(57)【要約】  【課題】  散乱等による蛍光スペクトルの歪みの影響を低減し、被測定部の組織性状をより正確に反映した蛍光補正画像を出力する。  【解決手段】  予め蛍光診断薬剤が注入された被検体の被測定部５０へ励起光Ｌ２２を照射し、蛍光診断薬剤から発せられる蛍光Ｌ３２をＣＣＤ撮像素子１０７で撮像して蛍光画像を取得する。また照明光Ｌｗが照射された被測定部５０からの反射光Ｌ７のうち、蛍光Ｌ３２と同帯域の像を蛍光波長同帯域反射画像として撮像し、蛍光画像と蛍光波長同帯域反射画像の除算値から蛍光補正画像を生成する。該蛍光補正画像の画素値（除算値）に基づいて色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、該画像に基づいた合成画像をモニタ１６２に表示する。  【選択図】          図１
2006175052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を被測定部に照射することにより前記被測定部から発生する蛍光のうち、所定の波長帯域の蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、
前記所定の波長帯域を含む参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記所定の波長帯域の反射光の強度に基づく反射画像を撮像する反射画像撮像手段と、
前記蛍光画像及び前記反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する前記所定の波長帯域の蛍光の強度を補正した蛍光補正画像を出力する蛍光補正画像生成手段とを備えたことを特徴とする蛍光画像撮像装置。
【請求項２】
前記蛍光補正画像に色情報を割り当て、前記被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項３】
前記反射画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項４】
前記反射画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、
前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項５】
前記蛍光補正画像生成手段による前記蛍光画像と前記反射画像に基づく演算が、前記蛍光画像と前記反射画像の除算であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項６】
励起光を被測定部に照射することにより前記被測定部から発生する蛍光のうち、第1の波長帯域の蛍光の強度に基づく第1の蛍光画像を撮像する第1蛍光像撮像手段と、
前記第1の波長帯域を含む第１の参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記第１の波長帯域の反射光の強度に基づく第1の反射画像を撮像する第1反射画像撮像手段と、
前記被測定部から発生する前記蛍光のうち前記第1の波長帯域と異なる第２の波長帯域の蛍光の強度に基づく第２の蛍光画像を撮像する第２蛍光像撮像手段と、
前記第２の波長帯域を含む第２の参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記第２の波長帯域の反射光の強度に基づく第２の反射画像を撮像する第２反射画像撮像手段と
前記第1の蛍光画像及び前記第1の反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する前記第1の波長帯域の蛍光の強度を補正した第1の蛍光補正画像を出力する第1蛍光補正画像生成手段と、
前記第２の蛍光画像及び前記第２の反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する前記第２の波長帯域の蛍光の強度を補正した第２の蛍光補正画像を出力する第２蛍光補正画像生成手段と、
前記第1の蛍光補正画像と前記第２の蛍光補正画像とに基づいて演算を行い蛍光演算画像を生成する蛍光演算画像生成手段とを備えたことを特徴とする蛍光画像撮像装置。
【請求項７】
前記蛍光演算画像に色情報を割り当て、前記被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段をさらに備えたことを特長とする請求項６記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項８】
前記第１または第２の反射画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項９】
前記第１または第２の反射画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、
前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項７記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項１０】
前記第1蛍光補正画像生成手段による前記第1の蛍光画像と前記第1の反射画像に基づく演算が、前記第1の蛍光画像と前記第1の反射画像の除算であり、
前記第２蛍光補正画像生成手段による前記第２の蛍光画像と前記第２の反射画像に基づく演算が、前記第２の蛍光画像と前記第２の反射画像の除算であることを特徴とする請求項６から９いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項１１】
前記蛍光演算画像生成手段が、前記第1の蛍光補正画像を前記第２の蛍光補正画像で除算して規格化された蛍光演算画像を生成するものであることを特徴とする請求項６から１０いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
【請求項１２】
前記蛍光画像撮像装置が生体の空孔を通して生体内部に挿入される内視鏡の形態であることを特徴とする請求項１から１１いずれか１項記載の蛍光画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光の照射により生体組織等の被測定部から発生した蛍光を測定し、被測定部に関する情報を表す画像を出力する蛍光画像撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、所定の波長帯域の励起光を生体被測定部に照射した場合に被測定部から発せられる蛍光（自家蛍光）が、正常組織と病変組織では強度・スペクトル形状が異なることを利用して、生体被測定部に所定波長の励起光を照射し、生体被測定部が発する自家蛍光を受光することにより病変組織の局在・浸潤範囲を蛍光演算画像として表示する技術が提案されている。
【０００３】
通常、生体に励起光を照射すると、図８に示すように、正常組織からは強い蛍光が発せられ、病変組織からは微弱な蛍光が発せられるため、蛍光強度を測定することにより、組織状態を判定できる。また、生体内に注入すると腫瘍中に蓄積される蛍光造影剤を用いて、所定波長の励起光を照射し蛍光造影剤から発せられる蛍光を測定することで、腫瘍部の位置や大きさ等を表示する薬剤蛍光によるイメージングを行なう蛍光画像撮像装置も知られている。
【０００４】
この種の蛍光画像撮像装置は基本的に、励起光を生体被測定部に対して照射する励起光照射手段と、生体組織や蛍光造影剤が発する蛍光から蛍光画像を取得する蛍光像取得手段と、この蛍光像取得手段の出力を受けて蛍光演算画像を生成する蛍光演算画像生成手段と、この蛍光演算画像を表示する表示手段とからなるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡や、コルポスコープあるいは手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成される。
【０００５】
従来よりこれらの蛍光画像撮像装置については、観察者が生体被測定部からの蛍光に基づいて組織性状についての情報をより正確に取得する為に、様々な蛍光演算画像の生成方法が提案されている。
【０００６】
通常、励起光による蛍光の強度を画像として表示する場合、生体組織に凹凸があるため、生体組織に照射される励起光の強度は均一ではなく、また正常な生体組織から発せられる蛍光強度は、励起光照度にほぼ比例するが、励起光照度は距離の２乗に反比例して低下する。そのため特に自家蛍光を測定する際には、光源から遠くにある正常組織からよりも近くにある病変組織からの方が、強い蛍光を受光する場合があり、励起光による蛍光の強度の情報だけでは生体組織の組織性状を正確に識別することができない。
【０００７】
発明者らは、このような不具合を低減するために、異なる波長帯域（４８０ｎｍ付近の狭帯域と４３０ｎｍ近傍から７３０ｎｍ近傍の広帯域）から取得した２種類の蛍光強度の比率を除算により求め、その除算値に基づく蛍光演算画像を表示する方法、すなわち、生体の組織性状を反映した蛍光スペクトルの形状の違いに基づいた蛍光演算画像生成方法や、種々の生体組織に対して一様な吸収を受ける近赤外光を含む照明光を参照光として生体組織に照射し、この参照光の照射を受けた生体組織によって反射された反射光の強度を検出して、蛍光強度との比率を除算により求め、その除算値に基づく蛍光演算画像を生成する方法、すなわち、蛍光収率を反映した値を求めて蛍光演算画像を生成する方法などを提案している。
【０００８】
また、異なる波長帯域の蛍光強度の除算値または蛍光強度と参照光の照射による反射光の強度の除算値に色の情報を割り当て、その色の違いにより生体組織の病変状態を画像として示す方法や、さらに、その色の違いにより生体組織の病変状態を示す色画像と参照光の照射による反射光の強度に輝度の情報を割り当てることにより得られた輝度画像とを合成することにより、生体組織の形状も画像に反映させた凹凸感のある蛍光演算画像を生成する方法なども提案している（特許文献１参照）。
【０００９】
また蛍光収率を反映した値に基いて蛍光演算画像を生成する場合に、励起光の照射強度分布と参照光の照射強度分布を求め、参照光の照射強度分布が励起光の照射強度分布であった場合に得られたであろう励起光対応参照光反射画像を取得し、反射画像の測定精度を高め、より正確な蛍光演算画像を取得することも提案している（特許文献２参照）。
【００１０】
一方他の蛍光演算画像生成手法として、特許文献３では、赤色光または赤外光と、励起光として青色光を生体組織に照射し、赤色光または赤外光の反射像、青色光の反射像、励起光が照射された生体組織の蛍光像を撮像し、表示装置に対し赤色光の反射画像信号を表示装置の赤色信号チャンネルへ、青色光の反射画像信号を青色信号チャンネルへ、蛍光画像信号を緑色信号チャンネルへ入力し擬似カラー画像を表示する内視鏡装置が記載されている。この構成により、生体表面での吸収率が少なく生体表面での照度分布を正確に反映した赤色光反射画像を赤色で、蛍光画像を緑色として画像合成することで、生体面で励起光に照度分布があった場合においても生体の組織性状に応じた蛍光画像を取得することができる。
【００１１】
また生体表面に炎症部や血液の集中した部分が存在すると、緑色帯域の蛍光や青色帯域の励起光が吸収されてしまうが、励起光である青色光の反射画像を蛍光画像、及び赤色光反射画像と合成して表示する為、蛍光が吸収される炎症部や血液の領域があっても、青色の濃度として表示画像に反映される為、病変部と明確に区別して表示することが記載されている。
【００１２】
