(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に励起光と反射画像取得用の光とを照射し、該生体組織から発生した蛍光と該生体組織で反射した前記反射画像取得用の光とを用いて該生体組織における病変部の位置と該生体組織の形態とを観察する蛍光内視鏡装置であって、
一つの光源を用いて、前記励起光と該励起光及び前記蛍光とは波長の異なる前記反射画像取得用の光とを同時に前記生体組織に照射するように構成された照明手段と、
前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の強度が、該生体組織から発生した前記蛍光の強度と略同程度となるように、前記光源から出射した該反射画像取得用の光または該生体組織で反射した該反射画像取得用の光の強度を調整する光強度調節手段と、
前記生体組織で反射した前記励起光をカットする励起光カットフィルタと、
前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の波長と該生体組織から発生した前記蛍光の波長とを分離する波長分離手段と、
前記波長分離手段を介して分離された反射画像と蛍光画像とを別々に取得する撮像手段を有することを特徴とする蛍光内視鏡装置。
【請求項２】
前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の波長を透過させる反射画像取得波長透過領域と該生体組織から発生した前記蛍光の波長を透過させる蛍光波長透過領域とをモザイク状に備えたモザイクフィルタと単板式イメージセンサとからなるカラーＣＣＤを備え、
前記波長分離手段が、前記モザイクフィルタからなり、
前記撮像手段が、前記単板式イメージセンサにおける、前記モザイクフィルタに備わるモザイク状の各領域に対応する画素からなることを特徴とする請求項１に記載の蛍光内視鏡装置。
【請求項３】
単板式イメージセンサからなる単色ＣＣＤを備え、
前記波長分離手段が、前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の波長と該生体組織から発生した前記蛍光の波長とを時分割で切替えて透過させる分光光学素子からなり、
前記撮像手段が、前記単板式イメージセンサにおける全画素からなることを特徴とする請求項１に記載の蛍光内視鏡装置。
【請求項４】
前記照明手段が、前記光源から出射した光から前記励起光と該励起光及び前記蛍光とは波長の異なる反射画像取得用の光とを同時に抽出する複数波長抽出フィルタを備え、
前記光強度調節手段が、前記複数波長抽出フィルタからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蛍光内視鏡装置。
【請求項５】
前記分光光学素子は、前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光として通過させる最大透過率の波長が、前記光源が出射する該反射画像取得用の光における最大強度の波長とずれるように構成され、
前記光強度調節手段は、前記分光光学素子からなることを特徴とする請求項３に記載の蛍光内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光画像による生体組織における病変部の位置情報と反射画像による生体組織の形態情報とを取得する蛍光内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡を用いた蛍光観察においては、蛍光画像による生体組織に対する蛍光色素の分布を病変部の位置情報として取得するが、その際に観察対象の形態情報を把握することは必須である。
【０００３】
ところで形態情報は、観察対象に可視光を照射したときの反射画像により取得できる。従って、観察対象である生体に対しては、励起光を用いた蛍光画像観察と、例えば、白色光などの可視光を用いた反射画像観察の２つの観察モードを用いれば、生体組織における病変部の位置情報と生体組織の形態情報とを取得することができることになる。
【０００４】
しかし、内視鏡を用いた観察では、観察者が生体内に挿入部を挿入し、挿入部先端を移動させながら生体組織の観察対象部位をライブで観察する。このため、蛍光画像観察と反射画像観察とを観察モードの切替え操作で行うようにしたのでは、切替え操作が煩雑化して観察者の負担が大きくなり、しかも、観察モードの切替え操作に要する時間の経過により、形態情報を取得したときの観察対象と病変部の位置情報を取得したときとで観察対象部位のずれを起こし易くなる。
このため、内視鏡を用いた蛍光観察においては、反射画像による観察対象の形態情報の取得と、蛍光画像による病変部の位置情報の取得とを一つの観察モードで行うことができるようにすることが望まれる。
【０００５】
従来、一つの観察モードで反射画像と蛍光画像を取得する蛍光内視鏡装置としては、例えば、次の特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２９１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置は、光源部内において、周方向に反射画像取得用の光を透過させるフィルタと励起光を透過させるフィルタとを備えたフィルタターレットを回転させることで各フィルタを光源からの光路中に順次、略連続的に挿入し、観察対象で反射した反射画像と観察対象で発した蛍光画像を、ＣＣＤを介して順次取得するように構成されている。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置のように、フィルタターレットを回転させることによって、面順次式に反射画像と蛍光画像を繰り返し取得するのでは、そのためのフィルタターレットの回転スペースが必要となり、光源部が大型化してしまう。
【０００９】
また、良好な画像を得るためには、観察対象の条件に応じてフィルタターレットの回転速度を調整して露光時間を変更する必要がある。しかし、フィルタターレットは、回転軸をモータ等の機械的な駆動手段を介して回転させる構造であり、回転速度を高精度に調整することは難しい。
【００１０】
しかも、観察対象から発する蛍光は、観察対象で反射した反射光に比べて光強度が極めて微弱である。このため、蛍光画像を得るための励起光の照射時間と、反射画像を得るための反射画像取得用の光の照射時間とを大きく異ならせる必要がある。しかし、特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置に用いられている、反射画像取得用の光を透過させるフィルタと励起光を透過させるフィルタとを周方向に備え、これらのフィルタを面順次式に切替えるフィルタターレットでは、反射画像取得用の光を透過させるフィルタを光路に挿入しているときと励起光を透過させるフィルタを光路に挿入しているときとで異なる回転速度に調整して照射時間を高精度に調整することは非常に困難である。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、光源部を小型化でき、且つ、一つの観察モードで、反射画像による観察対象の形態情報と蛍光画像による病変部の位置情報とを高精度に検出可能な蛍光内視鏡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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明による蛍光内視鏡装置は、生体組織に励起光と反射画像取得用の光とを照射し、該生体組織から発生した蛍光と該生体組織で反射した反射画像取得用の光とを用いて該生体組織における病変部の位置と該生体組織の形態とを観察する蛍光内視鏡装置であって、一つの光源を用いて、前記励起光と該励起光及び前記蛍光とは波長の異なる前記反射画像取得用の光とを同時に前記生体組織に照射するように構成された照明手段と、前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の強度が、該生体組織から発生した前記蛍光の強度と略同程度となるように、前記光源から出射した該反射画像取得用の光または該生体組織で反射した該反射画像取得用の光の強度を調整する光強度調節手段と、前記生体組織で反射した前記励起光をカットする励起光カットフィルタと、前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の波長と該生体組織から発生した前記蛍光の波長とを分離する波長分離手段と、前記波長分離手段を介して分離された反射画像と蛍光画像とを別々に取得する撮像手段を有することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の波長を透過させる反射画像取得波長透過領域と該生体組織から発生した前記蛍光の波長を透過させる蛍光波長透過領域とをモザイク状に備えたモザイクフィルタと単板式イメージセンサとからなるカラーＣＣＤを備え、前記波長分離手段が、前記モザイクフィルタからなり、前記撮像手段が、前記単板式イメージセンサにおける、前記モザイクフィルタに備わるモザイク状の各領域に対応する画素からなるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、単板式イメージセンサからなる単色ＣＣＤを備え、前記波長分離手段が、前