(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織異常検出システムであって、
前記組織異常検出システムは、照射光の集中されたビームを生成する光源を備え、
前記組織異常検出システムは、前記照射光を受け、選定された波長を持つ光を通過させることによって励起光を作り出す光学的励起フィルタであって、前記励起光は目的の表面上に向けられた場合、反射光と蛍光とを生成する、光学的励起フィルタを備え、
前記組織異常検出システムは、画像形成機器を備え、
前記画像形成機器は、
少なくとも１つの画像形成光学アセンブリと、
前記目的の表面から前記反射光と前記蛍光とを受け、前記蛍光を２つの異なる波長帯域に分ける光学的スプリッタと、
前記光学的スプリッタからの光を受ける一対の光学的チャンネルであって、その各々の光学的チャンネルが、選定された波長を持つ通過光のための光学的発光フィルタと、前記光学的発光フィルタによって通過された光を増幅し、前記通過光で出力画像を生成する画像増輝度管とを含む光学的チャンネルと、
光学的チャンネルのそれぞれで生成された前記出力画像を受け、ユーザによって見られる合成画像を形成するために前記出力画像を重畳させる受動的光学的合成器と、
を含み、
前記組織異常検出システムは、前記光源及び前記画像増輝度管の作動を制御する制御モジュールを備える、
組織異常検出システム。
【請求項２】
前記受動的光学的合成器は、各光学的チャンネルからの前記出力画像をユーザの眼に向けるように配置された２色性ミラーを含む、請求項１に記載の組織異常検出システム。
【請求項３】
前記画像増輝度管は、長いパーシステンスの蛍光スクリーンを持つ、請求項１に記載の組織異常検出システム。
【請求項４】
前記合成出力画像を画像センサの上に捕捉するように配置されたカメラをさらに備える、請求項１に記載の組織異常検出システム。
【請求項５】
前記画像センサは写真用のフィルムである、請求項４に記載の組織異常検出システム。
【請求項６】
前記画像センサはデジタル画像センサである、請求項４に記載の組織異常検出システム。
【請求項７】
前記組織異常検出システムは、前記光を複数の光学的チャンネルに向け、双眼観察のために一対の合成出力画像を生成する一対の光学的スプリッタを含む、請求項１に記載の組織異常検出システム。
【請求項８】
前記光源及び前記画像増輝度管は、パルスモードで作動され、前記制御モジュールによって同期制御される、請求項１に記載の組織異常検出システム。
【請求項９】
前記制御モジュールは、前記画像増輝度管の間で一定のゲイン比を維持する、請求項１に記載の組織異常検出システム。
【請求項１０】
組織異常検出システムであって、
前記組織異常検出システムは、照射光のビームを生成する光源を備え、
前記組織異常検出システムは、前記照射光を受け、励起光と基準光とを生成する光学的励起フィルタであって、前記励起光は目的の表面上に向けられた場合蛍光を生成する、光学的励起フィルタを備え、
前記組織異常検出システムは、画像形成機器を備え、
前記画像形成機器は、
少なくとも１つの画像形成光学アセンブリと、
前記蛍光と前記反射基準光とを受け、前記蛍光と前記反射基準光とを蛍光光学的チャンネルと反射光学的チャンネルとに向ける光学的スプリッタと、
選定された波長を持つ光を通過させるための光学的発光フィルタと、前記光学的発光フィルタによって通過された光を増幅し前記通過光で出力画像を生成する画像増輝度管とを含む前記蛍光光学的チャンネルと、
前記反射光学的チャンネルで受けた光を増幅し前記通過光で出力画像を生成する画像増輝度管を含む前記反射光学的チャンネルと、
を含み、
前記組織異常検出システムは、前記蛍光と前記基準光とによって生成された前記組織の画像をユーザによって見られる単一画像に合成する受動的光学的合成器を備え、
前記組織異常検出システムは、前記光源と前記画像増輝度管との作動を制御する制御モジュールを備える、
組織異常検出システム。
【請求項１１】
前記基準光は前記励起光を含む、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【請求項１２】
