(57)【要約】  生体観察装置１は、検体の表面を観察する装置であって、３００ｎｍから６５０ｎｍまでの間にある波長を含む励起光を照射する励起光源５と、励起光が照射された検体Ｓから発せられた観察光のうち励起光をカットするフィルタ１１と、観察光を撮像し画像データを出力するカメラ１３と、観察光の像を基準画像として記憶するデータ記憶部２１ｃと、基準画像の取得後の観察光の像である対象画像を取得し、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像を生成する画像処理部２１ｂと、解析画像を出力するディスプレイ２３とを備える。
2017119340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体から切除された観察対象の表面を観察する生体観察方法であって、
がん細胞に結合することで蛍光を発し、３００ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲に励起波長を有する蛍光物質を、前記観察対象に与えるステップと、
光源を用いて、前記励起波長を含む励起光を前記観察対象に照射するステップと、
フィルタを用いて、前記観察対象から発せられた観察光から前記励起光をカットするステップと、
カメラを用いて、前記励起光がカットされた前記観察光を撮像し、画像データを出力するステップと、
前記画像データを基に、前記蛍光物質が与えられた後の前記観察光の像である基準画像を記憶するステップと、
前記画像データを基に、前記基準画像の取得後の前記観察光の像である対象画像を取得し、画像処理装置を用いて、前記基準画像に対する前記対象画像の光強度の変化を示す解析画像を生成するステップと、
出力装置を用いて、前記解析画像を出力するステップと、
を備える生体観察方法。
【請求項２】
前記解析画像を生成するステップでは、前記基準画像と前記対象画像の差分を前記解析画像として生成する、
請求項１記載の生体観察方法。
【請求項３】
前記基準画像を記憶するステップでは、前記蛍光物質が与えられた直後の前記観察光の像を前記基準画像として記憶する、
請求項１又は２記載の生体観察方法。
【請求項４】
前記基準画像を記憶するステップでは、前記蛍光物質が与えられてから所定時間経過後の前記観察光の像を前記基準画像として記憶する、
請求項１又は２記載の生体観察方法。
【請求項５】
前記解析画像を生成するステップでは、前記蛍光物質が与えられてから少なくとも３分経過後の前記観察光の像を前記対象画像として取得する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体観察方法。
【請求項６】
前記カメラ、及び前記画像処理装置は、スマートデバイスに内蔵されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体観察方法。
【請求項７】
前記光源は、前記スマートデバイスと電気的に接続されており、
前記スマートデバイスは、前記カメラの撮像タイミングにおいて前記励起光を照射するように前記光源を制御するように構成されている、
請求項６記載の生体観察方法。
【請求項８】
前記光源は、前記スマートデバイスに内蔵されており、
前記スマートデバイスは、前記カメラの撮像タイミングにおいて前記励起光を照射するように前記光源を制御するように構成されている、
請求項６記載の生体観察方法。
【請求項９】
観察対象の表面を観察する生体観察装置であって、
３００ｎｍから６５０ｎｍまでの間にある波長を含む励起光を照射する光源と、
前記励起光が照射された観察対象から発せられた観察光のうち前記励起光をカットするフィルタと、
前記励起光がカットされた前記観察光を撮像し、画像データを出力する撮像部と、
前記画像データを基に、前記観察対象から発せられた前記観察光の像である基準画像を記憶する記憶部と、
前記画像データを基に、前記基準画像の取得後の前記観察光の像である対象画像を取得し、前記基準画像に対する前記対象画像の光強度の変化を示す解析画像を生成する画像処理装置と、
前記解析画像を出力する出力装置と、
を備える生体観察装置。
【請求項１０】
前記観察対象は、がん細胞と反応することで蛍光を発する物質であって、３００ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲に励起波長を有する蛍光物質が与えられる、請求項９記載の生体観察装置。
【請求項１１】
前記画像処理装置は、前記基準画像と前記対象画像の差分を前記解析画像として生成する、
請求項１０記載の生体観察装置。
【請求項１２】
前記記憶部は、前記蛍光物質が与えられた直後の前記観察光の像を前記基準画像として記憶する、
請求項１０又は１１記載の生体観察装置。
【請求項１３】
前記記憶部は、前記蛍光物質が与えられてから所定時間経過後の前記観察光の像を前記基準画像として記憶する、
請求項１０又は１１記載の生体観察装置。
【請求項１４】
前記画像処理装置は、前記蛍光物質が与えられてから少なくとも３分経過後の前記観察光の像を前記対象画像として取得する、