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光の波長と該生体組織から発生した前記蛍光の波長とを時分割で切替えて透過させる分光光学素子からなり、前記撮像手段が、前記単板式イメージセンサにおける全画素からなるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記照明手段が、前記光源から出射した光から前記励起光と該励起光及び前記蛍光とは波長の異なる反射画像取得用の光とを同時に抽出する複数波長抽出フィルタを備え、前記光強度調節手段が、前記複数波長抽出フィルタからなるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記分光光学素子は、前記生体組織で反射した前記反射画像取得用の光として通過させる最大透過率の波長が、前記光源が出射する該反射画像取得用の光における最大強度の波長とずれるように構成され、前記光強度調節手段は、前記分光光学素子からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光源部を小型化でき、且つ、一つの観察モードで、反射画像による観察対象の形態情報と蛍光画像による病変部の位置情報とを高精度に検出可能な蛍光内視鏡装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる蛍光内視鏡装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)はモザイクＣＣＤに備わる各フィルタの透過率、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。
【図３】図１の蛍光内視鏡装置において蛍光と反射光による観察の他に通常の白色光による観察を切替え可能に構成した場合に用いるフィルタ切替え部材、及び特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置に用いるフィルタ切替え部材の説明図で、(a)は図１の蛍光内視鏡装置にフィルタ切替え部材としてフィルタスライダを用いた場合のフィルタスライダ内での各フィルタの配置、(b)は図１の蛍光内視鏡装置にフィルタ切替え部材としてフィルタターレットを用いた場合のフィルタターレット内での各フィルタの配置、(c)は特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置にフィルタ切替え部材として用いられているフィルタターレット内での各フィルタの配置、を夫々示している。
【図４】本発明の第二実施形態にかかる蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)はモザイクＣＣＤに備わる各フィルタの透過率、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。
【図５】本発明の第三実施形態にかかる蛍光内視鏡装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】図５の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)は分光光学素子が切替える波長透過状態、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。
【図７】本発明の第四実施形態にかかる蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)は分光光学素子が切替える波長透過状態、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第一実施形態
図１は本発明の第一実施形態にかかる蛍光内視鏡装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。図２は図１の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)はモザイクＣＣＤに備わる各フィルタの透過率、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。
【００２０】
第一実施形態の蛍光内視鏡装置は、光源部１と、内視鏡先端挿入部２と、画像処理部３と、表示ユニット４を有している。
【００２１】
光源部１は、光源１１と、蛍光観察用照明フィルタ１２を有している。
光源１１は、励起用の波長域と反射画像取得用の波長域とを含む所定波長帯域の光を発するように構成されている。
蛍光観察用照明フィルタ１２は、透明部材と、透明部材にコーティングされた膜とからなり、図２(a)に示すように、励起用の光（４６０ｎｍ〜５００ｎｍ）と反射画像取得用の光（６５０ｎｍ〜６７０ｎｍ）を透過させ、その他の波長の光を遮断する光学特性を有するように構成されている。
【００２２】
また、蛍光観察用照明フィルタ１２は、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比で透過させる光学特性を有するように構成されており、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の強度が、生体組織５から発生した蛍光の強度と略同程度となるように、光源１１から出射した反射画像取得用の光の強度を調整する、光強度調節手段としての機能を備えている。なお、本願での“略同程度の強度”とは、蛍光画像が反射画像に対して明確に区別できる程度の強度をいうものとする。従って、蛍光画像が反射画像に対して明確に区別できる程度であれば、反射画像取得用の光の強度が蛍光の強度よりも強くても構わない。
【００２３】
内視鏡先端挿入部２は、照明光学系２１と、撮像光学系２２を有している。
照明光学系２１は、ライトガイド２３を経由した光源部１１からの光を生体組織５に照射する。
【００２４】
そして、光源部１１とライトガイド２３と照明光学系２１は、互いに相俟って、一つの光源を用いて励起光と励起光及び蛍光とは波長の異なる反射画像取得用の光とを同時に生体組織５に照射する、照明手段としての機能を備えている。
【００２５】
撮像光学系２２は、対物光学系２２ａと、結像光学系２２ｂと、励起光カットフィルタ２２ｃと、撮像素子２２ｄを有している。
励起光カットフィルタ２２ｃは、図２(b)に示すように、励起光（４６０ｎｍ〜５００ｎｍ）をカットし、その他の波長の光を透過させる光学特性を有している。
【００２６】
撮像素子２２ｄは、モザイクフィルタ（図示省略）と、単板式イメージセンサ（図示省略）とを備えたカラーＣＣＤで構成されている。
モザイクフィルタは、図２(c)に示すように、Ｒ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ（図示省略）、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ（図示省略）、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ（図示省略）を、モザイク状に多数配置して構成されており、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の波長と生体組織５から発生した蛍光の波長とを分離する、波長分離手段としての機能を備えている。
単板式イメージセンサは、夫々の画素が、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応し、モザイクフィルタを介して分離された反射画像と蛍光画像とを異なる画素によって別々に取得する。
【００２７】
画像処理部３は、フレームメモリ３１と、画像処理装置３２を有している。
フレームメモリ３１は、Ｒフレームメモリ３１1、Ｇフレームメモリ３１2、Ｂフレームメモリ３１3を有している。
Ｒフレームメモリ３１1、Ｇフレームメモリ３１2、Ｂフレームメモリ３１3は、夫々が、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応し、モザイクフィルタを介して分離され対応する夫々の画素で取得された各画像信号を、別々に記憶する。
画像処理装置３２は、Ｒフレームメモリ３１1、Ｇフレームメモリ３１2、Ｂフレームメモリ３１3に記憶された各画像信号を合成する。その際、各画像信号に対して、正常組織部分と病変組織部分とが識別し易くなるように、異なる色相の出力信号に変換する。
【００２８】
表示ユニット４は、画像処理装置３２を介して合成された画像を表示する。
生体組織５には、励起波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍ、蛍光波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの近赤外蛍光薬剤が蛍光プローブとして標識されている。図１中、５ａは生体組織５における蛍光薬剤集積部である。
【００２９】