前記光源は、励起光と基準光との両方を生成し、前記基準光は、前記励起光と異なった波長を持ち、かつ疾病で変化する蛍光発光と異なった波長を持つ光を含む、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【請求項１３】
前記受動的光学的合成器は、各光学的チャンネルからの前記出力画像をユーザの眼に向けるように配置された２色性ミラーを含む、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【請求項１４】
前記組織異常検出システムは、前記光を複数の光学的チャンネルに向け、双眼観察のために一対の合成出力画像を生成する一対の光学的スプリッタを含む、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【請求項１５】
前記画像増輝度管は、長いパーシステンスの蛍光スクリーンを持つ、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【請求項１６】
前記合成出力画像を画像センサの上に捕捉するように配置されたカメラをさらに備える、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【請求項１７】
前記画像センサは写真用のフィルムである、請求項１６に記載の組織異常検出システム。
【請求項１８】
前記画像センサはデジタル画像センサである、請求項１６に記載の組織異常検出システム。
【請求項１９】
前記光源及び前記画像増輝度管は、パルスモードで作動され、前記制御モジュールによって同期制御される、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【請求項２０】
前記制御モジュールは、前記画像増輝度管の間で一定のゲイン比を維持する、請求項１０に記載の組織異常検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、皮膚の異常検出に関し、より詳細には、自己蛍光を使用する癌症状または前癌症状の皮膚組織の検出に関する。
【０００２】
（発明の背景）
増加する意識によるのか種々の環境因子によるのか、皮膚癌の検出されるケースの発生が増加している。大抵の皮膚癌が早期に処置されると治療可能なので、悪性または前悪性の皮膚組織の検出に対する重要性はますます大きくなりつつある。皮膚癌の多くは、訓練された皮膚科専門医によって白色光の下での患者の皮膚の視覚観察に基づいて、検出されている。しかしながら、この方法による成功は、潜在性の悪性病巣から健康な皮膚を識別する医師の能力に主に依存している。
【０００３】
癌または前癌病巣の検出において、医師を支援できる１つの技術は、健康な組織と不健康な組織によって作られる自己蛍光の差を基礎にしている。すべての組織は励起されると、明確な範囲内の波長の蛍光または光を発する。健康な組織によって作られる自己蛍光は不健康な組織によって作られるものと異なったスペクトルプロファイルを持っていることは公知である。多くの研究グループは、ある単一の点での波長スペクトルの記録によって、スペクトルプロファイルのこの相違の研究開発を行ってきた。このことが興味あるデータを供給しているが、これを臨床的に使用するのは困難である。
【０００４】
自己蛍光の相違に基づく癌組織の検出の１つのシステムは、米国特許Ｎｏ．５，５０７，２８７号で記載され、そしてこれは本発明の譲受人である、Ｘｉｌｌｉｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，Ｂ．Ｃ．，Ｃａｎａｄａに譲渡されている。しかしながら、これとこれの類似システムは、一般的にコンピュータモニタと、疑わしい組織の画像を作るための画像処理装置とを必要とし、そしてこれらは病院の外で使われるほど可搬型でない。さらにその上、これらのシステムは相対的に高価であり、そして作動させるに、多量のエネルギーを必要とする。
【０００５】