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の生体観察装置。
【請求項１５】
前記観察光は、３００ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲に励起波長を有する自家蛍光を含む、請求項９記載の生体観察装置。
【請求項１６】
前記撮像部及び前記画像処理装置は、スマートデバイスに内蔵されている、
請求項９〜１５のいずれか１項に記載の生体観察装置。
【請求項１７】
前記光源は、前記スマートデバイスと電気的に接続されており、
前記スマートデバイスは、前記撮像部の撮像タイミングにおいて前記励起光を照射するように前記光源を制御するように構成されている、
請求項１６記載の生体観察装置。
【請求項１８】
前記光源は、前記スマートデバイスに内蔵されており、
前記スマートデバイスは、前記撮像部の撮像タイミングにおいて前記励起光を照射するように前記光源を制御するように構成されている、
請求項１６記載の生体観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一側面は、観察対象を観察する生体観察方法及び生体観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、試薬を用いて生体から切除された組織中のがん細胞を識別する手法が開発されている。例えば、下記非特許文献１には、がん細胞で活性が上昇している特定のタンパク質分解酵素によって蛍光性へと変化する蛍光試薬を、乳腺手術において摘出した検体に対してスプレーすることで、乳腺腫瘍を選択的に光らせ、周囲の乳腺と脂肪組織中の乳腺腫瘍を識別できることが明らかにされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Rapid intraoperative visualization of breast lesions with γ-glutamyl hydroxymethyl rhodamine green”，  Scientific reports，  2015年7月13日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記非特許文献１に記載の手法では、組織中のがん細胞以外の脂肪組織等からも蛍光が生じることが分かっている。そのため、生体から切除された組織に蛍光試薬を与えた後に組織からの蛍光像を観察する際に、組織におけるがん細胞の有無或いは位置を判定することを容易にすることが望まれる。【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、組織の表面のがん細胞の有無或いは位置を精度よく判定することが可能な生体観察方法及び生体観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一形態に係る生体観察方法は、生体から切除された観察対象の表面を観察する生体観察方法であって、がん細胞に結合することで蛍光を発し、３００ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲に励起波長を有する蛍光物質を、観察対象に与えるステップと、光源を用いて、励起波長を含む励起光を観察対象に照射するステップと、フィルタを用いて、観察対象から発せられた観察光から励起光をカットするステップと、カメラを用いて、励起光がカットされた観察光を撮像し、画像データを出力するステップと、画像データを基に、蛍光物質が与えられた後の観察光の像である基準画像を記憶するステップと、画像データを基に、基準画像の取得後の観察光の像である対象画像を取得し、画像処理装置を用いて、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像を生成するステップと、出力装置を用いて、解析画像を出力するステップと、を備える。【０００７】
上記形態の生体観察方法によれば、がん細胞と結合することで蛍光を発する蛍光物質が生体から切除された観察対象に与えられた後に、励起光の照射に応じて観察対象から発せられた観察光が、励起光がカットされた状態で撮像される。その結果得られた画像データを基に、蛍光物質が与えられた後の観察光の像が基準画像として得られた後に、基準画像の取得後の観察光の像が対象画像として得られ、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像が生成および出力される。これにより、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を基に、組織中のがん細胞の有無或いは位置を精度よく判定することができる。【０００８】