このように構成された第一実施形態の蛍光内視鏡装置では、光源１１から出射し蛍光観察用照明フィルタ１２を透過した光が、ライトガイド２３に導かれ、内視鏡先端挿入部２先端の照明光学系２１から出射して生体組織５を照射する。このときの照射光は、図２(a)に示すように、４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起光と、６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの反射画像取得用の光の２種類の波長域の光である。また、６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの反射画像取得用の光は、４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起光に対して１／１０００程度の強度に弱められている。
【００３０】
この照射光の生体組織５への照射により、生体組織５から次の３種類の波長域の光が内視鏡先端挿入部２へ入射する。
１−１）生体組織５で反射した４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起光
１−２）４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起光の照射により、生体組織５の蛍光薬剤集積部５ａから発生した５００ｎｍ〜６００ｎｍの蛍光薬剤の蛍光
１−３）生体組織５で反射した６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの反射画像取得用の光
【００３１】
ここで、１−２）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、１−１）の生体組織５で反射した励起光の強度の１／１０００程度であるが、蛍光観察用照明フィルタ１２は、照明光が生体組織５に照射される前に、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比となるように光強度を調整して透過させている。このため、１−２）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、１−３）の生体組織５で反射した反射画像取得用の光と同程度の強度となる。
【００３２】
生体組織５からの１−１）、１−２）、１−３）の光は、内視鏡先端挿入部２の対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由して、励起光カットフィルタ２２ｃへ入射する。入射した光のうち、１−１）の励起光は励起光カットフィルタ２２ｃでカットされ、１−２）の蛍光、１−３）の反射画像取得用の光のみがカラーＣＣＤ２２ｄのモザイクフィルタを通過し、イメージセンサを介して撮像され、フレームメモリ３１に記憶される。
【００３３】
その際、１−２）の蛍光は、モザイクフィルタを構成するＧ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタを透過し、１−３）の反射画像取得用の光は、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタを透過する。
また、単板式イメージセンサは、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応する夫々の画素が、モザイクフィルタを介して分離された反射光と蛍光とを別々に取得する。
さらに、フレームメモリ３１は、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応するＲフレームメモリ３１1、Ｇフレームメモリ３１2の夫々が、モザイクフィルタを介して分離され対応する夫々の画素で取得された反射光の画像信号と蛍光の画像信号とを別々に記憶する。
【００３４】
このため、蛍光と反射光は、それぞれ分離して検出することができる。Ｇフレームメモリ３１2に記憶された１−２）の蛍光からは例えば癌などの病変部の位置情報が得られ、Ｒフレームメモリ３１1に記憶された１−３）の反射光からは生体組織５の形態情報が得られる。
【００３５】
それぞれの情報となる各画像信号は、画像処理装置３２で画像合成等の所定の画像処理が施され、表示ユニット４で表示される。その際、画像処理装置３２は、Ｇフレームメモリ３１2に記憶された蛍光の画像信号と、Ｒフレームメモリ３１3に記憶された反射光の画像信号とに対し、正常組織部分と病変組織部分とが識別し易くなるように、異なる色相の出力信号に変換する。例えば、Ｇフレームメモリ３１2に記憶された蛍光による病変部の位置情報は緑色、Ｒフレームメモリ３１3に記憶された反射光による生体組織５の形態情報は赤色に変換して、表示ユニット４で表示されるようにしてもよい。
【００３６】
第一実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、蛍光観察用照明フィルタ１２を備えた光源部１１と、ライトガイド２３と、照明光学系２１とが相俟って、一つの光源を用いて励起光と励起光及び蛍光とは波長の異なる反射画像取得用の光とを同時に生体組織５に照射するので、特許文献１の蛍光内視鏡装置とは異なり、面順次式に反射光と蛍光を繰り返し取得するためにフィルタターレットを回転させずに済み、そのためのフィルタターレットの回転スペースが不要となり、その分、光源部を小型化することができる。
【００３７】
また、第一実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、蛍光観察用照明フィルタ１２が、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比で透過させるように構成されており、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の強度が、生体組織５から発生した蛍光の強度と略同程度となるように、光源１１から出射した反射画像取得用の光の強度を調整する、光強度調節手段としての機能を備えているので、特許文献１の蛍光内視鏡装置とは異なり、フィルタターレットの回転速度を変化させて蛍光画像を得るための励起光の照射時間と反射画像を得るための反射画像取得用の光の照射時間を調整する必要がない。
【００３８】
さらに、第一実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、カラーＣＣＤを構成するモザイクフィルタが、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の波長と生体組織５から発生した蛍光の波長とを分離する、波長分離手段としての機能を備え、単板式イメージセンサが、夫々の画素が、モザイクフィルタを構成するＢ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｒ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応し、モザイクフィルタを介して分離された反射画像と蛍光画像とを異なる画素によって別々に取得するので、蛍光画像と反射画像を高精度に得ることができる。
【００３９】
このため、第一実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、光源部を小型化でき、且つ、一つの観察モードで、反射画像による生体組織の形態情報の取得と、蛍光画像による病変部の位置情報とを高精度に検出できる。
【００４０】
加えて、第一実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、反射画像による生体組織の形態情報と、蛍光画像による病変部の位置情報とを同時に取得でき、それぞれの情報を時系列的に取得するような構成を備えずに済むため、全体の構成を簡素化することができる。
【００４１】
なお、第一実施形態の蛍光内視鏡装置は、上述した蛍光と反射光による観察の他に、通常の白色光による観察を、切替え可能に構成してもよい。その場合には、図１において二点差線で示すように、例えば、４００ｎｍ〜６６０ｎｍ等、所定波長帯域の可視光を透過させる光学特性を持つ白色光観察用フィルタ１３を、蛍光観察用照明フィルタ１２とともに、図３(a)に示すフィルタスライダ１４ａや図３(b)に示すフィルタターレット１４ｂ等のフィルタ切替え部材１４に備えるとともに、フィルタ切替え部材１４の駆動を制御するフィルタ切替え制御手段１５を介して光源部１の光路への挿入を切替え可能に構成する。また、フィルタ切替え制御手段１５は、画像処理装置３２も制御し、白色光観察用フィルタ１３を光路に挿入したときには、画像処理装置３２に合成画像のホワイトバランスを調整させるようにする。
【００４２】
フィルタ切替え部材１４としてフィルタターレット１４ａを用いた場合、蛍光観察用照明フィルタ１２と白色光観察用フィルタ１３とを切替えるための回転スペースが必要となるが、その場合のフィルタターレット１４ａは、図３(b)に示すように、回転軸Ｏを中心とする半径が、フィルタ１つ分を配置できる長さで足りる。一方、特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置においては、フィルタターレットは、図３(c)に示すように、回転軸Ｏ’を中心とする半径が、フィルタ２つ分を配置できる長さが必要となり、大型化してしまう。
【００４３】
第一実施形態の蛍光内視鏡装置は、蛍光観察用照明フィルタを介して、一つの光源で励起光と反射画像取得用の光を同時に得ることができるように構成されており、励起光と反射画像取得用の光を得るためにフィルタターレットを回転させる必要がない。このため、第一実施形態の蛍光内視鏡装置において、蛍光と反射光による観察と通常の白色光による観察とを切替え可能とすべく、フィルタ切替え部材１４としてフィルタターレット１４ａを用いたとしても、蛍光観察用照明フィルタ１２と白色光観察用フィルタ１３とを、フィルタターレット１４ａの回転軸Ｏを中心とする周方向に配置することができる。