同じく特許文献４では、ＲＧＢチャンネルのＢチャンネルに反射光の長波長側（ヘモグロビンの光の非吸収帯を含む波長帯域）の画像信号、Ｇチャンネルに蛍光画像の画像信号、Ｒチャンネルに反射光の短波長側（ヘモグロビンの光の吸収帯を含む波長帯域）の画像信号を割り当て、１つの画像として合成して合成画像を生成すると共に、前記合成画像上に表示される正常組織と病変組織との色相の境界が、ＣＩＥ  １９７６  ＵＣＳ色度図に対して所定の範囲に含まれるように、入力される３つの画像信号のゲインを調整することが記載されている。
【００１３】
また特許文献５では、生体表面の凹凸による励起光照度分布、及び血液による蛍光の吸収による蛍光強度の低下を補正する為、赤色光の反射画像と青色光の反射画像を取得し、各画素毎に両者の強度比をとり、蛍光収率を反映した蛍光収率画像に対し前記強度比に基づいて補正することが記載されている。
【００１４】
さらに、非特許文献１には、生体から発せられる蛍光のスペクトルを１点毎に取得して検証した結果、測定生体から発せられる蛍光は波長帯域によって生体内で吸収、散乱の程度が異なることが報告されている。また、被検体表面の凹凸のため、生体表面への励起光の入射角度に分布が生じ吸収や散乱の程度が変わったり、さらに、測定系と被検体の距離によって得られる蛍光強度が変わるため、検出器で取得する蛍光スペクトルは、これらの影響で、本来生体が発している蛍光スペクトルからは歪んだものとなってしまう。
【００１５】
このため、非特許文献１では、生体表面での反射スペクトルを測定し、該反射スペクトルを用いて蛍光スペクトルの歪みを補正している。
【特許文献１】特開2002-172082号公報
【特許文献２】特開2003-528号公報
【特許文献３】特開2002-301009号公報
【特許文献４】特開2004-24611号公報
【特許文献５】特表2002-535025号公報
【非特許文献１】O plus E   Vol.20,No.7  p836〜840 （1998/7）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記特許文献１〜５を含め従来の蛍光画像撮像装置では、上記のような生体内での蛍光の吸収、散乱の波長依存性による蛍光スペクトルの歪みについては考慮されておらず、特定波長の蛍光の強度に基づいて組織性状を反映した蛍光演算画像を生成する際に、本来の組織性状を正確に反映した画像とならない可能性が生じる。
【００１７】
また、非特許文献１では、生体表面での反射スペクトルを測定し蛍光スペクトルを補正することが記載されているが、生体からの蛍光の測定はポイントスペクトルで取得しており、蛍光演算画像を生成する為の具体的な構造については記載されていない。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、上述した蛍光画像を取得する際に生じる、被測定部内での蛍光の散乱等による蛍光スペクトルの歪みの影響を低減し、被測定部の組織性状をより正確に反映した蛍光補正画像を出力することができる蛍光画像撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の蛍光画像撮像装置は、励起光を被測定部に照射することにより前記被測定部から発生する蛍光のうち、所定の波長帯域の蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、前記所定の波長帯域を含む参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記所定の波長帯域の反射光の強度に基づく反射画像を撮像する反射画像撮像手段と、前記蛍光画像及び前記反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する前記所定の波長帯域の蛍光の強度を補正した蛍光補正画像を出力する蛍光補正画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
なお、ここで「所定の波長帯域を含む参照光」とは、所定の波長帯域と同じ波長帯域の参照光であってもよいし、また所定の波長帯域よりも広い波長帯域の参照光であってもよく、すなわち所定の波長帯域を全て含む波長帯域の参照光であればよい。なお、所定の波長帯域を全て含む波長帯域とは、完全に全ての所定の波長帯域を含む必要はなく、実質的に全ての所定の波長帯域を含む波長帯域であればよい。
【００２１】
また、上記第１の蛍光画像撮像装置においては、前記蛍光補正画像に色情報を割り当て、前記被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段をさらに備えたものとすることができる。
【００２２】
また、上記第１の蛍光画像撮像装置においては、前記反射画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段をさらに備えたものとすることができる。
【００２３】
また、上記第１の蛍光画像撮像装置においては、前記反射画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段とをさらに備えたものとすることができる。
【００２４】
また、前記蛍光補正画像生成手段による前記蛍光画像と前記反射画像に基づく演算を、前記蛍光画像と前記反射画像の除算とすることができる。
【００２５】
本発明の第２の蛍光画像撮像装置は、励起光を被測定部に照射することにより前記被測定部から発生する蛍光のうち、第1の波長帯域の蛍光の強度に基づく第1の蛍光画像を撮像する第1蛍光像撮像手段と、前記第1の波長帯域を含む第１の参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記第１の波長帯域の反射光の強度に基づく第1の反射画像を撮像する第1反射画像撮像手段と、前記被測定部から発生する前記蛍光のうち前記第1の波長帯域と異なる第２の波長帯域の蛍光の強度に基づく第２の蛍光画像を撮像する第２蛍光像撮像手段と、前記第２の波長帯域を含む第２の参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記第２の波長帯域の反射光の強度に基づく第２の反射画像を撮像する第２反射画像撮像手段と、前記第1の蛍光画像及び前記第1の反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する第1の波長帯域の蛍光の強度を補正した第1の蛍光補正画像を出力する第1蛍光補正画像生成手段と、前記第２の蛍光画像及び前記第２の反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する第２の波長帯域の蛍光の強度を補正した第２の蛍光補正画像を出力する第２蛍光補正画像生成手段と、前記第1の蛍光補正画像と前記第２の蛍光補正画像とに基づいて演算を行い蛍光演算画像を生成する蛍光演算画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
ここで「第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域」とは、第２の波長帯域が第１の波長帯域と完全に一致しない波長であれば良く、第２の波長帯域が第１の波長帯域と重複する帯域が無い場合に加え、第２波長帯域が第１の波長帯域と一部重複する帯域があっても良く、また、第２の波長帯域が第１の波長帯域を含む広帯域なものであっても良い。
【００２７】
上記第２の蛍光画像撮像装置においては、前記蛍光演算画像に色情報を割り当て、前記被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段をさらに備えるものとすることができる。
【００２８】
上記第２の蛍光画像撮像装置においては、前記第１または第２の蛍光補正画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段をさらに備えるものとすることができる。
【００２９】
上記第２の蛍光画像撮像装置においては、前記第１または第２の反射画像に輝度情報を割り当て、前記被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段とをさらに備えたものとすることができる。
【００３０】
また、前記第1蛍光補正画像生成手段による、前記第1の蛍光画像と前記第1の反射画像に基づく演算を、前記第1の蛍光画像と前記第1の反射画像の除算とし、前記第２蛍光補正画像生成手段による前記第２の蛍光画像と前記第２の反射画像に基づく演算を、前記第２の蛍光画像と前記第２の反射画像の除算とすることができる。
【００３１】
前記蛍光演算画像生成手段を、前記第1の蛍光補正画像を前記第２の蛍光補正画像で除算して規格化された蛍光演算画像を生成するものとすることができる。
【００３２】
また、前記蛍光画像撮像装置を、生体の空孔を通して生体内部に挿入される内視鏡の形態とすることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第１の蛍光画像撮像装置によれば、励起光を生体組織などの被測定部に照射することで被測定部より発せられる蛍光のうち所定の波長帯域の蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、該所定の波長帯域と同帯域の波長帯域を含む参照光を生体に照射し得られる被測定部からの反射光のうち前記蛍光画像と同帯域の波長帯域の反射光画像を撮像する。
【００３４】
撮像した蛍光画像は、生体内での蛍光の吸収や散乱あるいは被測定部と測定系との距離差等に起因する蛍光スペクトルの歪みの影響を受けている可能性がある。一方、反射光画像の波長帯域が、蛍光画像の波長帯域と同帯域であるため、蛍光スペクトルに歪みが生じている場合には、反射光スペクトルにも同様の傾向の歪が生じていることとなる。すなわち、蛍光画像がスペクトルの歪みの影響を受けている場合には、蛍光画像と同波長帯域の反射光画像も同様の蛍光のスペクトルの歪の影響を受けていると言える。
【００３５】
従って、蛍光画像と、該蛍光画像と同波長帯域の反射光画像に基づき補正演算を行い蛍光補正画像を生成すれば、この帯域の波長の光の吸収や散乱等を反映した反射率を加味した蛍光補正画像、すなわち蛍光スペクトルの歪みの影響を低減した蛍光補正画像を得ることができ、生体の組織性状をより正確に反映した蛍光補正画像を得ることができる。
【００３６】
また、蛍光補正画像に色情報を割り当て、被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成することにより、生体内での蛍光の散乱等によるスペクトルの歪みを補正した生体の組織性状画像を生成することができる。これにより生体の組織性状をより正確に反映した組織性状画像に基いた画像を表示可能となり、観察者がより正確に診断することが可能となる。
【００３７】
また、反射画像に輝度情報を割り当て、被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成し、蛍光補正画像と合成するようにしたことで、１枚の合成画像上に被測定部から取得した蛍光画像を補正した蛍光補正画像と被測定部の組織形状に関する情報とを表示することができ、生体内部での吸収、散乱等によるスペクトルの歪みが補正された画像を観察者に違和感を与えることなく表示することができる。
【００３８】