或いは、本発明の他の形態に係る生体観察装置は、観察対象の表面を観察する生体観察装置であって、３００ｎｍから６５０ｎｍまでの間にある波長を含む励起光を照射する光源と、励起光が照射された観察対象から発せられた観察光のうち励起光をカットするフィルタと、励起光がカットされた観察光を撮像し、画像データを出力する撮像部と、画像データを基に、観察対象から発せられた観察光の像である基準画像を記憶する記憶部と、画像データを基に、基準画像の取得後の観察光の像である対象画像を取得し、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像を生成する画像処理装置と、解析画像を出力する出力装置と、を備える。【０００９】
上記形態の生体観察装置によれば、励起光の照射に応じて観察対象から発せられた観察光が、励起光がカットされた状態で撮像される。仮に観察対象の表面にがん細胞が存在していれば、観察光は、がん細胞に起因する蛍光を含む。その結果得られた画像データを基に、観察光の像が基準画像として得られた後に、基準画像の取得後の観察光の像が対象画像として得られ、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像が生成および出力される。これにより、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を基に、組織中のがん細胞の有無或いは位置を精度よく判定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一側面によれば、組織の表面のがん細胞の有無或いは位置を精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る生体観察装置１の概略構成を示す図である。
【図２】図１のコンピュータ１５の構成を内部の機能構成を含んで示すブロック図である。
【図３】図１の生体観察装置１による解析画像の生成処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の変形例に係る生体観察装置１Ａの概略構成を示す図である。
【図５】本発明の別の変形例に係る生体観察装置１Ｂの概略構成を示す図である。
【図６】本発明の別の変形例に係る生体観察装置１Ｃの概略構成を示す図である。
【図７】模擬装置を含む実験系の構成を示す図である。
【図８】実験対象のサンプルの配置状態を示す図である。
【図９】図７の実験系により得られた実験結果の解析画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る生体観察装置及び生体観察方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る生体観察装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示す生体観察装置１は、観察対象の検体Ｓの表面を観察するための装置である。検体Ｓとしては、例えば、人間、動物等の生体から切除された標本である。この生体観察装置１は、検体Ｓを収容する暗箱３と、照明光源４と、励起光源５と、噴射装置７と、ダイクロイックミラー９と、励起光遮断用フィルタ１１と、カメラ（撮像部）１３と、コンピュータ１５とを含んで構成されている。なお、励起光源５と、ダイクロイックミラー９、励起光遮断用フィルタ１１は、励起光照射ユニット１０を構成する。
【００１４】
暗箱３は、検体Ｓが載置される底板３ａと遮光性のカバー３ｂとによって構成されており、外乱光が検体Ｓに向けて入射することを防止するための部材である。照明光源４は、検体Ｓに照射される照明光を出力する。例えば、照明光源４は、暗箱３内の検体Ｓに向けて照明光を照射する光源装置であり、コンピュータ１５に電気的に接続されている。また、励起光源５は、ダイクロイックミラー９等を含む光学系を経由して検体Ｓに励起光を照射するための光源装置であり、コンピュータ１５に電気的に接続されている。励起光源５の照射する励起光の波長は、３００ｎｍ〜６５０ｎｍの間の波長に設定されている。詳細には、励起光源５とダイクロイックミラー９との間にはコリメータレンズ１７が配置されており、励起光源５から照射された励起光は、コリメータレンズ１７によって平行光に変えられてからダイクロイックミラー９によって反射されて暗箱３内の検体Ｓに照射される。これらの照明光源４及び励起光源５による光照射のオン／オフは、コンピュータ１５の指示信号により制御される。ダイクロイックミラー９は、暗箱３のカバー３ｂの上面に取り付けられ、暗箱３内の検体Ｓから発せられた蛍光、及び検体Ｓの表面で反射された照明光をカメラ１３に向けて透過させるとともに、励起光源５から照射された励起光を暗箱３内の検体Ｓに向けて反射させる。すなわち、ダイクロイックミラー９は、励起光源５からの励起光の光路と、検体Ｓからの照明光及び蛍光の光路とを分離する役割を有する。
【００１５】