【００４４】
一方、特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置は、蛍光観察と通常の白色光による観察との切替えに応じて、一つの光源で励起光と反射画像取得用の光とを別々に取得するように構成されているのみで、第一実施形態の蛍光内視鏡装置の蛍光観察用照明フィルタのような一つの光源で励起光と反射画像取得用の光を同時に得ることが可能な構成を備えていない。しかも、特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置は、蛍光観察モード用のフィルタとして複数種類の励起光透過フィルタ、白色光観察モード用のフィルタとして複数種類の可視波長域透過フィルタを用いており、別々に取得する励起光、反射画像取得用の光ごとに、一つの光源で、複数種類の励起波長域の光、又は複数種類の反射画像取得用の可視波長域の光を得るために、ターレットの回転が不可欠な構成となっている。このため、特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置において、蛍光による観察と通常の白色光による観察とを切替え可能にするには、蛍光観察モード用のフィルタと白色光観察モード用のフィルタとを、フィルタターレットの回転軸Ｏ’を中心とする周方向に配置することができず、半径方向に配置せざるを得ない。
【００４５】
第一実施形態の蛍光内視鏡装置を、蛍光と反射光による観察と通常の白色光による観察とを切替え可能に構成した場合において、フィルタ切替え部材１４に備わる白色光観察フィルタ１３を光路に挿入したときは、光源１１から出射し白色光観察用フィルタ１３を透過した光が、ライトガイド２３に導かれ、内視鏡先端挿入部２の先端から出射して生体組織５を照射する。生体組織５で反射した光は、対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由して、励起光カットフィルタ２２ｃへ入射する。入射した光のうち、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長域の光が励起フィルタでカットされ、それ以外の光（４００ｎｍ〜４５０ｎｍ、５５０ｎｍ〜６６０ｎｍ）が透過して、カラーＣＣＤ２２ｄで撮像され、フレームメモリ３１で記憶される。次いで、フレームメモリ３１に記憶された画像信号が画像処理装置３２で画像合成等の所定の画像処理が施され、表示ユニット４で表示される。
【００４６】
その際、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光は、モザイクフィルタを構成するＢ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタを透過し、５５０ｎｍ〜６００ｎｍの光は、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタを透過する。
また、単板式イメージセンサは、モザイクフィルタを構成するＢ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｒ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応する夫々の画素が、モザイクフィルタを介して分離された４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光と５５０ｎｍ〜６００ｎｍの光とを別々に取得する。
さらに、フレームメモリ３１は、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜６９５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応するＲフレームメモリ３１1、Ｂフレームメモリ３１3の夫々が、モザイクフィルタを介して分離され対応する夫々の画素で取得された５５０ｎｍ〜６００ｎｍの光の画像信号と４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光の画像信号とを別々に記憶する。
【００４７】
この場合、Ｒフレームメモリ３１1、Ｂフレームメモリ３１3に記憶された画像信号をそのまま合成すると、励起光カットフィルタ２２ｃにより４５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域がカットされた画像となるが、画像処理装置３２が、合成画像のホワイトバランスを調整する。これにより、一般の内視鏡での白色画像と略同じ画像を得ることができる。
【００４８】
なお、第一実施形態の蛍光内視鏡装置では、蛍光観察用照明フィルタが、励起光、反射画像取得用の光としてそれぞれ一種類ずつの波長域の光を透過させるように構成されているが、複数種類の励起光、反射画像取得用の光を透過させる複数波長抽出フィルタとして構成してもよい。その場合には、モザイクフィルタ、フレームメモリが、複数種類の蛍光、反射画像取得用の光ごとに対応した構成にするとよい。
【００４９】
第二実施形態
図４は本発明の第二実施形態にかかる蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)はモザイクＣＣＤに備わる各フィルタの透過率、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。なお、第二実施形態の蛍光内視鏡装置を構成する夫々の部材の配置は、図１に示した第一実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。ここでは、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と異なる構成について詳細に説明し、同じ構成については説明を省略する。
【００５０】
第二実施形態の蛍光内視鏡装置は、７００ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光の照射により７５０ｎｍ〜８００ｎｍの蛍光を発する近赤外色素を蛍光プローブに用いた蛍光観察に適合させた構成となっている。
【００５１】
詳しくは、蛍光観察用照明フィルタ１２は、透明部材と、透明部材にコーティングされた膜とからなり、図４(a)に示すように、励起用の光（７２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）と反射画像取得用の光（４００ｎｍ〜５５０ｎｍ）を透過させ、その他の波長の光を遮断する光学特性を有するように構成されている。
【００５２】
なお、蛍光観察用照明フィルタ１２は、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と同様、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比で透過させるように構成されており、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の強度が、生体組織５から発生した蛍光の強度と略同程度となるように、光源１１から出射した反射画像取得用の光の強度を調整する、光強度調節手段としての機能を備えている。
【００５３】
励起光カットフィルタ２２ｃは、図４(b)に示すように、励起光（７２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）をカットし、その他の波長の光を透過させる光学特性を有している。
【００５４】
撮像素子２２ｄは、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と同様、モザイクフィルタ（図示省略）と、単板式イメージセンサ（図示省略）とを備えたカラーＣＣＤで構成されている。
モザイクフィルタは、図４(c)に示すように、Ｒ（５７５ｎｍ〜７７５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ（図示省略）、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ（図示省略）、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ（図示省略）を、モザイク状に多数配置して構成されており、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の波長と生体組織５から発生した蛍光の波長とを分離する、波長分離手段としての機能を備えている。
単板式イメージセンサは、夫々の画素が、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜７７５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応し、モザイクフィルタを介して分離された反射画像と蛍光画像とを異なる画素によって別々に取得する。
【００５５】
画像処理部３は、フレームメモリ３１と、画像処理装置３２を有している。
フレームメモリ３１は、Ｒフレームメモリ３１1、Ｇフレームメモリ３１2、Ｂフレームメモリ３１3を有している。