また、蛍光補正画像に色情報を割り当て、被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成し、反射画像に輝度情報を割り当て、被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成した合成画像を生成するようにしたので、この合成画像を表示することにより、観察者は、生体内部での吸収、散乱等によるスペクトルの歪みが補正された蛍光補正画像から生成された組織性状画像に基づいてより正確な組織性状に関する情報を取得できる。また、１枚の合成画像上に被測定部から発せられた蛍光に関する情報（組織性状に関する情報）と被測定部の組織形状に関する情報とを表示することができ、観察者に違和感を与えることがない。
【００３９】
なお、反射画像の波長帯域と蛍光画像の波長帯域が同じであるため、蛍光画像を撮像する際に用いる波長帯域設定手段、例えば帯域フィルタ等を用いて、反射画像を撮像することができ、装置構成を簡易化することができる。
【００４０】
さらに、上記演算として、蛍光画像と反射画像の光強度の除算を行なうことで、簡素な演算処理で、スペクトルの歪みの影響を相殺することができ、比較的正確な補正を行なうことができる。
【００４１】
本発明の第２の蛍光画像撮像装置によれば、励起光を被測定部に照射することにより前記被測定部から発生する蛍光のうち第1の波長帯域の蛍光の強度に基づく第1の蛍光画像を撮像し、前記第1の波長帯域を含む第１の参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記第１の波長帯域の反射光の強度に基づく第1の反射画像を撮像し、前記被測定部から発生する蛍光のうち第1の波長帯域と異なる第２の波長帯域の蛍光の強度に基づく第２の蛍光画像を撮像し、前記第２の波長帯域を含む第２の参照光を照射することにより前記被測定部から反射される反射光のうち、前記第２の波長帯域の反射光の強度に基づく第２の反射画像を撮像し、前記第1の蛍光画像及び前記第1の反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する第1の波長帯域の蛍光の強度を補正した第1の蛍光補正画像を出力し、前記第２の蛍光画像及び前記第２の反射画像に基づいて演算を行い、波長に依存する第２の波長帯域の蛍光の強度を補正した第２の蛍光補正画像を出力する。
【００４２】
第１の蛍光補正画像も第２の蛍光補正画像も、蛍光スペクトルの歪みの影響が低減されている。このため、これら第１の蛍光補正画像と第２の蛍光補正画像に基づいて、生体の組織性状を反映した蛍光スペクトルの形状の違いに基づいた蛍光演算画像を生成する場合に、生体内での吸収や散乱等による蛍光スペクトルの歪みの影響が低減された蛍光演算画像、すなわちより正確に生体の組織性状を反映した蛍光演算画像を生成することができる。また、この蛍光演算画像に基づいた画像を表示することで、診断の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、こうして得られた蛍光演算画像に色情報を割り当て、被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成することにより、生体内での蛍光の吸収や散乱等によるスペクトル形状の歪みの影響を低減した生体の組織性状を表す画像、すなわち、より正確に生体の組織性状を反映した組織性状画像を生成することができる。またこの組織性状画像を表示することにより、観察者は正確に診断することが可能となる。
【００４４】
また、反射画像に輝度情報を割り当て、被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成し、蛍光演算画像と合成するようにしたので、１枚の合成画像上に、生体の組織性状を反映した蛍光スペクトルの形状の違いに基づいた蛍光演算画像と被測定部の組織形状に関する情報とを表示することができ、生体内部での吸収、散乱等によるスペクトルの歪みの影響が低減された蛍光演算画像を観察者に違和感を与えることなく表示することができる。
【００４５】
また、蛍光演算画像に色情報を割り当て、被測定部の組織性状を表す組織性状画像を生成し、反射画像に輝度情報を割り当て、被測定部の組織形状を表す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成した合成画像を生成するようにしたので、本来生体から発せられる蛍光に、より忠実な蛍光像に基づいてより正確な組織性状に関する情報を取得できるとともに、１枚の合成画像上に被測定部から発せられた蛍光に関する情報（組織性状に関する情報）と被測定部の組織形状に関する情報とを表示することができ、観察者に違和感を与えることがない。
【００４６】
なお、第１の反射画像の波長帯域と第１の蛍光画像の波長帯域が同じであり、第２の反射画像の波長帯域と第２の蛍光画像の波長帯域が同じであるため、蛍光画像を撮像する際に用いる波長帯域設定手段、例えば帯域フィルタ等を用いて、反射画像を撮像することができ、装置構成を簡易化することができる。
【００４７】
さらに、上記演算として、第1の蛍光画像と第1の反射画像の光強度の除算およびを第２の蛍光画像と第２の反射画像の光強度の除算行なうことで、簡素な演算で、スペクトルの歪みを相殺することができ、比較的正確な補正を行なうことができる。
【００４８】
さらに、蛍光画像撮像装置が生体の空孔を通して生体内に挿入される内視鏡の形態とすることで、生体内の臓器における組織性状についてより正確な情報が得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明による蛍光画像撮像装置を適用した第１の実施形態の蛍光内視鏡装置の概略構成図である。
【００５０】
本実施の形態による蛍光内視鏡装置は、予め被検体に病変部に選択的に集積する蛍光診断薬剤を注入し、この蛍光診断薬剤の励起波長を含む励起光を被検体に照射し、被検体内の蛍光診断薬剤から発せられる蛍光（薬剤蛍光）を撮像するものである。第１の実施形態の蛍光内視鏡装置は、青色光領域から近赤外光領域に渡る照明光Ｌｗ（Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌir）の照射により被測定部から反射された反射光をCCD撮像素子１０７により通常画像として撮像してモニタ１６１に表示し、一方、励起光の照射により被測定部から発せられた蛍光に基づいた蛍光画像をCCD撮像素子１０７により撮像し、また、蛍光と同帯域の波長を有する参照光として上記照明光Ｌｗに含まれる近赤外光であるＩＲ光Ｌirを利用し、そのＩＲ光Ｌirの照射により被測定部５０から反射された反射光Ｌ７を蛍光波長同帯域反射画像として撮像し、蛍光画像と蛍光波長同帯域反射画像の除算値に基づいて蛍光補正画像を算出し、その蛍光補正画像の画素値に基づいて色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、また、蛍光波長同帯域反射画像の画素値に基づいて彩度Ｓおよび明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像および上記組織形状画像に基づいた合成画像をモニタ１６２に表示するものである。
【００５１】
本発明の第１の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、先端部にCCD撮像素子１０７が設けられ、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、通常画像撮像用のＲＧＢ光（Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ）および蛍光と同帯域の波長帯の参照光（Ｌir）を含む照明光Ｌｗと蛍光画像撮像用の励起光Ｌ２２を射出する照明ユニット１１０、上記蛍光画像と蛍光波長と同帯域の反射画像の除算値を算出してその除算値に基づいた蛍光補正画像に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、蛍光波長と同帯域の反射画像の画素値に彩度および明度を割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット１８０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット１４０、各ユニットに接続され、動作のタイミングの制御を行う制御用コンピュータ１６０、画像処理ユニット１４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ１６１、および画像処理ユニット１４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ１６２から構成されている。
【００５２】
内視鏡挿入部１００は、内部に先端まで延びるライトガイド１０１、ＣＣＤケーブル１０２を備えている。ライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２の先端部、即ち内視鏡挿入部１００の先端部には、照明レンズ１０４および対物レンズ１０５を備えている。また、ＣＣＤケーブル１０２の先端部にはＣＣＤ撮像素子１０７が接続され、該ＣＣＤ撮像素子１０７には、図２に示すようなモザイクフィルタ１０６がオンチップで形成され、さらにプリズム１０８が取り付けられている。対物レンズ１０５とプリズム１０８の間には励起光カットフィルタ１０９が配置されている。ライトガイド１０１は、多成分ガラスファイバである白色光ライトガイド１０１ａおよび石英ガラスファイバである励起光ライトガイド１０１ｂがバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、白色光ライトガイド１０１ａおよび励起光ライトガイド１０１ｂは照明ユニット１１０へ接続されている。
【００５３】
ＣＣＤケーブル１０２は、ＣＣＤ撮像素子１０７の駆動信号が送信される駆動ライン１０２ａとＣＣＤ撮像素子１０７からの信号を読み出す出力ライン１０２ｂとが組み合わされ、駆動ライン１０２ａの一端は制御コンピュータ１６０に接続され、出力ライン１０２ｂの一端は合成画像ユニット１８０及び画像処理ユニット１４０へ接続される。
【００５４】
モザイクフィルタ１０６は、図２に示すように、Ｒ光を透過するＲフィルタ１０６ａ、Ｇ光を透過するＧフィルタ１０６ｂ、Ｂ光を透過するＢフィルタ１０６ｃ、７８０−９００nmの赤外光を透過する近赤外フィルタ１０６ｄがモザイク状に、各フィルタがＣＣＤ撮像素子の１画素に対応するよう配置されている。
【００５５】
照明ユニット１１０は、ＲＧＢ光および蛍光と同帯域の近赤外帯域光を含む照明光Ｌｗを射出する白色光源１１１、その白色光源１１１に電気的に接続される白色光源用電源１１２、白色光源１１１からの照明光Ｌｗをガイドファイバ１０１ａ内に集光する集光レンズ１１３、蛍光画像撮像用の励起光Ｌ２２を発するAlGaAs系半導体レーザ１１４、そのAlGaAs系半導体レーザ１１４に電気的に接続される半導体レーザ用電源１１５、半導体レーザ１１５からのレーザ光をガイドファイバ１０１ｂに集光する集光レンズ１１６を備えている。
【００５６】