なお、照明光源４から出力され、検体Ｓの表面で反射された照明光がダイクロイックミラー９で遮蔽されないようにするため、照明光の波長を蛍光波長としてもよい。また、検体Ｓの反射画像を撮像するために、ダイクロイックミラー９及び励起光遮断用フィルタ１１を検体Ｓとカメラ１３の光軸に対して出し入れするための手動もしくは自動のスライド機構を設けてもよい。この場合、照明光源４がＯＮの時、ダイクロイックミラー９及び励起光遮断用フィルタ１１を光軸から外し、励起光源５がＯＮの時、ダイクロイックミラー９及び励起光遮断用フィルタ１１を光軸上に配置されるように照明光源４及び励起光源５の制御と連動して自動スライド機構を制御してもよい。
【００１６】
カメラ１３は、励起光が照射された検体Ｓから発せられた蛍光、及び照明光が照射された検体Ｓの表面で反射された照明光を、観察光として撮像する装置であり、暗箱３の外部においてダイクロイックミラー９を挟んでカバー３ｂの上方に固定されている。このカメラ１３は、コンピュータ１５に電気的に接続され、蛍光及び照明光の像を映した動画像データあるいは静止画像データをコンピュータ１５に出力する。このような機能のカメラ１３としては、ＣＣＤエリアイメージセンサ、又はＣＭＯＳエリアイメージセンサ等のエリアイメージセンサが用いられる。さらに、このカメラ１３とダイクロイックミラー９との間には、ダイクロイックミラー９を透過した観察光をカメラ１３に集束させる結像レンズ１９と、ダイクロイックミラー９を透過した検体Ｓからの蛍光を含む観察光から、励起光をカットする励起光遮断用フィルタ１１とが配置されている。なお、ダイクロイックミラー９が完全に励起光をカットする機能を有する場合には、励起光遮断用フィルタ１１は省かれてもよい。
【００１７】
噴射装置７は、内部に蛍光物質を収容し、蛍光物質を暗箱３内の検体Ｓに向けて噴射する機構を有する。この噴射装置７は、コンピュータ１５に電気的に接続され、コンピュータ１５からの指示信号に応じて蛍光物質を噴射する。噴射装置７が収容する蛍光物質としては、がん細胞に結合することで蛍光を発し、励起ピーク波長（励起波長）が３００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内にある蛍光試薬が用いられる。特に、励起波長は、３００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。このような波長域では、ヘモグロビンの光吸収が大きいため、励起光が検体Ｓの内部に届きにくい。そのため、検体Ｓの表面を好適に観察することができる。このような波長域に励起波長を持つ蛍光試薬としては、例えば、励起ピーク波長が４９６ｎｍであり、蛍光ピーク波長が５２５ｎｍであり、γ−グルタミルトランスペプチダーゼ（γ-glutamyltranspeptidase（ＧＧＴ））活性を持つがん細胞に反応して蛍光を発する蛍光試薬を用いることができる。
【００１８】
コンピュータ１５は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、及びＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）を内蔵する情報処理装置であり、生体観察装置１の各部の動作を制御するとともに、カメラ１３から出力された画像データを処理する。図２には、コンピュータ１５の構成を内部の機能構成も含んで示している。コンピュータ１５は、コンピュータ本体部２１と、コンピュータ本体部２１に電気的に接続されたディスプレイ２３及び入力装置２５とを備えている。入力装置２５は、タッチパネル、キーボート、マウス等により構成され、ユーザから指示内容の入力を受け付け、コンピュータ本体部２１に指示内容を伝達する。ディスプレイ２３は、コンピュータ本体部２１による処理結果のデータを表示（出力）する出力装置である。
【００１９】
コンピュータ本体部２１には、機能的構成要素として、制御部２１ａ、画像処理装置として動作する画像処理部２１ｂ、及びデータ記憶部２１ｃとが実装されている。制御部２１ａは、カメラ１３、照明光源４、励起光源５、及び噴射装置７の動作を制御する。具体的には、制御部２１ａは、カメラ１３の撮像タイミングであるシャッタータイミング（露光タイミング）を制御する。また、制御部２１ａは、照明光源４及び励起光源５の発光タイミングを制御する。また、制御部２１ａは、噴射装置７における蛍光物質の噴射タイミングを制御する。データ記憶部２１ｃは、カメラ１３から出力された画像データを記憶する。画像処理部２１ｂは、データ記憶部２１ｃに記憶された画像データを対象に画像処理を実行して解析画像を生成し、その解析画像をディスプレイ２３に表示させる。
【００２０】
以下、上述した生体観察装置１による解析画像の生成処理の手順を説明するとともに、本実施形態に係る生体観察方法について詳述する。図３は、生体観察装置１による解析画像の生成処理の手順を示すフローチャートである。
【００２１】
