(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、
該照明部からの励起光の照射により前記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画像取得部と、
前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、
これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、
該配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、蛍光画像または戻り光画像の少なくとも一方を補正する画像補正部と、
該画像補正部による補正後の蛍光画像および戻り光画像を用いて、蛍光画像を戻り光画像により規格化する画像規格化部とを備える蛍光観察装置。
【請求項２】
前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部および前記戻り光画像取得部に備えられる両方の光学系の配光特性をそれぞれ記憶し、
前記画像補正部が、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって蛍光画像を除算し、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって戻り光画像を除算する請求項１に記載の蛍光観察装置。
【請求項３】
前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、
前記画像補正部が、前記配光特性比により蛍光画像を除算する請求項１に記載の蛍光観察装置。
【請求項４】
前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、
前記画像補正部が、前記配光特性比により戻り光画像を除算する請求項１に記載の蛍光観察装置。
【請求項５】
被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、
該照明部からの励起光の照射により前記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画像取得部と、
前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、
これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、
前記戻り光画像取得部により取得された戻り光画像を用いて前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像を規格化する画像規格化部と、
前記配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、前記画像規格化部により規格化された蛍光画像を補正する画像補正部とを備える蛍光観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象に対して励起光を照射し、観察対象において発生する蛍光を検出するとともに、観察対象表面における励起光の反射光をも検出し、検出された反射光強度によって蛍光強度を除算することにより規格化する蛍光測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この蛍光測定装置によれば、励起光の射出端と観察対象との距離や角度の変動によって、発生する蛍光が変動してもこれを規格化して、距離や角度の影響を低減し、蛍光観察の定量性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２４７２３２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、特許文献１の蛍光測定装置の場合、励起光と該励起光によって発生する蛍光とではその強度が大きく相違し、鮮明な蛍光画像を取得するためにはカメラに入射する励起光を遮断する必要がある。また、微細な蛍光を撮影するために、明るいレンズ特性を有する必要がある。また、強度の高い励起光の反射光については、蛍光画像取得用のカメラとは異なる高解像度のカメラによって撮影する必要がある。
【０００５】
その結果、異なるカメラの異なるレンズ特性によって、２つのカメラの各撮像面に入射される光の配光特性が相違することとなり、特許文献１のように蛍光強度を励起光強度によって除算するだけでは、精度よく規格化を行うことはできず、定量的な蛍光観察を精度よく行うことができないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、レンズ特性の異なるカメラによって取得された蛍光画像と照射光画像とを用いて、蛍光画像を精度よく規格化し、定量性の高い蛍光観察を行うことができる蛍光観察装置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】
【０００７】
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、被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、該照明部からの励起光の照射により前記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画像取得部と、前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、該配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、蛍光画像または戻り光画像の少なくとも一方を補正する画像補正部と、該画像補正部による補正後の蛍光画像および戻り光画像を用いて、蛍光画像を戻り光画像により規格化する画像規格化部とを備える蛍光観察装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、照明部からの励起光が被写体に照射されることにより、被写体において発生した蛍光が蛍光画像取得部により撮影されて蛍光画像が取得される一方、照明部からの照明光が被写体に照射されることにより、被写体から戻る戻り光が戻り光画像取得部により撮影されて戻り光画像が取得される。蛍光画像取得部および戻り光画像取得部には、その目的の相違から異なる配光特性を有する光学系が備えられており、各光学系の配光特性に関する情報は配光特性情報記憶部に記憶されている。