合成画像生成ユニット１８０は、励起光Ｌ２２または照明光Ｌｗが照射され蛍光及び蛍光と同帯域の近赤外光を受光した時に、ＣＣＤ撮像素子１０７で撮像された蛍光像及び蛍光と同帯域の近赤外光像の画像信号をデジタル化するA/D変換回路１８１、蛍光画像と蛍光波長同帯域反射画像とを異なる記憶領域に保存する画像メモリ１８２と、画像メモリ１８２に記憶された蛍光画像と蛍光波長同帯域反射画像の対応する画素毎の除算値を算出し蛍光補正画像を生成し、予め該除算値の範囲とマンセルの色相環における色相Ｈ（０rad 〜２／３rad ，Red〜Yellow〜Green領域）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記蛍光補正画像の各画素の値（除算値）に色情報としての色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する蛍光補正画像・組織性状画像生成手段１８３、画像メモリ１８２に記憶された蛍光波長同帯域反射画像の各画素値に、予め該反射画像の画素値の範囲とマンセル表色系における明度Ｖ（Ｖａｌｕｅ）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記反射画像に輝度情報としての明度Ｖを割り当て、さらに色相Ｈ，明度Ｖから彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ)を設定し、組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段１８５、蛍光補正画像・組織性状画像生成手段１８３から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段１８５から出力された組織形状画像を合成して合成画像として出力する合成画像生成手段１８４を備えている。
【００５７】
画像処理ユニット１４０は、照明光Ｌｗが照射され、CCD撮像素子１０７によりＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇまたはＢ光Ｌｂの像が撮像された画像信号をデジタル化するA/D変換回路１４２、デジタル化された通常画像を各色毎に保存する通常画像用メモリ１４３、通常画像を表示する際には、該通常画像用メモリ１４３から同期をとって出力された３色の画像信号をビデオ信号に変換して出力し、また蛍光画像を表示する際には、上記の合成画像生成ユニット１８０から出力された合成画像をビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路１４４を備えている。
【００５８】
また本発明の実施形態では、予め生体に注入される蛍光診断薬剤としては、特開2003-160558及び特開200-261464に記載されているシアニン色素化合物に３個以上のスルホン酸基を導入したナトリウム塩を含む赤外蛍光造影剤を用いる。この蛍光造影剤は、700-850nmの波長を有する励起光を照射することにより、生体での吸収が少なく透過性に優れる750-900nmの波長領域の蛍光を発する。その場合、薬剤を励起する励起光としては750nmの波長帯域の励起光を蛍光診断薬剤に照射することで効率良く励起し蛍光を発光させる。本実施形態においても750nmの波長を出射するＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを励起光源として用いているが、同波長帯域のレーザを出力するＡｌＧａＩｎＰ系を励起光源としても良い。
【００５９】
次に、上記実施の形態における蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本蛍光内視鏡装置においては、通常画像の撮像と蛍光画像の撮像とが時分割で行われ、蛍光波長同帯域反射画像は通常画像の撮像時に同時に撮像される。通常像に基づいた通常画像はモニタ１６１に表示され、蛍光像および蛍光波長同帯域反射光像に基づいた合成画像はモニタ１６２に表示される。各像を時分割で撮像するために、照明ユニット１１０からは、照明光Ｌｗおよび励起光Ｌ２２が順次射出される。
【００６０】
まず、通常画像を表示する際の動作を説明する。照明光Ｌｗが被測定部へ照射され、被測定部５０で反射された照明光Ｌｗの反射光Ｌ７は、CCD撮像素子１０７上に反射像として結像される。ここでCCD撮像素子１０７には図２に示すような配置がされたモザイクフィルタ１０６がオンチップで形成されている。モザイクフィルタには照明光Ｌｗの反射光Ｌ７のうち、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光そしてＩＲ光をそれぞれ透過させるフィルタ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄが図のようなパターンで配置されており、モザイクフィルタ上に結像された反射光Ｌ７はCCD撮像素子のうちフィルタ１０６ａの直下にある受光素子によりＲ光、フィルタ１０６ｂの直下にある受光素子によりＧ光、フィルタ１０６ｃの直下にある受光素子によりＢ光、そしてフィルタ１０６ｄの直下にある受光素子により蛍光と同帯域の波長であるＩＲ光が受光され光電変換される。ＣＣＤ撮像素子１０７より光電変換されたＲ,Ｇ，Ｂ，画像信号は、A/D変換回路１４２でデジタル信号に変換され、通常画像用メモリ１４３のＲ画像信号の記憶領域、Ｇ画像信号の記憶領域およびＢ画像信号の記憶領域へ記憶される。また、上記ＩＲ画像信号は、A/D変換器１８１でデジタル信号に変換され画像メモリ１８２の蛍光波長同帯域反射画像信号の記憶領域に蛍光波長同帯域反射画像として記憶される。
【００６１】
３色の画像信号が通常画像用メモリ１４３に記憶されると、表示タイミングに合わせて同期をとって出力され、ビデオ信号処理回路１４４で、ビデオ信号に変換されて、モニタ１６１に出力され、カラー画像として表示される。
【００６２】
次に、蛍光画像および蛍光波長同帯域反射画像に基づいて合成画像を生成し表示する作用について説明をする。蛍光画像撮像時は、制御用コンピュータ１６０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源１１５が駆動され、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ１１４から波長７５０nmの励起光Ｌ２２が射出される。励起光Ｌ２２は、レンズ１１６を透過し、励起光用ライトガイド１０１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１０４から被測定部５０へ照射される。
【００６３】
励起光Ｌ２２を照射されることにより生じる被測定部５０からの蛍光Ｌ３２は、集光レンズ１０５により集光され、プリズム１０８に反射して、CCD撮像素子１０７上に蛍光像として結像される。この際励起光Ｌ２２の反射光は、励起光カットフィルタ１０９によりカットされるため、CCD撮像素子１０７に入射することはない。励起光カットフィルタは励起光Ｌ２２の波長７５０nmの帯域が含まれる７２０nm〜７８０nmの波長の光を遮断する。なお、薬剤蛍光Ｌ３２の帯域の上限が照明光の帯域上限と略一致する場合は、モザイクフィルタ上のＩＲフィルタ１０６ｄの透過帯域が７７０nm 以上であれば励起光カットフィルタは設けなくても良い。
【００６４】
CCD撮像素子１０７のフィルタ１０６ｄの直下にある受光素子により受光され、光電変換された画像信号は、合成画像生成ユニット１８０のA/D変換回路１８１でデジタル信号に変換されて、画像メモリ１８２の蛍光画像の記憶領域へ記憶される。一方、画像メモリ１８２には上記通常画像撮像時に撮像された蛍光波長と同帯域の蛍光波長同帯域反射画像がすでに記憶されている。
【００６５】
蛍光補正画像・組織性状画像生成手段１８３において、まず各画素毎に蛍光画像の画素値が蛍光波長同帯域反射画像の画素値で除算され蛍光補正画像が生成される。次いで、予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、蛍光補正画像の画素の値、即ち除算値にマンセル表色系における色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段１８４に出力する。
【００６６】
また、組織形状画像生成手段１８５では、画像メモリ１８２の蛍光波長同帯域反射画像記憶領域に保存された蛍光波長同帯域反射画像の各画素毎に、その画素値とルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段１８４に出力する。なお、画像をカラー表示する場合に、色の３属性である、色相、明度と彩度が必要であるため、画像合成の際には、マンセル表色系における彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）として、各色相、明度毎の最大値を設定する。
【００６７】
合成画像生成手段１８４は、その組織性状画像と明度Ｖおよび彩度Sに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。なお、画像をカラー表示する場合には、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路１４４へ出力する。
【００６８】
ビデオ信号処理回路１４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ１６１に入力され、該モニタ１６１に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１６０によって制御される。
【００６９】
本実施の形態により生成された合成画像は、例えば、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については鮮やかな明るい赤、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い赤で表示されることになる。
【００７０】
なお、本実施の形態においては、組織形状画像生成手段１８５では、蛍光波長同帯域反射画像の各画素毎に、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成したが、反射画像を別個に取得して、この反射画像に基いて組織形状画像を生成してもよい。
【００７１】
次に本発明の蛍光画像撮像装置を適用した第２の実施形態である蛍光内視鏡装置について図３を用いて説明する。本発明の第２の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、生体に所定の励起光を照射することで被検体から発せられる自家蛍光を撮像するもので、生体からの自家蛍光が正常組織と病変組織において強度、スペクトルが異なることを応用して蛍光演算画像を生成して表示するものである。
【００７２】
本実施形態の蛍光内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部２００、通常画像および反射画像撮像用の白色光および蛍光画像撮像用の励起光を発する光源を備える照明ユニット２１０、狭帯域蛍光画像、広帯域蛍光画像、狭帯域反射画像および広帯域反射画像を撮像する撮像ユニット２２０、狭帯域蛍光画像の狭帯域反射画像による除算値を算出してその除算値に基づいた狭帯域蛍光補正画像と、広帯域蛍光画像の広帯域反射画像による除算値を算出してその除算値に基づいた広帯域蛍光補正画像とを生成する蛍光補正画像生成ユニット２５０、さらに狭帯域蛍光補正画像の広帯域蛍光補正画像による除算値を算出してその除算値に基づいた演算画像に色相を割り当てて組織性状画像を生成し、広帯域反射画像の画素値に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット２３０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット２４０、各ユニットに接続され、動作タイミングの制御を行う制御用コンピュータ２６０、画像処理ユニット２４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ２６１、および画像処理ユニット２４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ２６２から構成されている。
