそれぞれ算出すると、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、距離の−１．９９７乗、−１．９３１乗および−１．８４９乗に比例する関数に近似することができる。
これにより、より定量性の高い蛍光観察を行うことができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、図７に示されるように、挿入部（着脱部品）２が光源３に着脱可能に設けられていてもよい。この場合には、挿入部２が着脱されて他の挿入部２に交換されることによって、対物レンズ１３を始め、挿入部２に含まれる種々の光学系が変更されるので、対物レンズ１３の開口数（ＮＡ）や瞳径等の変化、あるいは、検出する蛍光の波長、観察対象部位（胃組織や大腸組織など）等の変化によって、上記指数ａ〜ｄが変化する。
【００５１】
したがって、挿入部２に識別情報を記憶するＩＣチップ３１を備え、挿入部２が取り付けられる光源３側にＩＣチップ３１内の識別情報を読み取る読取装置３２と、識別情報と各挿入部２に適した指数ｘ，ｙとを対応づけて記憶する記憶部３３とを備えていることが好ましい。そして、前処理部２４が、記憶部３３から出力される挿入部２の識別情報に対応する指数ｘ，ｙを受け取って、上記演算を行うことにすればよい。
このようにすることで、光源３に対して挿入部２が交換されても、該挿入部２に最適の指数ｘ，ｙが設定され、定量性の高い蛍光画像Ｇ３を常に取得することができるという利点がある。
【００５２】
また、図８に示されるように、除算処理部２５により得られた除算値をさらに指数１／ｘで累乗して蛍光画像Ｇ３’を算出する後処理部３４を備えることにしてもよい。
蛍光画像Ｇ２の蛍光強度は蛍光色素の濃度に比例する。具体的には、例えば、病変部等に集積した蛍光色素（または蛍光薬剤）の濃度をＣ（ｍｏｌ／Ｌ）、蛍光色素が集積した病変部の体積をＶ（ｃｍ３）、病変部の上表面と平行な平面で切断したときの断面積をＳ（ｃｍ２）とすると、病変部から発生する蛍光の輝度Ｅ（Ｗ／ｃｍ２・ｓｒ）は、
Ｅ∝ＣＶ／Ｓ≒Ｃｔ
となる。
【００５３】
ただし、ｔ（ｃｍ）は病変部の厚さを表す。したがって、撮影された蛍光画像Ｇ２の階調値ＦＬｂｅｆｏｒｅは、病変部に蓄積した蛍光色素の濃度と病変部の厚さに概ね比例したものとなる。つまり、おおむねＦＬｂｅｆｏｒｅ∝Ｃｔとなる。
しかしながら、上述のように、蛍光画像Ｇ２の輝度値を指数ｘで累乗する前処理を施す場合には、補正された蛍光画像Ｇ３の階調値ＦＬｒｅｖｉｃｅとＣｔは
ＦＬｒｅｖｉｃｅ∝（Ｃｔ）x
という関係となり、ｘ＝１以外の場合には、蛍光濃度をリニアに表した蛍光画像Ｇ３とはならない。そこで、後処理部３４において指数１／ｘで累乗することにより、蛍光濃度をリニアに表した蛍光画像Ｇ３‘を取得することができる。したがって、蛍光画像の定量性を高め、かつ蛍光濃度および蛍光色素が集積した病変部の厚さをより正確に反映したものとすることができる。
【００５４】
この場合、後処理部３４による後処理を含めて、観察距離Ｄおよび観察角度θに対する依存性を除去することが好ましいので、上記実施例における、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙとしたことに代えて、ｍ＝（ａｘ−ｃｙ）／ｘ、ｎ＝（ｂｘ−ｄｙ）／ｘとして、ｍ，ｎが許容限度となるように指数ｘ，ｙを設定することにしてもよい。
ここで、これらの式が、ｘ，ｙに関して、ｘ＝ｙ＝０以外の解を持つためには、
ｘ：ｙ＝ｃ：（ａ−ｍ）＝ｄ：（ｂ−ｎ）    （４）
を満たすことが必要である。
したがって、式（４）および式（３）を満たすｍ、ｎを設定し、設定したｍ、ｎをもとに、式（４）からｘ，ｙを設定すればよい。
【００５５】
また、この場合に、ｍ＝０とした場合、ε＝ａｄ−ｂｃとすれば、式（４）より、ｎ＝（ｂｃ−ａｄ）／ｃ＝―ε／ｃとなる。したがって、上述したように、εの絶対値が最小値となるように設定されるように、参照画像Ｇ１や蛍光画像Ｇ２の波長を調整することにより、式（３）を満たす範囲内で、さらにｎの値を最小にすることができ、補正後の蛍光画像Ｇ３の観察距離Ｄおよび観察角度θに対する依存性を最小にすることができる。ここで、対物レンズ１３や照明ユニット４の開口の大きさを設定することにしてもよい。このような調整により、蛍光画像Ｇ３の定量性をさらに最大限向上させることができる。
【００５６】
特に、ε＝０となるような観察距離Ｄに対する依存性または観察角度θに対する依存性が得られるように、照明光の波長、もしくは対物レンズ１３や照明ユニット４の開口の大きさを設定することができれば、式（４）より、ｍ＝ｎ＝０、かつｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂとなるようなｘ、ｙを設定することができるため、補正後の蛍光画像Ｇ３の観察距離Ｄと観察角度θに対する依存性を両方とも消去することができ、誤差をほぼゼロにすることができる。
【００５７】