Ｒフレームメモリ３１1、Ｇフレームメモリ３１2、Ｂフレームメモリ３１3は、夫々が、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜７７５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応し、モザイクフィルタを介して分離され対応する夫々の画素で取得された各画像信号を、別々に記憶する。
【００５６】
その他の構成は、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。
生体組織５には、励起波長７００ｎｍ〜７５０ｎｍ、蛍光波長７５０ｎｍ〜８００ｎｍの近赤外蛍光薬剤が蛍光プローブとして標識されている。
【００５７】
このように構成された第二実施形態の蛍光内視鏡装置では、光源１１から出射し蛍光観察用照明フィルタ１２を透過した光が、ライトガイド２３に導かれ、内視鏡先端挿入部２先端の照明光学系２１から出射して生体組織５を照射する。このときの照射光は、図４(a)に示すように、４００ｎｍ〜５５０ｎｍの反射画像取得用の光と、７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光の２種類の波長域の光である。また、４００ｎｍ〜５５０ｎｍの反射画像取得用の光は、７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光に対して１／１０００程度の強度に弱められている。
【００５８】
この照射光の生体組織５への照射により、生体組織５から次の３種類の波長域の光が内視鏡先端挿入部２へ入射する。
２−１）生体組織５で反射した４００ｎｍ〜５５０ｎｍの反射画像取得用の光
２−２）生体組織５で反射した７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光
２−３）７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光の照射により、生体組織５の蛍光薬剤集積部５ａから発生した７５０ｎｍ〜８００ｎｍの蛍光薬剤の蛍光
【００５９】
ここで、２−３）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、２−２）の生体組織５で反射した励起光の強度の１／１０００程度であるが、蛍光観察用照明フィルタ１２は、照明光が生体組織５に照射される前に、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比となるように光強度を調整して透過させている。このため、２−３）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、２−１）の生体組織５で反射した反射画像取得用の光と同程度の強度となる。
【００６０】
生体組織５からの２−１）、２−２）、２−３）の光は、内視鏡先端挿入部２の対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由して、励起光カットフィルタ２２ｃへ入射する。入射した光のうち、２−２）の励起光は励起光カットフィルタ２２ｃでカットされ、２−３）の蛍光、２−１）の反射画像取得用の光のみがカラーＣＣＤ２２ｄのモザイクフィルタを通過し、イメージセンサを介して撮像され、フレームメモリ３１に記憶される。
【００６１】
その際、２−３）の蛍光のうち、７５０ｎｍ〜７７５ｎｍの光が、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜７７５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタを透過し、２−１）の反射画像取得用の光は、モザイクフィルタを構成するＧ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、又はＢ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタを透過する。
また、単板式イメージセンサは、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜７７５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応する夫々の画素が、モザイクフィルタを介して分離された蛍光と反射光とを別々に取得する。
さらに、フレームメモリ３１は、モザイクフィルタを構成するＲ（５７５ｎｍ〜７７５ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｇ（４６０ｎｍ〜６００ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタ、Ｂ（３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の波長域の光を透過させるフィルタに対応するＲフレームメモリ３１1、Ｇフレームメモリ３１2、Ｂフレームメモリ３１3の夫々が、モザイクフィルタを介して分離され対応する夫々の画素で取得された蛍光の画像信号と反射光の画像信号とを別々に記憶する。
【００６２】
このため、蛍光と反射画像取得用の光は、それぞれ分離して検出することができる。ところで、血液は主に４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域の光を吸収する特性を持つ。このため、２−１）の反射光のうち、Ｇフレームメモリ３１2に記憶された５００ｎｍ〜５５０ｎｍの光からは生体組織５の形態情報、Ｂフレームメモリ３１3に記憶された４００ｎｍ〜５００ｎｍの光からは生体組織５の血流情報が得られ、Ｒフレームメモリ３１1に記憶された２−３）の蛍光からは例えば癌などの病変部の位置情報が得られる。
【００６３】
それぞれの情報となる各画像信号は、画像処理装置３２で画像合成等の所定の画像処理が施され、表示ユニット４で表示される。
その他の作用及び効果は、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。
【００６４】
第三実施形態
図５は本発明の第三実施形態にかかる蛍光内視鏡装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。図６は図５の蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)は分光光学素子が切替える波長透過状態、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。
【００６５】
第三実施形態の蛍光内視鏡装置は、波長分離手段が分光光学素子２２ｅで構成されるとともに、撮像素子２２ｄ’が単色ＣＣＤで構成されている。
詳しくは、撮像光学系２２は、対物光学系２２ａと、結像光学系２２ｂと、励起光カットフィルタ２２ｃと、分光光学素子２２ｅと、撮像素子２２ｄ’を有している。また、分光光学素子制御ユニット２２ｆが、分光光学素子２２ｅと画像処理部３とに接続されている。
分光光学素子２２ｅは、エタロンからなり、分光光学素子制御ユニット２２ｆを介して、図６(c)に示すように、中心波長５３０ｎｍを透過率のピークとして５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光を透過させる第一の波長透過状態と、６６０ｎｍを透過率のピークとして６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域の光を透過させる第二の波長透過状態、の２種類の波長透過状態の切替えを繰り返すことができるように制御されている。
なおエタロンとは、光の干渉を利用するものであり、対向するように配置された一対のミラー面の間隔を変化させることによって、透過又は反射し得る光の波長を変化させることができる分光透過率可変素子である。
【００６６】
分光光学素子制御ユニット２２ｆは、分光光学素子２２ｅの波長透過状態（透過波長域）、透過波長状態の切替えピッチ等、分光光学素子２２ｅの駆動を制御するとともに、画像処理部３における画像処理装置３２による画像処理のタイミングを制御しており、分光光学素子２２ｅにおける一組の透過波長状態の切替えごと（図６の例では、２種類の透過波長状態の切替えごと）に、画像処理装置３２に画像処理をさせる（例えば、画像処理の指示信号を送信する）ように構成されている。
【００６７】
撮像素子２２ｄ’は、単板式イメージセンサ（図示省略）からなる単色ＣＣＤで構成されている。
単板式イメージセンサは、全ての画素が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる２種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに画像を時系列的に撮像することで、分光光学素子２２ｅを介して分離された反射画像と蛍光画像とを別々に取得する。
【００６８】
画像処理部３は、フレームメモリ３１’と、画像処理装置３２を有している。
フレームメモリ３１’は、第一フレームメモリ３１1’、第二フレームメモリ３１2’、第三フレームメモリ３１3’を有している。