皮膚の自己蛍光の光の検出のための、軽量で、可搬型のシステムは、“Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｃｏｐｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｄｅｒｍａｔｏｌｏｇｉｃ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ”の発明名称のもとで、ＰＣＴ出願（ＰＣＴ／ＣＡ９７／００９１９）の中に記載されている。しかしながら、この実施形態によると、このデバイスは、光増幅の不足のために感度が不足しているか、またはユーザが各眼に示される、違った色の画像を精神的に組み合わせる条件のために使用が難しいかのいずれかである。
【０００６】
より多くの患者のスクリーニング検査を行う医療の職員の能力を高めるためには、健康的および疑わしい組織によって作られる自己蛍光の相違に基づいた、潜在的な悪性の病巣の検出において、医師を支援できる、安くて、軽くて、可搬型の癌検出システムの必要性がある。
【０００７】
（発明の要旨）
本発明は、試験中の組織が自己蛍光を発生させる励起光源を含む、軽くて、携帯型の皮膚異常検出画像システムである。試験中の組織から、基準光と一緒に発生する自己蛍光は、試験中の組織の画像を作るための一対の光学チャンネルに向けられる。光学的合成器（好ましくは、２色性ミラーを含む）は、ユーザ見られる組織画像を重畳させる。
【０００８】
本発明の１つの実施形態では、１つのチャンネルで受光された自己蛍光は、健康な組織での自己蛍光の強度が、病状の組織または疑わしい組織で作られる自己蛍光の強度と異なるように、選択された波長を持っている。基準光は自己蛍光を含み、そしてそこでは、病んだ組織に対する自己蛍光の強度は、実質的には健康的な組織に対する自己蛍光の強度と類似している。本発明の別の実施形態では、基準光は、反射された励起光を含む。本発明のさらに別の実施形態では、基準光は励起光の波長と異なっている波長を持つ光を含む。
【０００９】
合成された重畳出力画像はユーザが観察することができ、あるいはアナログまたはデジタルカメラでキャプチャされ得る。ユーザが観察するために、これらの実施形態はすべて、単眼または双眼観察で実行され得る。
【００１０】
本発明の先の局面および付随する多くの優位性は、付随する図面と併せて詳細な説明を参考することによって、よりよく理解されることと同じように、より容易に理解される。
【００１１】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は健康的および病的な組織によって作られる自己蛍光の相違に基づき、皮膚異常を検出するための、軽量な、携帯型のシステムである。
【００１２】
図１で示されるように、本発明の１つの実施形態に従った、皮膚異常検出システム５は、７個の主要サブシステムで成り立っている（例えば、試験下の、組織サンプル１２に、特有の自己蛍光を生じさせる励起光を発生する光源１０）。光学的スプリッタ１３は、組織サンプル１２から受けとった蛍光を２つの異なった波長のビームに分ける。第１のビームは第１の蛍光波長帯域の光を集光し、増幅し、そして画像化する第１の光学チャンネル１４に向けられ、そして第２のビームは第２の蛍光波長帯域の光を集光し、増幅し、そして画像化する第２の光学チャンネル１５に向けられる。光学的合成器１６は２つ光学チャンネル１４と１５からの画像を１つに合成し、そしてこの合成画像をユーザの眼１９に示す。その上、システム５は、制御モジュール１７と電源１８とを含んでいる。上で記述したシステムは、２つの蛍光波長帯域からの画像で成り立つ、合成された、疑似カラーの画像を作り出す単眼用観察装置である。
【００１３】
電源１８は電池またはＡＣラインであり得る。好適な実施形態では、可搬性のために電池電源が使用される。
【００１４】