【００７３】
内視鏡挿入部２００は、内部に先端まで延びるライトガイド２０１、ＣＣＤケーブル２０２およびイメージファイバ２０３を備えている。ライトガイド２０１およびＣＣＤケーブル２０２の先端部、即ち内視鏡挿入部２００の先端部には、照明レンズ２０４および対物レンズ２０５を備えている。また、イメージファイバ２０３は石英ガラスファイバであり、その先端部には集光レンズ２０６を備えている。ＣＣＤケーブル２０２の先端部にはＣＣＤ撮像素子２０７接続され、該ＣＣＤ撮像素子２０７には、プリズム２０８が取り付けられている。ライトガイド２０１は、多成分ガラスファイバである白色光ライトガイド２０１ａおよび石英ガラスファイバである励起光ライトガイド２０１ｂバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、白色光ライトガイド２０１ａおよび励起光ライトガイド２０１ｂは照明ユニット２１０へ接続されている。ＣＣＤケーブル２０２の一端は、画像処理ユニット２４０に接続され、イメージファイバ２０３の一端は、撮像ユニット２２０へ接続されている。
【００７４】
照明ユニット２１０は、通常画像、狭帯域反射画像および広帯域反射画像の撮像用の白色光Ｌ１を発する白色光源２１１、該白色光源２１１に電気的に接続された白色光源用電源２１２、白色光源２１１からの白色光をライトガイド２０１ａに集光し入射させる集光レンズ２１３、蛍光画像撮像用の励起光Ｌ２１を発するＧａＮ系半導体レーザ２１４および該ＧａＮ系半導体レーザ２１４に電気的に接続されている半導体レーザ用電源２１５、半導体レーザ２１４からのレーザ光をライトガイド２０１ｂに集光し入射させる集光レンズ２１６備えている。
【００７５】
励起光Ｌ２１の波長としては、自家蛍光の強度を得るために、350nm〜450nmとすると望ましく、更に400nm〜420nmとすることが好ましい。本実施形態ではＧａＮ系半導体レーザによって405nm〜410nmの励起光Ｌ２１を発光させる。
【００７６】
撮像ユニット２２０は、イメージファイバ２０３を経た蛍光Ｌ３１から励起光近傍の波長である４２０nm以下の波長帯域をカットする励起光カットフィルタ２２１、２種類の光学フィルタが組み合わされた切換フィルタ２２２、該切換フィルタ２２２を回転させるフィルタ回転装置２２４、切換フィルタ２２２を透過した蛍光像または反射像を撮像するＣＣＤ撮像素子２２５、該ＣＣＤ撮像素子２２５で撮像された蛍光画像および反射画像をデジタル化するA/D変換回路２２６およびA/D変換回路２２６でデジタル化された画像信号を記憶する画像メモリ２２７とを備えている。
【００７７】
上記切換フィルタ２２２は図５に示すような、４８０nm±５０nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ２２３ａと、４３０nm〜７３０nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ２２３ｂとから構成されている。光学フィルタ２２３ａは、狭帯域画像撮像用の光学フィルタであり、光学フィルタ２２３ｂは、広帯域画像撮像用の光学フィルタである。この切換フィルタ２２２は、白色光Ｌ１が照射されている場合及び、励起光Ｌ２１が照射されている場合に、光学フィルタ２２３ａまたは光学フィルタ２２３ｂが交互に配置されるように、フィルタ回転装置２２４を介して制御用コンピュータ２６０に制御されている。
【００７８】
ＣＣＤ撮像素子２２５は、５００×５００画素の撮像素子であり、制御用コンピュータ２６０の制御により反射画像を撮像する際には、通常の読み出しを行うが、蛍光画像を撮像する際には、蛍光画像の信号強度を上げるために、５×５個分の画素の出力を加算した上で読み出すビニング読み出しを行う。このため、蛍光画像を撮像する際には、見かけ上は１００×１００画素の撮像素子として動作する。
【００７９】
画像メモリ２２７は、図示省略した狭帯域蛍光画像記憶領域、広帯域蛍光画像記憶領域、狭帯域反射画像記憶領域および広帯域反射画像記憶領域から構成され、励起光Ｌ２１が照射され、狭帯域画像撮像用の光学フィルタ２２３ａが光路上に配置された状態で撮像された蛍光画像は狭帯域蛍光画像記憶領域に保存され、励起光Ｌ２１が照射され、広帯域画像撮像用の光学フィルタ２２３ｂが光路上に配置された状態で撮像された蛍光画像は広帯域蛍光画像記憶領域に保存される。また白色光Ｌ１が照射され、狭帯域画像撮像用の光学フィルタ２２３ａが光路上に配置された状態で撮像された反射画像は狭帯域反射画像記憶領域に保存され、白色光Ｌ１が照射され、広帯域画像撮像用の光学フィルタ２２３ｂが光路上に配置された状態で撮像された反射画像は広帯域反射画像記憶領域に保存される。
【００８０】
前述したように、読み出し方法が異なるため、狭帯域反射画像および広帯域反射画像の画素数は５００×５００画素であり、狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像の画素数は１００×１００画素となる。
【００８１】
蛍光補正画像生成ユニット２５０は、画像メモリ２２７内のそれぞれの領域に記録された狭帯域蛍光画像と狭帯域反射画像を読み出し、狭帯域蛍光画像を狭帯域反射画像により各画素毎に除算し、狭帯域蛍光補正画像を生成する狭帯域蛍光補正画像手段生成手段２５１と、広帯域蛍光画像と広帯域反射画像を読み出し、広帯域蛍光画像を広帯域反射画像により各画素毎に除算し、広帯域蛍光補正画像を生成する広帯域蛍光補正画像生成手段２５２からなる。
【００８２】
合成画像生成ユニット２３０は、まず、蛍光画像間の除算値からなる蛍光演算画像を生成し、予め該除算値の範囲とマンセルの色相環における色相Ｈ（０rad 〜２／３rad ，Red〜Yellow〜Green領域）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記蛍光演算画像の画素毎の値（除算値）に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する蛍光演算画像・組織性状画像生成手段２３１、予め広帯域反射画像の画素値の範囲と、マンセル表色系における明度Ｖ（Ｖａｌｕｅ）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記広帯域反射画像に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段２３２、上記両画像に基づいて合成画像を生成する合成画像生成手段２３３から構成されている。
【００８３】
画像処理ユニット２４０は、内視鏡先端部に配置されたＣＣＤ撮像素子２０７で撮像された通常画像をデジタル化するA/D変換回路２４１、デジタル化された通常画像を保存する通常画像用メモリ２４３、該通常画像用メモリ２４３から出力された通常画像および合成画像生成手段２３３で合成された合成画像をビデオ信号に変換するビデオ信号処理回路２４４を備えている。
【００８４】
以下、本発明による蛍光表示装置を適用した上記構成の蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本実施形態の蛍光内視鏡装置では、通常画像および反射画像の撮像と、蛍光画像の撮像が時分割で交互に行われるが、まず、通常画像および反射画像の撮像時の作用について説明する。
【００８５】
本蛍光内視鏡装置は、通常撮像時には、制御用コンピュータ２６０からの信号に基づき白色光源電源２１２が駆動され、白色光源２１１から白色光Ｌ１が射出される。白色光Ｌ１は、白色光用集光レンズ２１３を経て白色光ライトガイド２０１ａに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ２０４から被測定部５０へ照射される。白色光Ｌ１の反射光Ｌ７は、集光レンズ２０５により集光されプリズム２０８で反射されＣＣＤ撮像素子２０７上に決像し、ＣＣＤ撮像素子２０７にて受光される。ＣＣＤ２０７で光電変換された映像信号は画像処理ユニット２４０内のＡ/Ｄ変換回路２４１でデジタル信号に変換され、通常画像用メモリ２４３に保存される。その通常画像用メモリ２４３により保存された通常画像信号は、ビデオ信号処理回路２４４によってビデオ信号に変換された後にモニタ２６１に入力され、該モニタ２６１に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ２６０によって制御される。このようにして通常画像が表示される。
【００８６】
また被測定部５０へ照射された際の白色光Ｌ１の反射光Ｌ４は、集光レンズ２０６によっても集光され、イメージファイバ２０３の先端に入射され、イメージファイバ２０３を経て、レンズ２２８により集光され、励起光カットフィルタ２２１および切換フィルタ２２２の狭帯域用の光学フィルタ２２３ａまたは広帯域用の光学フィルタ２２３ｂを透過する。
【００８７】
光学フィルタ２２３ａを透過した狭帯域反射像または光学フィルタ２２３ｂを透過した広帯域反射像は、レンズ２２９で結像され、ＣＣＤ撮像素子２２５で受光される。ＣＣＤ撮像素子２２５で光電変換された狭帯域反射画像および広帯域反射画像は、A/D変換回路２２６でデジタル信号に変換された後、画像メモリ２２７の狭帯域反射画像記憶領域および広帯域反射画像記憶領域にそれぞれ保存される。
【００８８】
次に、蛍光画像の撮像時の作用について説明する。制御用コンピュータ２６０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源２１５が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ２１４から波長４０５nm〜４１０nmの励起光Ｌ２１が射出される。励起光Ｌ２１は、励起光用集光レンズ２１６を透過し、励起光ライトガイド２０１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ２０４から被測定部５０へ照射される。
【００８９】
励起光Ｌ２１を照射されることにより生じる被測定部５０からの蛍光Ｌ３１は、集光レンズ２０６により集光され、イメージファイバ２０３の先端に入射され、イメージファイバ２０３を経て、レンズ２２８により集光され、励起光カットフィルタ２２１および切換フィルタ２２２の狭帯域用の光学フィルタ２２３ａまたは広帯域用の光学フィルタ２２３ｂを透過する。
【００９０】
光学フィルタ２２３ａは、波長帯域４８０±５０nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ２２３ａを透過した蛍光は、狭帯域蛍光画像となる。光学フィルタ２２３ｂは、波長帯域４３０nm〜７３０nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ２２３ｂを透過した蛍光は、広帯域蛍光画像となる。
【００９１】