第一フレームメモリ３１1’、第二フレームメモリ３１2’、第三フレームメモリ３１3’は、夫々が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる２種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに時系列的に単板式イメージセンサにおける全ての画素で撮像された各画像信号を、別々に記憶する。
【００６９】
画像処理装置３２は、分光光学素子制御ユニット２２ｆの制御を介して（例えば、画像処理の指示信号を受信するごとに）、第一フレームメモリ３１1’、第二フレームメモリ３１2’、第三フレームメモリ３１3’に記憶された各画像信号を合成する。その際、各画像信号に対して、正常組織部分と病変組織部分とが識別し易くなるように、異なる色相の出力信号に変換する。
【００７０】
その他の構成は、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。
生体組織５には、励起波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍ、蛍光波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの近赤外蛍光薬剤が蛍光プローブとして標識されている。図５中、５ａは生体組織５における蛍光薬剤集積部を示している。
【００７１】
このように構成された第三実施形態の蛍光内視鏡装置では、分光光学素子２２ｅが図６(c)に示すように、中心波長５３０ｎｍ，６６０ｎｍの夫々を透過率のピークとする２種類の波長透過状態の切替えを繰り返すとともに、撮像素子２２ｄ’を構成する単板式イメージセンサにおける全ての画素が、分光光学素子２２ｅにおける２種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに分光光学素子２２ｅを透過した光による画像を時系列的に撮像するため、５００ｎｍ〜６００ｎｍの蛍光画像と６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの反射画像を別々に取得することができる。
【００７２】
詳しくは、第三実施形態の蛍光内視鏡装置では、光源１１から出射し蛍光観察用照明フィルタ１２を透過した光が、ライトガイド２３に導かれ、内視鏡先端挿入部２先端の照明光学系２１から出射して生体組織５を照射する。このときの照射光は、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と同様の光であり、図６(a)に示すように、４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起光と、６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの反射画像取得用の光の２種類の波長域の光である。また、６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの反射画像取得用の光は、４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起用の光に対して１／１０００程度の強度に弱められている。
【００７３】
この照射光の生体組織５への照射により、生体組織５から次の３種類の波長域の光が内視鏡先端挿入部２へ入射する。
３−１）生体組織５で反射した４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起光
３−２）４６０ｎｍ〜５００ｎｍの励起光の照射により、生体組織５の蛍光薬剤集積部５ａから発生した５００ｎｍ〜６００ｎｍの蛍光薬剤の蛍光
３−３）生体組織５で反射した６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの反射画像取得用の光
【００７４】
ここで、３−２）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、３−１）の生体組織５で反射した励起光の強度の１／１０００程度であるが、蛍光観察用照明フィルタ１２は、照明光が生体組織５に照射される前に、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比となるように光強度を調整して透過させている。このため、３−２）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、３−３）の生体組織５で反射した反射画像取得用の光と同程度の強度となる。
【００７５】
生体組織５からの３−１）、３−２）、３−３）の光は、内視鏡先端挿入部２の対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由して、励起光カットフィルタ２２ｃへ入射する。入射した光のうち、３−１）の励起光は励起光カットフィルタ２２ｃでカットされ、３−２）の蛍光、３−３）の反射画像取得用の光のみが分光光学素子２２ｅに入射し、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる２種類の波長透過状態に応じて選択された所定波長域の光が分光光学素子２２ｅを透過し、単色ＣＣＤ２２ｄ’のイメージセンサを介して撮像され、フレームメモリ３１に記憶される。
【００７６】
その際、分光光学素子２２ｅは、第一の波長透過状態のときには、中心波長５３０ｎｍを透過率のピークとして５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光を透過させることができるため、３−２）の蛍光を透過させる。分光光学素子２２ｅが第二の波長透過状態のときには、中心波長６６０ｎｍを透過率のピークとして６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域の光を透過させることができるため、３−３）の反射画像取得用の光を透過させる。
また、単板式イメージセンサは、全ての画素が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる２種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに蛍光と反射光の画像を時系列的に取得する。
さらに、フレームメモリ３１’は、第一フレームメモリ３１1’、第二フレームメモリ３１2’、第三フレームメモリ３１3’の夫々が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる２種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに時系列的に単板式イメージセンサにおける全ての画素で取得された蛍光の画像信号と反射光の画像信号とを別々に記憶する。
【００７７】
このため、蛍光と反射画像取得用の光は、それぞれ分離して検出することができる。分光光学素子２２ｅが第一の波長透過状態のときには、フレームメモリ３１n’に記憶された３−２）の蛍光色素からの蛍光による例えば癌などの病変部の位置情報が得られ、分光光学素子２２ｅが第二の波長透過状態のときには、３−３）の反射光による生体組織５の形態情報が得られる。
【００７８】
それぞれの情報となる画像信号は、画像処理装置３２で画像合成等の所定の画像処理が施され、表示ユニット４で表示される。その際、画像処理装置３２は、各フレームメモリ３１n’（ｎ：１〜３）に記憶された蛍光の画像信号と反射光の画像信号とに対し、正常組織部分と病変組織部分とが識別し易くなるように、異なる色相の出力信号に変換する。例えば、第一フレームメモリ３１1’に記憶された蛍光による病変部の位置情報は緑色、第二フレームメモリ３１2’に記憶された反射光による生体組織５の形態情報は赤色に変換して、表示ユニット４で表示されるようにしてもよい。
【００７９】
第三実施形態の蛍光内視鏡装置によれば、分光光学素子２２ｅが波長透過状態を切替えるとともに、分光光学素子２２ｅの波長透過状態が切替わるごとに分光光学素子２２ｅを透過した光による画像を、撮像素子２２ｄ’が時系列的に撮像するため、反射画像と蛍光画像とを別々に取得することができる。しかも、分光光学素子２２ｅは、特許文献１に記載の蛍光内視鏡装置に用いられているフィルタターレットとは異なり、任意のピッチで高速に切替えることができ、またその切替え速度を高精度に調整することができる。このため、蛍光画像と反射画像を高精度に得るこことができる。
その他の効果は、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。
【００８０】
なお、第三実施形態の蛍光内視鏡装置は、上述した蛍光と反射光による観察の他に、通常の白色光による観察を、切替え可能に構成してもよい。その場合には、図５において二点差線で示すように、例えば、４００ｎｍ〜６６０ｎｍ等、所定波長帯域の可視光を透過させる光学特性を持つ白色光観察用フィルタ１３を、蛍光観察用照明フィルタ１２とともに、図３(a)に示すフィルタスライダ１４ａや図３(b)に示すフィルタターレット１４ｂ等のフィルタ切替え部材１４に備えるとともに、フィルタ切替え部材１４の駆動を制御するフィルタ切替え制御手段１５を介して光源部１の光路への挿入を切替え可能に構成する。また、フィルタ切替え制御手段１５は、画像処理装置３２も制御し、白色光観察用フィルタ１３を光路に挿入したときには、画像処理装置３２に合成画像のホワイトバランスを調整させるようにする。