最初に、ユーザによるコンピュータ１５に対する指示入力に応じて、暗箱３の底板３ａに検体Ｓが載置された状態で、検体Ｓの撮像処理が開始される。それに応じて、コンピュータ１５による照明光源４の制御により、照明光源４から検体Ｓの表面に向けて照明光が照射される（ステップＳ０１）。これに同期して、コンピュータ１５により、検体Ｓの表面で反射された反射光がカメラ１３で撮像されるように制御される。その結果、カメラ１３から出力された画像データがコンピュータ１５で取得され、その画像データがディスプレイ２３に表示される（ステップＳ０２）。このように、照明光によって照明された検体Ｓの像がディスプレイ２３に表示されることにより、ユーザが表示画像を見ながら検体Ｓの配置の調整を行うことができる。なお、この状態では、検体Ｓに蛍光物質が与えられていないため、検体Ｓから蛍光は生じていない。そのため、カメラ１３から出力される画像データには蛍光像は含まれていない。なお、カメラ１３から出力される画像データは、その都度、コンピュータ１５のデータ記憶部２１ｃに記憶される。
【００２２】
その後、暗箱３の底板３ａに検体Ｓを載置した状態で、ユーザからの指示入力に応じたコンピュータ１５による噴射装置７の制御により、検体Ｓの表面に向けて所定量の蛍光物質が噴射される（ステップＳ０３）。これにより、検体Ｓの表面に蛍光物質が与えられる。この蛍光物質の噴射のタイミングの情報は、コンピュータ１５の制御部２１ａによりデータ記憶部２１ｃに記憶される。
【００２３】
さらに、蛍光物質の噴射直後から、コンピュータ１５による励起光源５の制御により、検体Ｓに向けた蛍光物質を励起させる波長を含む励起光の照射が開始される（ステップＳ０４）。これにより、励起光源５から照射された励起光は、ダイクロイックミラー９によって反射されて検体Ｓの表面に入射する。それに応じて、蛍光物質が与えられた検体Ｓの表面から蛍光が発生する。検体Ｓから発せられる蛍光を含む観察光は、ダイクロイックミラー９及び励起光遮断用フィルタ１１を介してカメラ１３によって撮像される。これにより、検体Ｓで反射及び散乱された励起光は、ダイクロイックミラー９及び励起光遮断用フィルタ１１によってカットされる。このとき、励起光源５による励起光の照射タイミングは、カメラ１３の撮像タイミングに同期するように制御されることが好適である。また、励起光の照射およびカメラ１３による撮像は、蛍光物質が噴射されてから少なくとも３分以上経過するまで継続するように制御される。
【００２４】
蛍光物質が与えられた検体Ｓにおいては、がん細胞以外にも脂肪等の他の組織からも蛍光を発する。ただし、蛍光物質はがん細胞で活性が上昇している特定のたんぱく質分解酵素によって蛍光性へと変化する性質を有するため、そのような蛍光物質が与えられた検体Ｓにおいては、がん細胞に起因する蛍光の強度が時間経過に伴って上昇する傾向にある。そのような性質を利用するため、本実施形態では、次のようにして解析画像を得る。
【００２５】
すなわち、コンピュータ１５において、カメラ１３から出力された画像データ及びデータ記憶部２１ｃに記憶された蛍光物質の噴射タイミングの情報を基に、蛍光物質が噴射された直後の観察光の像である基準画像を示す基準画像データが取得され、その基準画像データがデータ記憶部２１ｃに記憶される（ステップＳ０５）。また、基準画像データは、蛍光物質が噴射されてから所定の初期時間（例えば、３０秒）経過した後の観察光の像として取得されてもよい。
【００２６】
さらに、カメラ１３から出力された画像データを基に、蛍光物質が噴射されてから初期期間よりも長い所定時間が経過した後の観察光の像である対象画像を示す対象画像データが取得され、その対象画像データがデータ記憶部２１ｃに記憶される（ステップＳ０６）。この対象画像の撮像のタイミングを決める上記所定時間としては、少なくとも３分以上に設定され、好適には３分以上かつ５分未満に設定される。
【００２７】
次に、コンピュータ１５の画像処理部２１ｂにより、データ記憶部２１ｃから基準画像データと対象画像データが取得され、それらの差分画像が解析画像データとして生成される（ステップＳ０７）。このようにして生成された解析画像データは、基準画像に対する対象画像の光強度の変化の検体Ｓの表面上の分布を表す。最後に、コンピュータ１５の画像処理部２１ｂにより、解析画像データによって表される解析画像がディスプレイ２３に出力される（ステップＳ０８）。この解析画像データは、ステップＳ０２によって取得された検体Ｓの反射像の画像データに重畳させて表示されてもよいし、カメラ１３によって様々な角度で撮像されることによって取得された複数の解析画像データを用いて、３次元画像として表示されてもよい。
【００２８】
以上説明した生体観察装置１及びそれを用いた生体観察方法によれば、がん細胞と反応することで蛍光を発する蛍光物質が生体から切除された検体Ｓに与えられた後に、励起光の照射に応じて検体Ｓから発せられた観察光が、励起光がカットされた状態で撮像される。その結果得られた画像データを基に、蛍光物質が与えられた直後の観察光の像が基準画像として得られた後に、基準画像の取得から所定時間経過後の観察光の像が対象画像として得られ、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像が生成および出力される。蛍光物質が与えられた検体において、脂肪等の組織から生じる蛍光は時間変化が少ないが、がん細胞からの蛍光は時間的に強度が変化する（上昇する）。このような性質を利用することで検体中においてがん細胞とその他の組織を見分けることが可能と考えられる。本実施形態では、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を基に、組織中のがん細胞の位置を精度よく判定することができる。さらに、本実施形態で使用される蛍光物質はヘモグロビンに吸収されやすい波長域に励起波長を有している。そのため、検体中に蛍光強度が変化した部分が存在すれば、検体の表面にがん細胞が存在する可能性が高いと考えられる。従って、本実施形態により検体の表面にがん細胞が存在するか否かを容易に判定することができる。