次に、本発明の一実施形態に係る蛍光観察システム４０について、図面を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した一実施形態に係る蛍光観察装置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。
【００５８】
本実施形態に係る蛍光観察システム４０は、図９に示されるように、蛍光観察装置１と、該蛍光観察装置１を装着する較正装置４１とを備えている。
本実施形態においては、蛍光観察装置１は、較正装置４１から送られてくる距離および角度情報と、参照画像生成部２０から送られてくる参照画像Ｇ１および蛍光画像生成部２１から送られてくる蛍光画像Ｇ２とに基づいて、指数ｘ，ｙを算出する依存定数決定部４２を備えている。
【００５９】
依存定数決定部４２は、予め設定された最大許容誤差率ｅｍａｘおよび定数ｍを記憶している。
依存定数決定部４２は、較正装置４１から送られてくる距離および角度情報と、参照画像生成部２０から送られてくる参照画像Ｇ１および蛍光画像生成部２１から送られてくる蛍光画像Ｇ２とを逐次対応づけて、予め定められた数のデータ群が集められるまで記憶するようになっている。そして、予め定められた数のデータ群が集められたところで、蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像Ｇ１の輝度値から、観察距離特性および観察角度特性をそれぞれプロットするようになっている。さらに、依存定数決定部４２は、生成された観察距離特性および観察角度特性をそれぞれ累乗近似して指数ａ〜ｄを算出するようになっている。
【００６０】
このようにして指数ａ〜ｄが算出された時点で、記憶されている最大許容誤差率ｅｍａｘおよび定数ｍを用いて定数ｎを算出し、これら定数ｍ，ｎおよび指数ａ〜ｄを用いて指数ｘ，ｙを算出し、前処理部２４に向けて出力するようになっている。
【００６１】
較正装置４１は、図９および図１０に示されるように、挿入部２を固定するホルダ４３と、該ホルダ４３に固定された挿入部２の先端面２ａに対して観察距離をあけて対向させられる標準試料４４と、挿入部２の先端面２ａと標準試料４４との間の観察距離を変更する直動ステージ４５と、対物レンズ１３の光軸に対する標準試料４４の表面の角度（観察角度）を変更するチルトステージ４６と、これらのステージ４５，４６を制御する制御部４７とを備えている。
【００６２】
制御部４７は、まず、図１１に示されるように、標準試料４４の表面に対して挿入部２の先端面２ａが観察開始の距離となるように直動ステージ４５を駆動させ（ステップＳ１）、そのときの観察距離Ｄを蛍光観察装置１の依存定数決定部４２に出力する（ステップＳ２）。この状態で、照明ユニット４から照明光および励起光を標準試料４４に対して照射し、戻り光および蛍光が撮影される（ステップＳ３）。蛍光画像生成部２１において生成された蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像生成部２１において生成された参照画像Ｇ１の輝度値は依存定数決定部４２に送られる（ステップＳ４）。
【００６３】
そして、制御部４７は、上記ステップＳ１〜Ｓ４を予め定められた回数だけ、複数回にわたって繰り返す（ステップＳ５）。これにより、挿入部２の先端面２ａと標準試料４４の表面との距離が、複数点の観察距離Ｄとなるように標準試料４４を移動させ、その都度、観察距離Ｄを依存定数決定部４２に出力する。また、各観察距離Ｄにおいて得られた蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像Ｇ１の輝度値が、蛍光画像生成部２１および参照画像生成部２０から依存定数決定部４２に送られる。これにより、依存定数決定部４２においては、複数の観察距離Ｄとこれに対応づけられた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の輝度値のデータ群が記憶され、予め定められた数のデータ群が集められたところで、上述したように、累乗関数に回帰し（ステップＳ６）、観察距離Ｄに対する依存性を示す指数ａ，ｃを算出する（ステップＳ７）。
【００６４】
制御部４７は、次いで、標準試料４４の表面に対して挿入部２の先端面２ａが観察開始の距離および角度となるように直動ステージ４５およびチルトステージ４６を駆動させ（ステップＳ８）、そのときの観察角度θを蛍光観察装置１の依存定数決定部４２に出力するようになっている（ステップＳ９）。この状態で、照明ユニット４から照明光および励起光を標準試料４４に対して照射し、戻り光および蛍光を撮影する（ステップＳ１０）。蛍光画像生成部２１において生成された蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像生成部２０において生成された参照画像Ｇ１の輝度値は依存定数決定部４２に送られる（ステップＳ１１）。
【００６５】