【００８１】
また、分光光学素子制御ユニット２２ｆは、フィルタ切替え制御手段１５のフィルタ切替え制御に同期して、分光光学素子２２ｅを、例えば、中心波長６４０ｎｍを透過率のピークとして６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域（Ｒの波長域）の光を透過させる第一の波長透過状態と、中心波長５４０ｎｍを透過率のピークとして５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域（Ｇの波長域）の光を透過させる第二の波長透過状態と、中心波長４４０ｎｍを透過率のピークとして４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域（Ｂの波長域）の光を透過させる第三の波長透過状態の３種類の波長透過状態の切替えを繰り返すことができるように制御する。
【００８２】
第三実施形態の蛍光内視鏡装置を、蛍光と反射光による観察と通常の白色光による観察とを切替え可能に構成した場合において、フィルタ切替え部材１４に備わる白色光観察フィルタ１３を光路に挿入したときは、光源１１から出射し白色光観察用フィルタ１３を透過した光が、ライトガイド２３に導かれ、内視鏡先端挿入部２の先端から出射して生体組織５を照射する。生体組織５で反射した光は、対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由して、励起光カットフィルタ２２ｃへ入射する。入射した光のうち、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長域の光が励起フィルタでカットされ、それ以外の光（４００ｎｍ〜４５０ｎｍ、５５０ｎｍ〜６６０ｎｍ）が透過して、分光光学素子２２ｅに入射し、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる３種類の波長透過状態に応じて選択された所定波長域の光が分光光学素子２２ｅを透過し、単色ＣＣＤ２２ｄ’のイメージセンサを介して撮像され、フレームメモリ３１’に記憶される。次いで、フレームメモリ３１’に記憶された画像信号が画像処理装置３２で画像合成等の所定の画像処理が施され、表示ユニット４で表示される。
【００８３】
その際、分光光学素子２２ｅは、第一の波長透過状態のときには、中心波長６４０ｎｍを透過率のピークとして６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域（Ｒの波長域）の光を透過させることができるため、６００ｎｍ〜６６０ｎｍの波長域の光を透過させる。分光光学素子２２ｅが第二の波長透過状態のときには、中心波長５４０ｎｍを透過率のピークとして５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域（Ｇの波長域）の光を透過させることができるため、５５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光を透過させる。分光光学素子２２ｅが第三の波長透過状態のときには、中心波長４４０ｎｍを透過率のピークとして４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域（Ｂの波長域）の光を透過させることができるため、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域の光を透過させる。
また、単板式イメージセンサは、全ての画素が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる３種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとにＲ（６００ｎｍ〜６６０ｎｍ）の画像、Ｇ（５５０ｎｍ〜６００）の画像、Ｂ（４００ｎｍ〜４５０ｎｍ）の画像を時系列的に取得する。
さらに、フレームメモリ３１’は、第一フレームメモリ３１1’、第二フレームメモリ３１2’、第三フレームメモリ３１3’の夫々が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる３種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに時系列的に単板式イメージセンサにおける全ての画素で取得されたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号を別々に記憶する。
【００８４】
この場合、第一フレームメモリ３１1’、第二フレームメモリ３１2’、第三フレームメモリ３１3’に記憶された画像信号をそのまま合成すると、励起光カットフィルタ２２ｃにより４５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域がカットされた画像となるが、画像処理装置３２が、合成画像のホワイトバランスを調整する。これにより、一般の内視鏡での白色画像と略同じ画像を得ることができる。
【００８５】
なお、第三実施形態の蛍光内視鏡装置では、蛍光観察用照明フィルタが、励起光、反射画像取得用の光としてそれぞれ一種類ずつの波長域の光を透過させるように構成されているが、複数種類の励起光、反射画像取得用の光を、透過させるように構成してもよい。その場合には、分光光学素子２２ｅ、分光光学素子制御ユニット２２ｆを、複数種類の蛍光、反射画像取得用の光に対応して複数の波長透過状態に切替えるように構成するとよい。
【００８６】
その他、第三実施形態の蛍光内視鏡装置において、分光光学素子２２ｅを、生体組織５で反射した反射画像取得用の光として通過させる最大透過率の波長が、光源１１が出射する反射画像取得用の光における最大強度の波長とずれるように調整できる構成としてもよい。例えば、図６(c)に二点鎖線で示すように、第二の波長透過状態における透過率のピーク波長を６６０ｎｍから所定量ずらして、分光光学素子２２ｅを透過する反射画像取得用の光の透過率を調整する。このようにすれば、蛍光観察用照明フィルタ１２において、励起用の光と反射画像取得用の光が精密な強度比で透過するように構成しなくてもよい。つまり、分光光学素子２２ｅが光強度調節手段として機能し、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の強度を、生体組織５から発生した蛍光の強度と略同程度に調整することができる。これにより、蛍光観察用照明フィルタの構成を簡素化でき、装置全体のコストを低減することができる。
【００８７】
第四実施形態
図７は本発明の第四実施形態にかかる蛍光内視鏡装置において用いられているフィルタ等の光学特性を示す説明図で、(a)は蛍光観察用照明フィルタの透過率、(b)は励起光カットフィルタの透過率、(c)は分光光学素子が切替える波長透過状態、(d)は検出される蛍光と反射光の波長域及び強度、を夫々示している。なお、第四実施形態の蛍光内視鏡装置を構成する夫々の部材の配置は、図５に示した第三実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。ここでは、第三実施形態の蛍光内視鏡装置と異なる構成について詳細に説明し、同じ構成については説明を省略する。
【００８８】
第四実施形態の蛍光内視鏡装置は、７００ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光の照射により７５０ｎｍ〜８００ｎｍの蛍光を発する近赤外色素を蛍光プローブに用いた蛍光観察に適合させた構成となっている。
【００８９】
詳しくは、蛍光観察用照明フィルタ１２は、透明部材と、透明部材にコーティングされた膜とからなり、図７(a)に示すように、励起用の光（７２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）と反射画像取得用の光（４００ｎｍ〜５５０ｎｍ）を透過させ、その他の波長の光を遮断する光学特性を有するように構成されている。
【００９０】
なお、蛍光観察用照明フィルタ１２は、第一実施形態の蛍光内視鏡装置と同様、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比で透過させるように構成されており、生体組織５で反射した反射画像取得用の光の強度が、生体組織５から発生した蛍光の強度と略同程度となるように、光源１１から出射した反射画像取得用の光の強度を調整する、光強度調節手段としての機能を備えている。
【００９１】
励起光カットフィルタ２２ｃは、図７(b)に示すように、励起用の光（７２０ｎｍ〜７５ｎｍ）をカットし、その他の波長の光を透過させる光学特性を有している。
【００９２】
分光光学素子２２ｅは、エタロンからなり、分光光学素子制御ユニット２２ｆを介して、図７(c)に示すように、中心波長４２０ｎｍを透過率のピークとして４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域の光を透過させる第一の波長透過状態と、５４０ｎｍを透過率のピークとして５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光を透過させる第二の波長透過状態と、７７０ｎｍを透過率のピークとして７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域の光を透過させる第三の波長透過状態、の３種類の波長透過状態の切替えを繰り返すことができるように構成されている。