【００２９】
本実施形態では、基準画像と対象画像の差分が解析画像として生成されている。このような構成により、基準画像に対する対象画像の光強度の変化が大きい部分を明確に可視化することができる。その結果、組織中のがん細胞の位置の判定精度を向上できる。
【００３０】
また、本実施形態では、カメラ１３から出力された基準画像を表す基準画像データがコンピュータ１５のデータ記憶部２１ｃに記憶される。この場合、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を容易に取得することができる。その結果、組織中のがん細胞の位置の判定精度を確保できる。
【００３１】
さらに、本実施形態は、蛍光物質が与えられた直後の観察光の像、あるいは、蛍光物質が与えられてから初期期間の経過後の観察光の像を基準画像として記憶する。この場合、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を容易に取得することができる。その結果、組織表面のがん細胞の有無或いは位置の判定精度を確保できる。
【００３２】
また、本実施形態では、蛍光物質が与えられてから少なくとも３分経過後の観察光の像を対象画像として取得する。蛍光物質を与えてから３分経過後ではがん細胞からの蛍光の時間変化が十分大きくなると想定される。そのため、蛍光物質が与えられてから少なくとも３分経過後に取得された対象画像を用いることで、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を明確に可視化することができる。その結果、組織中のがん細胞の位置の判定精度を向上できる。一方、蛍光物質を与えてから５分以上経過した後ではがん細胞からの蛍光の時間変化が小さくなってしまうことも想定される。そのため、蛍光物質が与えられてから３分以上かつ５分未満の所定時間経過後に取得された対象画像を用いることで、基準画像に対する対象画像の光強度の変化をさらに明確に可視化することができる。
【００３３】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
例えば、上述した実施形態に係る生体観察装置１の構成は、図４、図５、及び図６に示す構成に変更してもよい。
【００３５】
すなわち、図４に示す変形例に係る生体観察装置１Ａのように、生体観察装置１のコンピュータ１５及びカメラ１３は、カメラ（撮像部）１３Ａを内蔵するスマートデバイス１５Ａに置き換えられてもよい。この生体観察装置１Ａにおいては、カメラ１３Ａにレンズが内蔵されているため、結像レンズ１９は省かれている。このスマートデバイス１５Ａは、スマートフォン、タブレット端末等の端末装置であり、その構成は、カメラ１３Ａを内蔵する以外は、図２に示したコンピュータ１５の構成と同様である。具体的には、スマートデバイス１５Ａには、機能的構成要素として、制御部２１ａ、画像処理部２１ｂ、及びデータ記憶部２１ｃが実装されている。このスマートデバイス１５Ａには、励起光源５が電気的に接続されており、制御部２１ａは、カメラ１３Ａの撮像タイミングに同期させて励起光を照射するように励起光源５を制御する機能を有する。
【００３６】
スマートデバイス１５Ａは、ディスプレイ３１を有する主面３３と、主面３３の反対の面であり、励起光照射ユニット１０が配置される裏面３５とを有している。裏面３５には、検体Ｓから発せられた観察光をカメラ１３Ａに導光するための開口３７（第１の開口）が設けられている。
【００３７】
このようなスマートデバイス１５Ａを含んだ構成により、撮像、画像データの保存、及び画像データの転送が容易となる。その結果、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像を効率的に生成することができる。また、全体の装置構成を容易に単純化できる。
【００３８】
また、図５に示す変形例に係る生体観察装置１Ｂのように、生体観察装置１のダイクロイックミラー９及びコリメータレンズ１７は省かれていてもよい。このような構成の生体観察装置１Ｂにおいては、励起光源５は、暗箱３内の検体Ｓに直接励起光を照射可能なように構成される。また、カメラ１３は、検体Ｓからの観察光を励起光遮断用フィルタ１１及び結像レンズ１９を介して撮像するように構成される。
【００３９】