広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像は、ＣＣＤ撮像素子２２５で受光され、光電変換された後、ビニング読み出しにより５×５画素分の信号が加算されて読み出され、A/D変換回路２２６でデジタル信号に変換され、画像メモリ２２７の広帯域蛍光画像記憶領域および狭帯域蛍光画像記憶領域に保存される。上記のようにビニング読み出しを行なうことにより光強度の弱い蛍光像を精度良く撮像することができるが、蛍光画像の画素数は、通常読み出しを行った場合の１／２５である１００×１００画素となる。
【００９２】
次に、蛍光補正画像の生成の作用について説明する。まず、蛍光補正画像生成ユニット２５０の狭帯域蛍光補正画像生成手段２５１において、画像メモリ２２７の狭帯域蛍光画像記憶領域に保存された狭帯域蛍光画像に対し、同じく画像メモリ２２７の狭帯域反射画像記憶領域に保存された狭帯域反射画像により、各画素毎に狭帯域蛍光画像における画素値を狭帯域反射画像における画素値で除算を行い、狭帯域蛍光画像についての狭帯域蛍光補正画像を生成する。また、広帯域蛍光補正画像生成手段２５２において、画像メモリ２２７の広帯域蛍光画像記憶領域に保存された広帯域蛍光画像に対し、同じく画像メモリ２２７の広帯域反射画像記憶領域に保存された広帯域反射画像により、各画素毎に広帯域蛍光画像における画素値を広帯域反射画像における画素値で除算を行い、広帯域蛍光画像についての広帯域蛍光補正画像を生成する。
【００９３】
続けて、合成画像の生成の作用について説明する。合成画像生成ユニット２３０の蛍光演算画像・組織性状画像生成手段２３１では、蛍光補正画像生成手段で生成された、狭帯域蛍光補正画像および広帯域蛍光補正画像の各画素毎に、狭帯域蛍光補正画像における画素値を広帯域蛍光補正画像における画素値で除算して蛍光演算画像を生成し、該蛍光演算画像の画素毎の値、即ち除算値と予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における色相Ｈ（Ｈｕｅ）を割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段２３３に出力する。
【００９４】
また、組織形状画像生成手段２３２では、画像メモリ２２７の広帯域反射画像記憶領域に保存された広帯域反射画像の各画素毎に、その画素値とルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段２３３に出力する。
【００９５】
合成画像生成手段２３３は、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。なお、画像をカラー表示する場合に、色の３属性である、色相、明度と彩度が必要であるため、画像合成の際には、マンセル表色系における彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）として、各色相、明度毎の最大値を設定する。その後、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路２４４へ出力する。
【００９６】
ビデオ信号処理回路２４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ２６２に入力され、該モニタ２６２に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ２６０によって制御される。
【００９７】
上記のような作用により、表示された合成画像の色相は、２種類の蛍光補正画像間の画素値の除算値、すなわち被測定部５０から発せられた蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを反映させたものとなり、明度は、広帯域反射画像の画素値、すなわち被測定部５０の形状を反映させたものとなるので、１枚の画像に、被測定部５０から発せられた蛍光に関する情報とともに、被測定部の形状に関する情報を表示することができ、観察者に違和感を与えることがない。このため、観察者は、容易に被測定部の組織性状を判定することができる。
【００９８】
また、蛍光画像間の画素値の除算値に基づいて、マンセルの色相環における色相Ｈを定めたことにより、画素値の除算値を、容易に色相のみに対応させることができ、正確に蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを、合成画像に反映させることができる。
【００９９】
さらに、蛍光画像は、撮像する際にビニング読み出しにより読み出されるため、蛍光画像の画素数は１００×１００画素であるが、合成画像を生成する際に、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成したので、表示画像の画素数は、５００×５００画素に対応したものとなり、被測定部の形状を明瞭に表示することができる。
【０１００】
また、励起光Ｌ２１の光源として、ＧａＮ系半導体レーザ１１４を用いたため、安価で小型な光源により励起光を照射することができる。また、励起光の波長を、４０５nm〜４１０nmとしたため、被測定部５０から効率良く蛍光が発せられる。
【０１０１】
また、上記第２の実施形態では、狭帯域蛍光画像として４８０±５０nmの帯域の蛍光を取得したが、その他の帯域で取得しても良い。さらに５８０nm以下の低波長帯域では蛍光の散乱、吸収の程度が大きく蛍光スペクトルの歪みが大きいため、５８０nm以下の低波長を取得する際はより顕著な効果を得ることができる。
【０１０２】
なお、上記第２の実施形態の変型例として、合成画像を生成する際に、蛍光画像間の除算値と、予め蛍光画像間の除算値と対応して色相が記憶されているルックアップテーブルを用いて色相を定める代わりに、表１に示すような符号なし１６bitに変換された２種類の蛍光画像の画素値と色相Ｈが記憶されているルックアップテーブルを用いて色相Ｈを割り当てるものが考えられる。この場合には、蛍光画像間の除算が不用になるため、蛍光画像の画素値が小さい場合等でも、安定した数学的処理が可能となる。
【０１０３】
また上記第２の実施形態の第２の変形例として、蛍光演算画像を生成する際、狭帯域蛍光画像、または広帯域蛍光画像のいずれかについてのみ蛍光補正画像を生成する構成としても良く、この形態においても生体の組織性状を反映した蛍光演算画像を取得できる。このような構成とすることで狭帯域蛍光、広帯域蛍光いずれかと同帯域の反射画像だけを取得し補正演算すれば良いので、装置をシンプルな構成とすることができ、また蛍光演算画像生成の処理を高速化できる。その場合、蛍光強度が蛍光スペクトルの変形により敏感な狭帯域蛍光画像についてのみ蛍光補正画像を生成することで、より正確な蛍光演算画像を取得することができる。
【０１０４】
なお、組織形状画像生成手段２３２では、広帯域反射画像の各画素毎に、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成したが、狭帯域反射画像の各画素毎に、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成してもよい。あるいは反射画像を別個に取得して、この反射画像に基いて組織形状画像を生成してもよい。
【０１０５】
次に本発明の蛍光撮像装置を適用した第３の実施形態について図５を用いて説明する。第３の実施形態を適用した蛍光内視鏡装置は、第１の実施形態で取得した蛍光診断薬剤からの蛍光と、第２の実施形態で取得した励起光を照射することで生体から発せられる自家蛍光とを、撮像モードを切り替えることで同一の蛍光内視鏡装置にて撮像可能な蛍光内視鏡装置である。
【０１０６】
本実施形態の蛍光内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部３００、通常画像および反射画像撮像用の白色光、生体からの自家蛍光画像撮像用の励起光、及び蛍光診断薬剤からの蛍光画像撮像用の励起光を発する光源を備える照明ユニット３１０、自家蛍光画像の撮像および薬剤蛍光画像の撮像する為に、撮像モードを自家蛍光撮像モードと薬剤蛍光撮像モードを切り替える撮像モード切替ユニット３９０、自家蛍光画像、薬剤蛍光画像およびそれらの波長帯域と同帯域の反射画像を撮像する撮像ユニット３２０、自家蛍光画像、薬剤蛍光画像の蛍光画像それぞれについて、同帯域の反射画像による除算値を算出してその除算値に基づいた蛍光補正画像を生成する蛍光補正画像生成手段３５１、それぞれの蛍光補正画像に色相を割り当てて組織性状画像を生成し、それぞれの蛍光波長と同帯域の反射画像の画素値に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット３３０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット３４０、各ユニットに接続され、動作タイミングの制御を行う制御用コンピュータ３６０、画像処理ユニット３４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ３６１、および画像処理ユニット３４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ３６２から構成されている。
【０１０７】
内視鏡挿入部３００は、内部に先端まで延びるライトガイド３０１、ＣＣＤケーブル３０２およびイメージファイバ３０３を備えている。ライトガイド２０１およびＣＣＤケーブル３０２の先端部、即ち内視鏡挿入部３００の先端部には、照明レンズ３０４および対物レンズ３０５を備えている。また、イメージファイバ３０３の先端部には集光レンズ３０６を備えている。ＣＣＤケーブル３０２の先端部にはＣＣＤ撮像素子３０７接続され、該ＣＣＤ撮像素子３０７には、図７に示すモザイクフィルタ３０９がＣＣＤ撮像素子３０７にオンチップで形成される。
【０１０８】
さらに該モザイクフィルタ上にはプリズム３０８が取り付けられ、モザイクフィルタ上に像を結ぶ。ライトガイド３０１は、白色光ライトガイド３０１ａ、薬剤蛍光用励起光ライトガイド３０１ｂおよび自家蛍光用励起光ライトガイド３０１ｃがバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、白色光ライトガイド３０１ａおよび励起光ライトガイド３０１ｂ、３０１ｃは照明ユニット３１０へ接続されている。ＣＣＤケーブル３０２の一端は、画像処理ユニット３４０に接続され、イメージファイバ３０３の一端は、撮像ユニット３２０へ接続されている。
【０１０９】
照明ユニット３１０は、通常画像、自家蛍光のうち波長帯域の異なる２種類の蛍光と同帯域の反射画像、および薬剤蛍光と同帯域の近赤外帯域の反射画像撮像用の照明光Ｌｗを発する白色光源３１１、該白色光源３１１に電気的に接続された白色光源用電源３１２、白色光源３１１からの白色光をライトガイド３０１ｃに集光し入射させる集光レンズ３１３、自家蛍光画像撮像用の励起光Ｌ２１を発するＧａＮ系半導体レーザ３１４および該ＧａＮ系半導体レーザ３１４に電気的に接続されている半導体レーザ用電源３１５、半導体レーザ３１４からのレーザ光をライトガイド３０１ａに集光し入射させる集光レンズ３１６備えている。さらに、蛍光診断薬剤の励起光Ｌ２２を発するＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ３1７、該ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ３1７に電気的に接続された半導体レーザ用電源３１８、半導体レーザ３１７からのレーザ光をライトガイド３０１ｂに集光し入射させる集光レンズ３１９を備えている。