そして、制御部４７は、上記ステップＳ８〜Ｓ１１を予め定められた回数だけ、複数回にわたって繰り返す（ステップＳ１２）。これにより、挿入部２の先端面２ａと標準試料４４の表面との角度が、複数点の観察角度θとなるように標準試料４４を移動させ、その都度、観察角度θを依存定数決定部４２に出力する。また、各観察角度θにおいて得られた蛍光画像Ｇ２の輝度値および参照画像Ｇ１の輝度値が、蛍光画像生成部２１および参照画像生成部２０から依存定数決定部４２に送られる。これにより、依存定数決定部４２においては、複数の観察角度θとこれに対応づけられた蛍光画像Ｇ２および参照画像Ｇ１の輝度値のデータ群が記憶され、予め定められた数のデータ群が集められたところで、上述したように、累乗関数に回帰し（ステップＳ１３）、観察角度θに対する依存性を示す指数ｂ，ｄを算出する（ステップＳ１４）。そして、このようにして求められた指数ａ〜ｄおよび、予め設定されている許容誤差ｅｍａｘに基づいて設定された定数ｍ，ｎを用いて、輝度の変動を補正するための指数ｘ，ｙが算出される（ステップＳ１５）。
【００６６】
このように、本実施形態に係る蛍光観察システム４０によれば、被写体Ｘや観察条件、例えば、各光学系や観察に使用する蛍光波長などが変化しても、最大許容誤差率ｅｍａｘより小さい誤差率となる指数ｘ，ｙを設定することができ、種々の被写体Ｘや観察条件においても定量性の高い蛍光画像Ｇ３により観察することができるという利点がある。
例えば、蛍光観察装置１として内視鏡に適用する場合には、硬性鏡や軟性鏡のような種類の違い、あるいは、上部消化器内視鏡や下部消化器内視鏡のような観察部位の違いなどがあったとしても、それぞれに対応した最適な補正用の指数ｘ，ｙを設定することができる。また、同一種類の蛍光観察装置１であったとしても、個体差に拘わらず、個々の装置に対して最適な指数ｘ，ｙを設定することができる。
【００６７】
なお、本実施形態における標準試料４４としては、観察しようとする生体と同様の散乱や吸収特性を有するファントムを用いてもよいし、ヒトや動物（ブタやマウス等）の切除組織を用いてもよい。
【００６８】
ここで、本実施形態に係る蛍光観察システム４０を用いた実験例を図面を参照して以下に説明する。
照明光として白色光および蛍光薬剤の励起光を含む帯域（波長帯域４００〜７４０ｎｍ）の光を用い、参照画像Ｇ１としては試料Ｙ表面において反射して戻る照明光の反射光画像を採用した。また蛍光画像Ｇ１としては、試料Ｙの内部に注入された蛍光色素Ｃｙ７から発生する蛍光画像を採用した。試料Ｙとしては、ブタの摘出直腸を採用した。
【００６９】
図１２（ａ），（ｂ）に示されるように、挿入部２の先端面２ａを試料Ｙの表面に対向させた。
距離依存性の測定は、挿入部２の軸線が直動ステージ４５の載置面４８の法線と平行となる位置で、直動ステージ４５を下降させて観察距離Ｄを増大させつつ、複数の観察距離Ｄにおいて照明光および励起光を照射して参照画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２を取得した。その結果、図１３（ａ），（ｃ）に示されるような観察距離特性を示すプロットが得られた。
【００７０】
また、角度依存性の測定は、挿入部２の軸線が載置面４８の法線と平行となる位置から、載置面４８上に配置される中心線回りに回転させつつ、複数の観察角度において照明光および励起光を照射して参照画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２を取得した。その結果、図１３（ｂ），（ｄ）に示されるような観察角度特性を示すプロットが得られた。
【００７１】
そして、図中に実線で示すように、これらのプロットをＹ＝Ｐ・ＸＱ（Ｘが横軸、Ｙが縦軸、Ｐは定数、Ｑは指数）の曲線に回帰させることにより、観察距離に関する指数ａ，ｃ、および観察角度に関する指数ｂ，ｄを算出すると、ａ＝−１．５１８、ｂ＝０．５１４、ｃ＝−１．６０５、ｄ＝０．６７５が得られた。
【符号の説明】
【００７２】
Ｘ  被写体
１  蛍光観察装置
２  挿入部（着脱部品）
３  光源
４  照明ユニット（照明部）
６  画像補正部
１７  撮像素子（戻り光撮像部）
１８  撮像素子（蛍光撮像部）
３２  読取装置（識別情報読取手段）
３３  記憶部
４０  蛍光観察システム
４１  較正装置
４２  依存定数決定部（指数算出部）
４４  標準試料
４５  直動ステージ（観察状態設定機構）
４６  チルトステージ（観察状態設定機構）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2010220893.tif 000022
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2010220893.tif 000023
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2010220893.tif 000024
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2010220893.tif 000025