また、図６に示す変形例に係る生体観察装置１Ｃのように、生体観察装置１のコンピュータ１５及びカメラ１３、照明光源４、励起光源５は、カメラ（撮像部）１３Ｃ及び照明光源４Ｃ、励起光源５Ｃを内蔵するスマートデバイス１５Ｃに置き換えられてもよい。この生体観察装置１Ｃにおいては、コリメータレンズ１７及びダイクロイックミラー９は省かれている。このスマートデバイス１５Ｃは、カメラ１３Ｃ及び照明光源４Ｃ、励起光源５Ｃを内蔵する以外は、図２に示したコンピュータ１５の構成と同様である。具体的には、スマートデバイス１５Ｃには、機能的構成要素として、制御部２１ａ、画像処理部２１ｂ、及びデータ記憶部２１ｃが実装されている。このスマートデバイス１５Ｃの制御部２１ａは、カメラ１３Ｃの撮像タイミングに同期させて励起光を照射するように励起光源５Ｃを制御する機能を有する。
【００４０】
さらに、スマートデバイス１５Ｃは、ディスプレイ３１を有する主面３３と、主面３３の反対の面である裏面３５とを有している。裏面３５には、検体Ｓから発せられた観察光をカメラ１３Ｃに導光するための開口３７（第１の開口）、励起光源５Ｃから出力された励起光を導光するための開口３９（第２の開口）、及び、照明光源４Ｃから出力された照明光を導光するための開口４１（第３の開口）を有している。開口３７の内部には、励起光遮断用フィルタが配置されている。
【００４１】
生体観察装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいて、画像処理部２１ｂは、基準画像データと対象画像データとの差分画像を解析画像データとして生成することには限定されない。例えば、基準画像データと対象画像データとの除算画像（強度比を示す画像）を解析画像データとして生成してもよい。また、画像処理部２１ｂは、差分画像や除算画像などの解析画像に対して、二値化処理等の画像処理を施した画像を解析画像データとして生成してもよい。
【００４２】
また、観察対象は、人間、動物等の生体から切除された標本に限らず、人間、動物等の舌、皮膚、外科手術等による切開部位などを観察対象としてもよい。この場合、噴射や塗布等により、舌或いは皮膚、切開部位などに蛍光物質を与えてもよいし、蛍光物質を与えずに、観察対象から発せられる自家蛍光を観察光として撮像してもよい。自家蛍光の励起波長は、３００ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲である。このような波長域は、ヘモグロビンの光吸収が大きいため、励起光が観察対象の内部に届きにくく、観察対象の表面を好適に観察できる。なお、自家蛍光を観察する場合、画像処理部２１ｂは、自家蛍光の蛍光画像を作成してもよい。
【００４３】
次に、上記実施形態の生体観察装置１Ａを模擬した模擬装置１００による解析画像の生成の実験結果を示す。図７には、模擬装置１００を含む実験系の構成を示し、図８には、実験対象のサンプルの配置状態を示す画像を示し、図９には、実験結果の解析画像を示している。
【００４４】
図７に示すように、模擬装置１００として、スマートフォン１１５に励起光源１０５とダイクロイックミラー１０９を取り付けたものを用意し、この模擬装置１００を、検体Ｓを想定した２つのサンプルＳ１，Ｓ２に対向させて配置した。図８に示すように、サンプルＳ１，Ｓ２は、並べて載置されており、それぞれが、がん細胞及び脂肪組織を想定したサンプルである。具体的には、サンプルＳ１，Ｓ２は、透明の容器に数ｎｍｏｌの濃度の蛍光色素を入れたものとしてある。蛍光色素としては、蛍光波長が５２５ｎｍ、励起波長が４７０ｎｍであるフルオレセイン（ＦＩＴＣ）を使用した。従って、スマートフォン１１５には、５２５ｎｍの蛍光波長の光を透過し、４７０ｎｍの励起波長を含む励起光を反射する特性を有するダイクロイックミラー１０９を取り付けている。また、スマートフォン１１５によるカメラのシャッタースピードは１／１５ｓｅｃに設定した。
【００４５】
図９（ａ）には、模擬装置１００によって取得されたサンプルＳ１，Ｓ２の蛍光画像を示し、この画像が基準画像を模擬したものとなっている。さらに、図９（ｂ）には、サンプルＳ１内のみの蛍光色素の濃度を図９（ａ）の蛍光画像を得た際に比較して増加させた状態で模擬装置１００によって取得されたサンプルＳ１，Ｓ２の蛍光画像を示し、この画像が対象画像を模擬したものとなっている。すなわち、図９（ｂ）に示す蛍光画像は、蛍光試薬が噴射されてから所定時間が経過した後の蛍光画像が模擬されている。さらに、図９（ｃ）には、図９（ａ）に示す蛍光画像と図９（ｂ）に示す蛍光画像とを基に生成された差分画像を示し、この差分画像が解析画像を模擬したものである。この結果から、模擬装置１００によって取得された解析画像には、がん細胞を想定したサンプルＳ１のみの蛍光像が現れていることが分かる。このことから、生体観察装置１，１Ａ，１Ｂによってがん細胞の有無判定及び位置判定が十分に機能することが実証された。
【００４６】