【０１１０】
蛍光造影剤としては、第１実施形態と同様に、700-850nmの波長を有する励起光を照射することにより、生体での吸収が少なく透過性に優れる750-900nmの波長領域の蛍光を発するシアニン色素化合物に３個以上のスルホン酸基を導入したナトリウム塩を含む赤外蛍光造影剤を用いる。
【０１１１】
励起光波長としては、第１、第２実施形態と同様に、自家蛍光用ＧａＮ系半導体レーザによる４０５nm〜４１０nmの励起光Ｌ２１、薬剤蛍光用ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザによる７５０nmnの励起光Ｌ２２を用いる。
【０１１２】
撮像モード切り替えユニット３９０は、観察者の入力により撮像モードを自家蛍光撮像モードと薬剤蛍光撮像モードを切り替える切り替えスイッチ３９１、切り替えスイッチ３９１からの信号を制御用コンピュータへ伝送するケーブル３９２とからなる。
【０１１３】
撮像ユニット３２０は、イメージファイバ３０３を経た蛍光から自家蛍光用の励起光近傍の波長である４２０nm以下の波長帯域、及び薬剤蛍光用の励起光近傍の波長である７２０〜７８０nmの波長帯域をカットする励起光カットフィルタ３２１、２種類の光学フィルタが組み合わされた切換フィルタ３２２、該切換フィルタ３２２を回転させるフィルタ回転装置３２４、切換フィルタ３２２を透過した蛍光像または同帯域反射像を撮像するＣＣＤ撮像素子３２６に結像する結像レンズ３２５、該ＣＣＤ撮像素子３２６で撮像された蛍光画像および同帯域反射画像をデジタル化するA/D変換回路３２７およびA/D変換回路３２７でデジタル化された画像信号を記憶する画像メモリ３２８とを備えている。
【０１１４】
画像処理ユニット３４０は、ＣＣＤ３０７で撮像された通常画像についての通常画像信号をＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換器３４１、デジタル化された通常画像を各色毎に記憶する通常画像用メモリ３４２、通常画像を表示する際には、該通常画像用メモリ３４２から同期をとって出力された３色の画像信号をビデオ信号に変換して出力し、また蛍光画像を表示する際には、上記の合成画像生成ユニット３２０から出力された合成画像をビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路３４３を備えている。
【０１１５】
合成画像生成ユニット３３０は、蛍光補正画像生成手段３５１で生成された蛍光補正画像に基づいて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段３３１、蛍光画像メモリ３２８に記憶された蛍光と同帯域の反射画像に基づいて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段３３２、組織性状画像および組織形状画像を合成する合成画像生成手段３３３を備えている。
【０１１６】
上記切換フィルタ３２２は図６に示すような、４３０nm〜７３０nmの光を透過させる自家蛍光用バンドパスフィルタ３２３ａと、７８０〜９００nmの光を透過させる薬剤蛍光用バンドパスフィルタ３２３ｂから構成されている。この切換フィルタ３２２は、自家蛍光撮像モードに設定されている場合においては、照明光Ｌｗの照射時、及び励起光Ｌ２１の照射時に、光学フィルタ３２３ａが光路上に配置され、薬剤蛍光撮像モードに設定されている場合においては、照明光Ｌｗ及び励起光Ｌ２２の照射時に、光学フィルタ３２３ｂが光路上に配置されるように、フィルタ回転装置３２４を介して制御用コンピュータ３６０に制御されている。他の構成は、第１、第２の実施形態と同じ構成である。
【０１１７】
次に本実施形態の作用について説明する。
【０１１８】
本実施形態の蛍光内視鏡装置では、観察者から撮像モード切り替えスイッチ３９１への入力により、自家蛍光画像撮像モードおよび薬剤蛍光撮像モードに切り替えられる。観察者が自家蛍光撮像モードを選択すると、撮像モード切り替えスイッチ３９１から制御用コンピュータ３６０へ自家蛍光撮像モード信号が伝送される。制御用コンピュータ３６０は、白色光源電源３１２を駆動させ、白色光源３１１から照明光Ｌｗが射出される。照明光Ｌｗは、白色光用集光レンズ３１３を経て白色光ライトガイド３０１ｃに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ３０４から被測定部５０へ照射される。照明光Ｌｗの反射光Ｌ７は、集光レンズ３０５により集光されプリズム３０８で反射されＣＣＤ撮像素子３０７上に結像し、ＣＣＤ撮像素子３０７にて受光される。
【０１１９】
ここでCCD撮像素子３０７には図７に示すような配置がされたモザイクフィルタがオンチップで形成されており、照明光Ｌｗの反射光Ｌ７のうち、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ透過させるフィルタ３０９ａ、３０９ｂ、３０６ｃ、が図のようなパターンで配置されている。モザイクフィルタ上に結像された反射光Ｌ７はＣＣＤ撮像素子によりＲ光画像、Ｇ光画像、及びＢ光画像として光電変換される。ＣＣＤ撮像素子３０７により光電変換されたＲ,Ｇ，Ｂ，画像信号は、A/D変換回路3４１でデジタル信号に変換され、通常画像用メモリ３４２のＲ画像信号の記憶領域、Ｇ画像信号の記憶領域およびＢ画像信号の記憶領域へ記憶される。３色の画像信号が通常画像用メモリ３４２に記憶されると、表示タイミングに合わせて同期をとって出力され、ビデオ信号処理回路３４３で、ビデオ信号に変換されて、モニタ３６１に出力され、カラー画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ３６０によって制御される。このようにして通常画像が表示される。
【０１２０】
また、撮像モード切り替えスイッチ３９１が操作され自家蛍光モードが選択されると制御用コンピュータ３６０は、切り替えフィルタ制御手段３２４を駆動して切り替えフィルタ３２２を自家蛍光用フィルタ３２３ａが光路上に配置されるよう制御する。被測定部５０へ照射された際の照明光Ｌｗの反射光Ｌ７は、集光レンズ３０６によっても集光され、イメージファイバ３０３の先端に入射され、イメージファイバ３０３を経て、レンズ３２９により集光され、切換フィルタ３２２の光学フィルタ３２３ａを透過し、自家蛍光と同波長帯域の成分のみ透過する。
【０１２１】
この自家蛍光と同波長帯域の反射像は、ＣＣＤ撮像素子３２６で受光され、１画素毎に画像信号を取得することにより、５００×５００画素の画像を得る。ＣＣＤ撮像素子３２６で光電変換された自家蛍光と同帯域の反射画像は、デジタル信号に変換された後、画像メモリ３２８の自家蛍光波長同帯域反射画像記憶領域にそれぞれ保存される。
【０１２２】
次に、自家蛍光画像の撮像モード設定時の自家蛍光画像を撮像する場合の作用について説明する。制御用コンピュータ３６０からの信号に基づき、自家蛍光用半導体レーザ用電源３１５が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ３１４から波長４０５nm〜４１０nmの励起光Ｌ２１が射出される。励起光Ｌ２１は、励起光用集光レンズ３１６を透過し、励起光ライトガイド３０１ａに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ３０４から被測定部５０へ照射される。
【０１２３】
励起光Ｌ２１を照射されることにより生じる被測定部５０からの自家蛍光Ｌ３１は、集光レンズ３０６により集光され、イメージファイバ３０３の先端に入射され、イメージファイバ３０３を経て、レンズ３２９により集光され、撮像モード設定スイッチにより自家蛍光撮像モードを選択することで設定される切換フィルタ３２２の光学フィルタ３２３ａを透過する。
【０１２４】
光学フィルタ３２３ａは、波長帯域４３０nm〜７３０nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ３２３ａを透過した蛍光は自家蛍光画像となる。
【０１２５】
自家蛍光画像は、ＣＣＤ撮像素子３２５で受光され、光電変換された後、ビニング読み出しにより５×５画素分の信号が加算されて読み出され、A/D変換回路３２６でデジタル信号に変換され、画像メモリ３２７の自家蛍光画像記憶領域に保存される。上記のようにビニング読み出しを行なうことにより光強度の弱い蛍光像を精度良く撮像することができるが、蛍光画像の画素数は、通常読み出しを行った場合の１／２５である１００×１００画素となる。
【０１２６】
次に蛍光補正画像の生成の作用について説明する。蛍光補正画像生成手段３５１において、画像メモリ３２８の自家蛍光画像記憶領域に保存された自家蛍光画像に対し、同じく画像メモリ３２８の自家蛍光波長同帯域反射画像記憶領域に保存された自家蛍光と同帯域の反射画像により、各画素毎に自家蛍光画像における画素値を同帯域の反射画像における画素値で除算を行い、自家蛍光画像についての蛍光補正画像を生成する。
【０１２７】
続けて、合成画像生成ユニット３３０の組織性状画像生成手段３３１にて、蛍光補正画像生成手段で生成された自家蛍光補正画像の各画素値と予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における色相Ｈ（Ｈｕｅ）を割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段３３３に出力する。
【０１２８】
また、組織形状画像生成手段３３２では、画像メモリ３２８の反射画像記憶領域に保存された反射画像の各画素毎に、その画素値とルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段３３３に出力する。
【０１２９】
合成画像生成手段３３３は、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。なお、画像をカラー表示する場合に、色の３属性である、色相、明度と彩度が必要であるため、画像合成の際には、マンセル表色系における彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）として、各色相、明度毎の最大値を設定する。
【０１３０】
その後、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路３４３へ出力する。
【０１３１】
ビデオ信号処理回路３４３によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ３６２に入力され、該モニタ３６２に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ３６０によって制御される。
【０１３２】
上記のような作用により、表示された合成画像の色相は、被測定部５０から発せられた自家蛍光強度を反映させたものとなり、明度は、同帯域反射画像の画素値、すなわち被測定部５０の形状を反映させたものとなるので、１枚の画像に、被測定部５０から発せられた蛍光に関する情報とともに、被測定部の形状に関する情報を表示することができ、観察者に違和感を与えることがない。このため、観察者は、容易に被測定部の組織性状を判定することができる。
【０１３３】
次に、薬剤蛍光撮像モードが選択された場合の作用について説明する。
【０１３４】