【００９３】
分光光学素子制御ユニット２２ｆは、分光光学素子２２ｅの波長透過状態（透過波長域）、透過波長状態の切替えピッチ等、分光光学素子２２ｅの駆動を制御するとともに、画像処理部３における画像処理装置３２による画像処理のタイミングを制御しており、分光光学素子２２ｅにおける一組の透過波長状態の切替えごと（図７の例では、３種類の透過波長状態の切替えごと）に、画像処理装置３２に画像処理をさせる（例えば、画像処理の指示信号を送信する）ように構成されている。
【００９４】
その他の構成は、第三実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。
生体組織５には、励起波長７２０ｎｍ〜７５０ｎｍ、蛍光波長７５０ｎｍ〜８００ｎｍの近赤外蛍光薬剤が蛍光プローブとして標識されている。
【００９５】
このように構成された第四実施形態の蛍光内視鏡装置では、分光光学素子２２ｅが図７(c)に示すように、中心波長４２０ｎｍ，５４０ｎｍ，７７０ｎｍの夫々を透過率のピークとする３種類の波長透過状態の切替えを繰り返すとともに、撮像素子２２ｄ’を構成する単板式イメージセンサにおける全ての画素が、分光光学素子２２ｅにおける３種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに分光光学素子２２ｅを透過した光による画像を時系列的に撮像するため、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの反射画像と５００ｎｍ〜５５０ｎｍの反射画像と７５０ｎｍ〜８００ｎｍの蛍光画像を別々に取得することができる。
【００９６】
詳しくは、第四実施形態の蛍光内視鏡装置では、光源１１から出射し蛍光観察用照明フィルタ１２を透過した光が、ライトガイド２３に導かれ、内視鏡先端挿入部２の先端から出射して生体組織５を照射する。このときの照射光は、第二実施形態の蛍光内視鏡装置と同様の光であり、図７(a)に示すように、４００ｎｍ〜５５０ｎｍの反射画像取得用の光、７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起用の光の２種類の波長域の光である。また、４００ｎｍ〜５５０ｎｍの反射画像取得用の光は、７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起用の光に対して１／１０００程度の強度に弱められている。
【００９７】
この照射光の生体組織５への照射により、生体組織５から次の３種類の波長域の光が内視鏡先端挿入部２へ入射する。
４−１）生体組織５で反射した４００ｎｍ〜５５０ｎｍの反射画像取得用の光
４−２）生体組織５で反射した７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光
４−３）７２０ｎｍ〜７５０ｎｍの励起光の照射により、生体組織５の蛍光薬剤集積部５ａから発生した蛍光７５０ｎｍ〜８００ｎｍの蛍光薬剤の蛍光
【００９８】
ここで、４−３）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、４−２）の生体組織５で反射した励起光の強度の１／１０００程度であるが、蛍光観察用照明フィルタ１２は、照明光が生体組織５に照射される前に、励起用の光と反射画像取得用の光を１０００：１程度の強度比となるように光強度を調整して透過させている。このため、４−３）の生体組織５で発生した蛍光薬剤の蛍光の強度は、４−１）の生体組織５で反射した反射画像取得用の光と同程度の強度となる。
【００９９】
生体組織５からの４−１）、４−２）、４−３）の光は、内視鏡先端挿入部２の対物光学系２２ａ、結像光学系２２ｂを経由して、励起光カットフィルタ２２ｃへ入射する。入射した光のうち、４−２）の励起光は励起光カットフィルタ２２ｃでカットされ、４−３）の蛍光、４−１）の反射画像取得用の光のみが分光光学素子２２ｅに入射し、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる３種類の波長透過状態に応じて選択された所定波長域の光が分光光学素子２２ｅを透過し、単色ＣＣＤ２２ｄ’のイメージセンサを介して撮像され、フレームメモリ３１に記憶される。
【０１００】
その際、分光光学素子２２ｅは、第一の波長透過状態のときには、中心波長４２０ｎｍを透過率のピークとして４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域の光を透過させることができるため、４−１）の反射画像取得用の光のうち、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光を透過させる。分光光学素子２２ｅが第二の波長透過状態のときには、中心波長５４０ｎｍを透過率のピークとして５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光を透過させることができるため、４−１）の反射画像取得用の光のうち、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの光を透過させる。分光光学素子２２ｅが第三の波長透過状態のときには、中心波長７７０ｎｍを透過率のピークとして７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域の光を透過させることができるため、４−２）の蛍光を透過させる。
また、単板式イメージセンサは、全ての画素が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる３種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに蛍光と反射光の画像を時系列的に取得する。
さらに、フレームメモリ３１’は、第一フレームメモリ３１1’、第二フレームメモリ３１2’、第三フレームメモリ３１3’の夫々が、分光光学素子２２ｅにおいて切替わる３種類の波長透過状態に対応し、波長透過状態が切替わるごとに時系列的に単板式イメージセンサにおける全ての画素で取得された蛍光の画像信号と反射光の画像信号とを別々に記憶する。
【０１０１】
このため、蛍光と反射画像取得用の光は、それぞれ分離して検出することができる。上述したように、血液は主に４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域の光を吸収する特性を持つ。このため、分光光学素子２２ｅが第一の波長透過状態のときには、４−１）の反射光のうち第一フレームメモリ３１1’に記憶された４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光から生体組織５の血流情報、分光光学素子２２ｅが第二の波長透過状態のときには、４−１）の反射光のうち第二フレームメモリ３１2’に記憶された５００ｎｍ〜５５０ｎｍの光から生体組織５の形態情報が得られ、分光光学素子２２ｅが第三の波長透過状態のときには、第三フレームメモリ３１3’に記憶された４−３）の蛍光から例えば癌などの病変部の位置情報が得られる。
【０１０２】
それぞれの情報となる各画像信号は、画像処理装置３２で画像合成等の所定の画像処理が施され、表示ユニット４で表示される。
その他の作用及び効果は、第三実施形態の蛍光内視鏡装置と略同じである。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の蛍光内視鏡装置は、蛍光画像による生体組織における病変部の位置情報と反射画像による生体組織の形態情報とを取得する蛍光内視鏡装置に有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１                光源部
１１              光源
１２              蛍光観察用照明フィルタ
２                内視鏡先端挿入部
２１              照明光学系
２２              撮像光学系
２２ａ            対物光学系
２２ｂ            結像光学系
２２ｃ            励起光カットフィルタ
２２ｄ，２２ｄ’  撮像素子
２２ｅ            分光光学素子
２２ｆ            分光光学素子制御ユニット
２３              ライトガイド
３                画像処理部
３１，３１’      フレームメモリ
３１1             Ｒフレームメモリ
３１2             Ｇフレームメモリ
３１3             Ｂフレームメモリ
３１1’           第一フレームメモリ
３１2’           第二フレームメモリ
３１3’           第三フレームメモリ
３２              画像処理装置
４                表示ユニット
５                生体組織
５ａ              蛍光薬剤集積部
【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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