【０００９】
そして、画像補正部において、この配光特性情報記憶部に記憶されている配光特性に関する情報が用いられて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている配光特性を一致させるように蛍光画像または戻り光画像の少なくとも一方が補正される。
このようにして補正された蛍光画像および戻り光画像を用いて、蛍光画像を戻り光画像で規格化することにより、規格化された蛍光画像からは配光特性の相違による影響が除去されており、より定量性の高い観察を行うことができる。
【００１０】
上記発明においては、前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部および前記戻り光画像取得部に備えられる両方の光学系の配光特性をそれぞれ記憶し、前記画像補正部が、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって蛍光画像を除算し、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性によって戻り光画像を除算してもよい。
【００１１】
このようにすることで、蛍光画像の規格化に用いられる蛍光画像および戻り光画像から、それぞれの画像に含まれる光学系の配光特性の影響が除去されるので、規格化された蛍光画像からは配光特性の相違による影響が除去されており、より定量性の高い観察を行うことができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、前記画像補正部が、前記配光特性比により蛍光画像を除算してもよい。
また、上記発明においては、前記配光特性情報記憶部が、前記光学系の配光特性に関する情報として、前記戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性を、前記蛍光画像取得部に備えられる光学系の配光特性で除算した配光特性比を記憶し、前記画像補正部が、前記配光特性比により戻り光画像を除算してもよい。
【００１３】
このようにすることで、配光特性比の使用により、画像補正部における画像の補整回数を減らすことができ、規格化された蛍光画像から、配光特性の相違による影響を短い処理時間で除去することができ、より定量性の高い観察を行うことができる。
【００１４】
また、本発明は、被写体に照明光および励起光を照射する照明部と、該照明部からの励起光の照射により前記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画像取得部と、前記照明部からの照明光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光画像取得部と、これら蛍光画像取得部および戻り光画像取得部に備えられる光学系の配光特性に関する情報を記憶する配光特性情報記憶部と、前記戻り光画像取得部により取得された戻り光画像を用いて前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像を規格化する画像規格化部と、前記配光特性情報記憶部に記憶されている前記配光特性に関する情報を用いて、蛍光画像および戻り光画像に含まれている前記配光特性を一致させるように、前記画像規格化部により規格化された蛍光画像を補正する画像補正部とを備える蛍光観察装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レンズ特性の異なるカメラによって取得された蛍光画像と照射光画像とを用いて、蛍光画像を精度よく規格化し、定量性の高い蛍光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】
【００１６】
【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の蛍光観察装置に備えられる集光レンズの配光特性の一例を示す図であり、（ａ）蛍光用の集光レンズ、（ｂ）白色光用の集光レンズの配光特性をそれぞれ示す図である。
【図３】図１の蛍光観察装置を用いた被写体の蛍光観察手順を示すフローチャートである。
【図４】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５】図４の蛍光観察装置を用いた被写体の蛍光観察手順を示すフローチャートである。
【図６】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７】図６の蛍光観察装置を用いた被写体の蛍光観察手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１は、図１に示されるように、内視鏡装置であって、体腔内に挿入される挿入部２と、該挿入部２の先端面２ａに対向して配置される生体組織（以下、被写体という。）Ａに対して白色光（照明光）および励起光を照射する照明部３と、被写体Ａの蛍光画像信号および白色光画像信号を取得する画像取得部４と、該画像取得部４により取得された画像信号を処理する画像処理部５と、画像処理部５により生成された画像を表示するモニタ６とを備えている。
【００１８】