観察者が薬剤蛍光撮像モードを選択すると、撮像モード切り替えスイッチ３９１から制御用コンピュータ３６０へ薬剤蛍光撮像モード信号が伝送される。制御用コンピュータ３６０は、白色光源電源３１２を駆動させ、白色光源３１１から照明光Ｌｗが射出される。照明光Ｌｗによる通常像の撮像および表示は自家蛍光画像撮像モード時と同じである。
【０１３５】
また、制御用コンピュータ３６０は、切り替えフィルタ制御手段３２４を駆動して切り替えフィルタ３２２を薬剤蛍光用フィルタ３２３ｂが光路上に配置されるよう制御する。被測定部５０へ照射された際の照明光Ｌｗの反射光Ｌ７は、集光レンズ３０６によっても集光され、イメージファイバ３０３の先端に入射され、イメージファイバ３０３を経て、レンズ３２９により集光され、切換フィルタ３２２の光学フィルタ３２３ｂを透過し、薬剤蛍光と同波長帯域の成分のみ透過する。
【０１３６】
この薬剤蛍光と同波長帯域の反射像は、ＣＣＤ撮像素子３２６で受光される。ＣＣＤ撮像素子３２６で光電変換された薬剤蛍光と同帯域の反射画像は、デジタル信号に変換された後、画像メモリ３２８の薬剤蛍光波長同帯域反射画像記憶領域にそれぞれ保存される。
【０１３７】
次に、薬剤蛍光画像の撮像時の作用について説明する。制御用コンピュータ３６０からの信号に基づき、薬剤蛍光用半導体レーザ用電源３１８が駆動され、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ３１７から波長７５０nmの励起光Ｌ２２が射出される。励起光Ｌ２２は、励起光用集光レンズ３１９を透過し、励起光ライトガイド３０１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ３０４から被測定部５０へ照射される。
【０１３８】
励起光Ｌ２２を照射されることにより生じる被測定部５０内部の蛍光診断薬剤から発せられる薬剤蛍光Ｌ３２は、集光レンズ３０６により集光され、イメージファイバ３０３の先端に入射され、イメージファイバ３０３を経て、レンズ３２９により集光され、切換フィルタ３２２の光学フィルタ３２３ｂを透過する。
【０１３９】
光学フィルタ３２３ｂは、波長帯域７８０〜９００nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ３２３ｂを透過した蛍光は薬剤蛍光画像となる。
【０１４０】
薬剤蛍光画像は、ＣＣＤ撮像素子３２６で受光され、光電変換された後、ビニング読み出しにより５×５画素分の信号が加算されて読み出され、A/D変換回路３２７でデジタル信号に変換され、画像メモリ３２８の自家蛍光画像記憶領域に保存される。上記のようにビニング読み出しを行なうことにより光強度の弱い蛍光像を精度良く撮像することができるが、蛍光画像の画素数は、通常読み出しを行った場合の１／２５である１００×１００画素となる。
【０１４１】
次に蛍光補正画像の生成の作用について説明する。蛍光補正画像生成手段３５１において、画像メモリ３２８の薬剤蛍光画像記憶領域に保存された薬剤蛍光画像データに対し、同じく画像メモリ３２８の薬剤蛍光波長同帯域反射画像記憶領域に保存された薬剤蛍光と同帯域の反射画像により、各画素毎に薬剤蛍光画像における画素値を同帯域の反射画像における画素値で除算を行い、薬剤蛍光画像についての蛍光補正画像を生成する。
【０１４２】
合成画像生成ユニット３３０の組織性状画像生成手段３３１において、蛍光補正画像生成手段で生成された薬剤蛍光補正画像の各画素値と予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における色相Ｈ（Ｈｕｅ）を割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段３３３に出力する。また、組織形状画像生成手段３３２において薬剤蛍光画像と同帯域の反射画像の各画素値とルックアップテーブルに基づいて、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段３３３に出力する。なお、画像をカラー表示する場合に、色の３属性である、色相、明度と彩度が必要であるため、画像合成の際には、マンセル表色系における彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）として、各色相、明度毎の最大値を設定する。
【０１４３】
合成画像生成手段３３３は、組織性状画像と組織形状画像を合成して合成画像を生成する。その後、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路３４３へ出力する。ビデオ信号処理回路３４３によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ３６２に入力され、該モニタ３６２に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ３６０によって制御される。
【０１４４】
上記のような作用により、表示された合成画像の色相は、被測定部５０から発せられた薬剤蛍光強度を反映させたものとなり、明度は、同帯域反射画像の画素値、すなわち被測定部５０の形状を反映させたものとなるので、１枚の画像に、被測定部５０から発せられた蛍光に関する情報とともに、被測定部の形状に関する情報を表示することができ、観察者に違和感を与えることがない。
【０１４５】
なお、本実施の形態においては、組織形状画像生成手段３３２では、蛍光波長同帯域反射画像の各画素毎に、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成したが、反射画像を別個に取得して、この反射画像に基いて組織形状画像を生成してもよい。
【０１４６】
また、本実施形態の蛍光内視鏡装置の構成とすることで、１台の装置にて患者の病状に応じて自家蛍光撮像と薬剤蛍光撮像を選択して撮像することができる。
【０１４７】
また、本実施形態では自家蛍光撮像モードと薬剤蛍光撮像モードとをモード切り替えスイッチにより撮像モードを切り替える形態としたが、通常光画像、自家蛍光画像、薬剤蛍光画像を順次撮像し同時に表示する形態としても良い。この場合、最初の1/90秒で照明光を照射しその反射光像をＣＣＤ撮像素子３０７で撮像し、次の１/90秒で自家蛍光用の励起光を照射し発生する自家蛍光を回転フィルタ３２２の３２３ａを透過させＣＣＤ撮像素子３２６で撮像し、次の1/90秒で薬剤蛍光用の励起光を照射し発生する薬剤蛍光を回転フィルタ３２２の３２３ｂを透過させＣＣＤ撮像素子３２６で撮像し、各々別の画像を撮像する間に画像データに変換させビデオ信号処理回路３４３へ入力することで、表示手段に上記３画像をビデオレートで同時に表示させることもできる。この場合、制御用コンピュータにより自家蛍光撮像時には光路上に３２３ａが、薬剤蛍光撮像時には光路上に３２３ｂが配置されるよう回転フィルタ３２２を制御させる。なお、照明光を照射している1/90秒間の内、最初の1/180秒間には、光路上に３２３ａが、次の1/180秒間には光路上に３２３ｂが配置されるよう回転フィルタ３２２を制御し、ＣＣＤ撮像素子で撮像し、各々自家蛍光波長同帯域反射画像および薬剤蛍光波長同帯域反射画像を取得する。
【０１４８】
なお、上記実施形態２および３において、蛍光画像は、撮像する際にビニング読み出しにより読み出されるため、蛍光画像の画素数は１００×１００画素であるが、合成画像を生成する際に、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成したので、表示画像の画素数は、５００×５００画素に対応したものとなり、被測定部の形状を明瞭に表示することができる。
【０１４９】
また、上記実施形態１および３においては、通常像の撮像の際に照明光を被検体に照射し反射光をモザイクフィルタを通して撮像する方式としたが、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、及びＩＲ光を順次光として撮像しても良い。その場合、白色光源からライトガイドへ入射させる前にＲ光，Ｇ光，Ｂ光，ＩＲ光を透過するフィルタを有する回転フィルタを配置し被検体への照射光を順次光としても良く、または、白色光を被検体に照射し反射光を撮像素子で受光する前に同様の回転フィルタを配置し順次撮像する形態としても良い。
【０１５０】
また、自家蛍光用の励起光の光源として、ＧａＮ系半導体レーザを用いたため、安価で小型な光源により励起光を照射することができる。また、励起光の波長を、４０５nm〜４１０nmとしたため、被測定部５０から効率良く蛍光が発せられる。
【０１５１】
さらに、実施形態１、３では蛍光診断薬剤として７５０nm〜９００nmの波長領域の蛍光を発するシアニン色素化合物に３個以上のスルホン酸基を導入したナトリウム塩を含む赤外蛍光造影剤を用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、他の薬剤を用いてもよい。この場合蛍光診断薬剤に応じて励起光、蛍光画像を取得する波長及び同帯域の反射像を得る波長を適宜選択することができる。
【０１５２】
また、各実施形態においては、ＣＣＤ撮像素子として電化増倍型ＣＣＤ（ＣＭＤ（Charge Multiplying Detector)−ＣＣＤ）を用いてもよく、この場合には強度の弱い蛍光に対しても十分な蛍光像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蛍光内視鏡装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る蛍光内視鏡で用いられるモザイクフィルタを示す図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る蛍光内視鏡装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る蛍光内視鏡で用いられる切り替えフィルタを示す図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る蛍光内視鏡装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る蛍光内視鏡で用いられる切り替えフィルタを示す図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る蛍光内視鏡で用いられるモザイクフィルタを示す図
【図８】正常組織および病変組織から発せられる自家蛍光のスペクトル特性の説明図
【符号の説明】
【０１５４】
５０    被測定部
１００，２００，３００    内視鏡挿入部
１０６，３０９    モザイクフィルタ
１０７，２０７，３０７，２２６，３２６    ＣＣＤ撮像素子
１８３    蛍光補正画像・組織性状画像生成手段
１８４，２３３，３３３    合成画像生成手段
１８５，２３２，３３２    組織形状画像生成手段
２２２，３２２    切換フィルタ
２３１    蛍光演算画像・組織性状画像生成手段
２５０    蛍光補正画像生成ユニット
２５１    狭帯域蛍光補正画像生成手段
２５２    広帯域蛍光補正画像生成手段
３３１    組織性状画像生成手段
３５１    蛍光補正画像生成手段
Ｌ１    白色光
Ｌ４，Ｌ７    反射光
Ｌ２１，Ｌ２２    励起光
Ｌ３１    自家蛍光
Ｌ３２    薬剤蛍光
Ｌｗ    照明光
【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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