ここで、上記形態の生体観察装置の観察対象は、がん細胞と反応することで蛍光を発する物質であって、３００ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲に励起波長を有する蛍光物質が与えられてもよい。この場合、観察対象の表面に存在するがん細胞の有無或いは位置の判定精度を向上できる。また、上記形態の生体観察装置の観察光は、３００ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲に励起波長を有する自家蛍光を含んでもよい。
【００４７】
解析画像を生成するステップでは、基準画像と対象画像の差分を解析画像として生成する、ことが好適である。画像処理装置は、基準画像と対象画像の差分を解析画像として生成する、ことが好適である。この場合、基準画像に対する対象画像の光強度の変化が大きい部分を明確に可視化することができる。その結果、組織中のがん細胞の有無或いは位置の判定精度を向上できる。
【００４８】
また、基準画像を記憶するステップでは、蛍光物質が与えられた直後の観察光の像を基準画像として記憶する、ことが好適である。また、記憶部は、蛍光物質が与えられた直後の観察光の像を基準画像として記憶する、ことが好適である。この場合、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を容易に取得することができる。その結果、組織中のがん細胞の有無或いは位置の判定精度を確保できる。
【００４９】
さらに、基準画像を記憶するステップでは、蛍光物質が与えられてから所定時間経過後の観察光の像を基準画像として記憶する、ことも好適である。さらに、記憶部は、蛍光物質が与えられてから所定時間経過後の観察光の像を基準画像として記憶する、ことも好適である。この場合、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を容易に取得することができる。その結果、組織中のがん細胞の有無或いは位置の判定精度を確保できる。
【００５０】
またさらに、解析画像を生成するステップでは、蛍光物質が与えられてから少なくとも３分経過後の観察光の像を対象画像として取得する、ことも好適である。またさらに、画像処理装置は、蛍光物質が与えられてから少なくとも３分経過後の観察光の像を対象画像として取得する、ことも好適である。この場合、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を明確に可視化することができる。その結果、組織中のがん細胞の有無或いは位置の判定精度を向上できる。
【００５１】
さらにまた、上記形態の生体観察方法において、カメラ、及び画像処理装置は、スマートデバイスに内蔵されている、ことが好適である。さらにまた、上記形態の生体観察装置において、撮像部及び画像処理装置は、スマートデバイスに内蔵されている、ことが好適である。かかる構成を採れば、簡易な装置構成で上記形態の生体観察方法或いは生体観察装置を実現することができる。
【００５２】
また、上記形態の生体観察方法において、光源は、スマートデバイスと電気的に接続されており、スマートデバイスは、カメラの撮像タイミングにおいて励起光を照射するように光源を制御するように構成されている、ことも好適である。また、上記形態の生体観察装置において、光源は、スマートデバイスと電気的に接続されており、スマートデバイスは、撮像部の撮像タイミングにおいて励起光を照射するように光源を制御するように構成されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像を効率的に生成することができる。
【００５３】
また、上記形態の生体観察方法において、光源は、スマートデバイスに内蔵されており、スマートデバイスは、カメラの撮像タイミングにおいて励起光を照射するように光源を制御するように構成されている、ことも好適である。また、上記形態の生体観察装置において、光源は、スマートデバイスに内蔵されており、スマートデバイスは、撮像部の撮像タイミングにおいて励起光を照射するように光源を制御するように構成されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、基準画像に対する対象画像の光強度の変化を示す解析画像を効率的に生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の一側面は、観察対象を観察する生体観察方法及び生体観察装置を使用用途とし、組織の表面のがん細胞の有無或いは位置を精度よく判定することができるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…生体観察装置、５，５Ｃ…励起光源、１１…励起光遮断用フィルタ、１３，１３Ａ，１３Ｃ…カメラ（撮像部）、１５…コンピュータ、１５Ａ，１５Ｃ…スマートデバイス、２１ａ…制御部、２１ｂ…画像処理部（画像処理装置）、２１ｃ…データ記憶部、２３…ディスプレイ（出力装置）、Ｓ…検体（観察対象）。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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