照明部３は、キセノンランプ７と、フィルタ８と、カップリングレンズ９と、ライトガイドファイバ１０と、照明光学系１１とを備えている。フィルタ８は、モータ８ａにより回転させられるターレット８ｂに周方向に並んで配列された、白色光の波長帯域（例えば、４００〜６５０ｎｍ）を透過させる白色光フィルタ８ｃと、励起光の波長帯域（例えば、６５０〜７５０ｎｍ）の光を透過する励起光フィルタ８ｄとを備えている。
【００１９】
カップリングレンズ９は、フィルタ８を透過した白色光および励起光を集光してライトガイドファイバ１０の端部に入射させるようになっている。ライトガイドファイバ１０は、挿入部２の基端から先端まで全長にわたって配置され、白色光および励起光を挿入部２の先端面２ａまで導光するようになっている。照明光学系１１は、ライトガイドファイバ１０により導光された白色光および励起光を拡散させて、被写体Ａに向けて照射するようになっている。
【００２０】
画像取得部４は、挿入部２に先端に配置され、被写体Ａにおいて発生した蛍光および被写体からの白色光の戻り光を集光する対物レンズ１２と、該対物レンズ１２により集光された光を蛍光と白色光とに分岐するダイクロイックミラー１３と、該ダイクロイックミラー１３によって分岐された蛍光および白色光をそれぞれ集光する集光レンズ１４，１５と、該集光レンズ１４により集光された蛍光を撮影する蛍光用ＣＣＤ（蛍光画像取得部１６と、集光レンズ１５により集光された白色光を撮影する白色光用ＣＣＤ（戻り光画像取得部）１７とを備えている。図中、符号１８は蛍光用ＣＣＤ１６への励起光の入射を遮断する励起光カットフィルタである。
【００２１】
微弱な蛍光を集光して明るい蛍光画像を取得するための集光レンズ１４と、白色光を集光して鮮明な白色光画像を取得するための集光レンズ１５とは、その目的から異なる配光特性を有している。集光レンズ１４，１５の配光特性は、例えば、図２に示される通りである。
【００２２】
図２（ａ），（ｂ）に配光特性の一例を示している。これらの配光特性は、蛍光色素を均一に含有し生体組織に似た光学特性を有する標準試料に対して、励起光および白色光を照射することにより取得された蛍光画像および白色光画像における同一直線上の階調値分布である。
【００２３】
図２（ａ）は、励起光の照射範囲の一直線上に沿う集光レンズ１４の配光特性の一例を示している。上記直線の端部における蛍光の階調値をＦＬ０とし、標準試料の直線上の任意の位置における蛍光の輝度値をＦＬｓｉｊとして示している。ここで添字ｉ，ｊは、蛍光画像の直交する２方向の画素位置を示す自然数である。
【００２４】
図２（ｂ）は、白色光の照射範囲の上記直線上に沿う集光レンズ１５の配光特性の一例を示している。上記直線の端部における蛍光の輝度値をＷＬ０とし、標準試料の直線上の任意の位置における蛍光の輝度値をＷＬｓｉｊとして示している。ここで添字ｉ，ｊは、白色光画像の直交する２方向の画素位置を示す自然数である。
【００２５】
画像処理部５は、蛍光用ＣＣＤ１６により取得された蛍光画像信号を処理して蛍光画像を生成する蛍光画像生成部１９と、白色光用ＣＣＤ１７により取得された白色光画像信号を処理して白色光画像を生成する白色光画像生成部２０と、生成された蛍光画像および白色光画像を補正する画像補正部２１と、補正後の蛍光画像および補正後の白色光画像を用いて、白色光画像により蛍光画像を規格化する画像規格化部２２と、規格化された蛍光画像と白色光画像とを合成する画像合成部２３とを備えている。
【００２６】
画像補正部２１は、蛍光画像の補正係数と白色光画像の補正係数とをそれぞれ記憶している。補正係数は、標準試料を用いた各集光レンズ１４，１５の配光特性ＦＬｓｉｊ，ＷＬｓｉｊを、代表的な共通の画素位置における階調値ＦＬ０，ＷＬ０によって除算した比率Ｆｉｊ＝ＦＬｓｉｊ／ＦＬ０，Ｗｉｊ＝ＷＬｓｉｊ／ＷＬ０として算出されている。
【００２７】
そして、画像補正部２１は、被写体Ａに対して励起光および白色光を照射して得られた蛍光画像および白色光画像の各画素位置における階調値ＦＬｉｊ，ＷＬｉｊを、記憶している補正係数Ｆ，Ｗによってそれぞれ除算することにより、補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊおよび補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊを算出するようになっている。
【００２８】
画像補正部２１において補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊおよび補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊは、画像規格化部２２に送られて、補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊが補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊによって除算されることにより規格化された蛍光画像が取得される。取得された規格化蛍光画像は、画像合成部において白色光画像と合成され、モニタ６に出力されるようになっている。
【００２９】
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の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１を用いて被写体Ａの蛍光観察を行うには、キセノンランプを作動させて発生させた照明光を、フィルタのモータを作動させてターレットを回転させることにより、白色光フィルタ８ｃおよび励起光フィルタ８ｄに順次透過させる。
【００３０】
図１および図３に示されるように、白色光フィルタ８ｃを透過した白色光および励起光フィルタ８ｄを透過した励起光は、順次カップリングレンズによってライトガイドファイバ１０の端面に入射され、挿入部２の先端面２ａまで導光されて、照明光学系１１によって被写体Ａの表面に照射される（ステップＳ１）。
被写体Ａの表面に照射された白色光は表面において反射して対物レンズ１２により集光される。一方、被写体Ａに励起光が照射されると、被写体Ａ内部に存在している蛍光物質が励起されて蛍光が発せられ、発生した蛍光の内、被写体Ａの表面から放出されたものの一部が、対物レンズ１２により集光される。
【００３１】
対物レンズ１２により集光された白色光は、ダイクロイックミラー１３を透過して集光レンズ１５により集光され、白色光用ＣＣＤ１７により撮影される。一方、対物レンズ１２により集光された蛍光は、ダイクロイックミラー１３によって反射されて集光レンズ１４によって集光され、蛍光用ＣＣＤ１６により撮影される。これにより、白色光画像信号および蛍光画像信号が取得される（ステップＳ２）。
【００３２】
これら、白色光画像信号および蛍光画像信号はそれぞれ画像処理部５の白色光画像生成部２０および蛍光画像生成部１９に送られ、白色光画像ＷＬｉｊおよび蛍光画像ＦＬｉｊが生成される。そして、生成された白色光画像ＷＬｉｊおよび蛍光画像ＦＬｉｊは、画像補正部２１に送られることにより、補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊおよび蛍光画像ＦＬ’ｉｊが取得される（ステップＳ３、Ｓ４）。
【００３３】
補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊおよび蛍光画像ＦＬ’ｉｊは画像規格化部２２に送られることにより、補正された蛍光画像ＦＬ’ｉｊが補正された白色光画像ＷＬ’ｉｊによって除算されることにより、規格化された蛍光画像ＦＬ’ｉｊ／ＷＬ’ｉｊが取得される（ステップＳ５）。そして、蛍光画像ＦＬ’ｉｊ／ＷＬ’ｉｊは画像合成部２３に送られ、そこで、白色光画像ＷＬｉｊと合成され（ステップＳ６）、モニタ６に表示される（ステップＳ７）。
【００３４】
このように、本実施形態に係る蛍光観察装置１によれば、配光特性の異なる集光レンズ１４，１５を用いて別個に取得された蛍光画像と白色光画像とを、それぞれの画像を取得するために用いた集光レンズ１４，１５の配光特性によって除算することにより補正するので、配光特性の影響を低減した蛍光画像と白色光画像とによって蛍光画像を規格化することができ、定量性のより高い規格化蛍光画像によって被写体Ａを観察することができるという利点がある。
【００３５】
なお、本実施形態においては、集光レンズ１４，１５の配光特性を別々に記憶しておき、取得された蛍光画像および白色光画像をそれぞれの画像を取得するために用いた集光レンズ１４，１５の配光特性によって補正し、補正後の蛍光画像を補正後の白色光画像で規格化することとしたが、これに代えて、図４および図５に示される方法を採用してもよい。
【００３６】
すなわち、図４に示す例では、画像補正部２１が補正係数として、Ｗ／Ｆを記憶しており、白色光画像生成部２０によって生成された白色光画像ＷＬｉｊを補正係数Ｗ／Ｆで除算することにより、補正された白色光画像ＷＬ”ｉｊを算出している。そして、画像規格化部２２が、蛍光画像生成部１９により生成された蛍光画像ＦＬｉｊを補正された白色光画像ＷＬ”ｉｊによって除算することとしている。
【００３７】
これにより、図１と同様に規格化された蛍光画像を取得することができる。この場合に、図５に示されるように、図３のフローチャートに存在していた蛍光画像の補正ステップＳ４を省略することができ、計算量を低減して、処理を迅速化することができるという利点がある。
また、これとは逆に、画像補正部２１が補正係数としてＦ／Ｗを記憶しておくことにより、蛍光画像を補正係数で補正し、補正された蛍光画像を白色光画像生成部２０で生成された白色光画像によって除算することとしてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態においては、蛍光画像および白色光画像の少なくとも一方を補正係数によって補正した後に、補正後の画像を用いて蛍光画像の規格化を行ったが、これに代えて、図６および図７に示されるように画像処理してもよい。
すなわち、画像規格化部２２と画像補正部２１との順序を入れ替え、最初に、画像規格化部２２において、蛍光画像生成部１９で生成された蛍光画像ＦＬｉｊを白色光画像生成部２０で生成された白色光画像ＷＬｉｊによって規格化した（ステップＳ５）後に、規格化蛍光画像ＦＬｉｊ／ＷＬｉｊに補正係数Ｗ／Ｆを乗算することにより補正する（ステップＳ８）。これにより、少ない演算量で、上記と同様の規格化された蛍光画像ＦＬ’ｉｊ／ＷＬ’ｉｊを迅速に取得することができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、蛍光画像を規格化するために使用する戻り光画像として白色光画像を採用したが、これに代えて、励起光画像、自家蛍光画像等、蛍光画像と同一の照射範囲について取得される他の任意の画像を採用してもよい。
また、画像補正部２１が補正係数を記憶することとしたが、画像補正部２１とは別に記憶部（配光特性情報記憶部、図示略）を設け、画像補正部２１が、その記憶部に記憶されている補正係数を用いて画像の補正を行うこととしてもよい。
【００４０】
また、画像補正部２１に配光特性を代表的な階調値で除算した比率からなる補正係数を記憶することとしたが、これに代えて、配光特性自体を補正係数として記憶しておいてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ  被写体
１  蛍光観察装置
３  照明部
１４，１５  集光レンズ（光学系）
１６  蛍光用ＣＣＤ（蛍光画像取得部）
１７  白色光用ＣＣＤ（戻り光画像取得部）
２１  画像補正部（配光特性情報記憶部）
２２  画像規格化部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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