光源１０は組織蛍光を励起させるに必要な特性をもった光を供給する。これは電力供給源２１からなり、そして制御モジュール１７によって制御され、電源１８から電力を受け取る。電源はランプ２２を作動させるのに適合した特性の電力を出力する。このランプは、キセノンのフラッシュランプでもよいが、可視光（例えば、白色光）の広帯域のスペクトル出力を生成する。この光は組織１２に一様に照射するビームに、反射器２３及び画像成形要素（例えば、レンズ）２４と２５との組み合わせによって形成される。ある平行光の領域は、この２つのレンズの間で作られる。この平行光の領域は、フィルタ表面に垂直な入射光になるように設計された光学的帯域通過フィルタ（すなわち、励起フィルタ２６）の配置に対して、光学的条件を与える。励起フィルタの特性は、好ましくは、この励起フィルタが、蛍光発光を励起させるのに利用される波長の光（通常は、４００ｎｍから４５０ｎｍ）を通過させ、そしてその他の波長の光を遮断するように選択される。蛍光発光が検出される波長帯域幅において、このフィルタによる遮断は非常に良好でなければならない（即ち、これらの帯域において、このフィルタを介して通過できるのはランプからの光の１０５分の１未満であるべきである）。
【００１５】
通常、ランプ２２はカメラフラッシュと同様のパルスモードで作動される。しかしながら、これは連続的にＯＮになり得る。パルスモードで作動することの長所は、システムが暗くない部屋で利用されることを可能にし、そして電池作動が可能になように、必要パワーが減少されることである。この光の強度と（パルス化された場合の）持続時間は、制御モジュール１７によって、ユーザの眼１９によって検出される画像の明るさを調節する手段として制御される。
【００１６】
励起光で組織１２を照射した結果は、その組織による特有の自己蛍光３１の発光となる。もし、この励起光がスペクトルの青の部分であると、発光される蛍光は通常、緑から赤の波長（４７０ｎｍから７００ｎｍ）の範囲になる。発光された自己蛍光３１は集光され、そして光学スプリッタ１３で２つの波長帯域に分けられる。光学スプリッタ１３での画像整形用要素（例えば、レンズアセンブリ）４１は発光された蛍光を集め、組織の画像を無限遠点で作る。この画像は焦点機構４４を介し、無限遠点で焦点が結ばれ得る。光は２つの波長帯域に分けられる自己蛍光をもたらす２色性ミラー４２に向けられる。第１の波長帯域の光の部分は２色性ミラー４２を介して真っ直ぐに通過し、第１の光学チャンネル１４に入る。第２の波長帯域の残りの光は、２色性ミラー４２によって反射される。通常、２色性ミラー４２は５７０ｎｍ未満の波長を持つ光を通過させ、そして５７０ｎｍより大きい波長を持つ光を反射する。２色性ミラー４２で反射された光は再びミラー４３によって反射され、第２の光学チャンネル１５に入る。
【００１７】
すでに述べたように、２色性ミラー４２を通って直進する自己蛍光は第１の光学チャンネル１４に入る。この光学チャンネルでは、定義された帯域の範囲内の波長を有する自己蛍光は増幅され、そして画像に形成される。この光学チャンネル１４は発光フィルタ５２、レンズアセンブリ５３、蛍光スクリーン５５を併せ持った画像増輝度装置５４、及び電力供給源５６から構成される。発光フィルタ５２は、組織スペクトル発光の最大値近辺の波長の帯域幅（通常、４９０ｎｍから５６０ｎｍ）で自己蛍光のみを通過させる。発光フィルタ５２は、蛍光励起に対して利用される波長の帯域幅の光に対し、特に良好な遮断特性を持つべきである−通常、発光フィルタ５２を通過する励起光は１０５分の１未満である。レンズ５３は画像増輝度装置５４の入力で自己蛍光を持った画像を形成する。画像増輝度装置は電力供給源５６によって供給されるバイアス電圧によって決まる利得だけ光を増幅するデバイスである。画像増輝度装置は蛍光スクリーン５５（実際は、画像増輝度装置の一体部分である）の上に出力画像を生成する。電力供給源５６は制御モジュール１７内の制御器７１によって制御される。制御器７１は、画像増輝度装置がシステムの入力光に対し、適切な利得を持ち、露出過度から保護されるように、電力供給源５６の出力を制御する。画像増輝度装置の蛍光スクリーン５５は好ましくは、増幅された画像が２、３秒間見えるように、長いパーシステンスを有する。蛍光スクリーン５５は特別の波長帯域の光、例えば、主に帯域が５００ｎｍから５６０ｎｍの緑色の光を生成する。蛍光スクリーン５５上の画像からの光は光学的合成器１６へ入力される。
【００１８】
すでに述べたように、光学スプリッタ１３にある２色性ミラー４２とミラー４３によって反射された自己蛍光の光は、第２の光学チャンネル１５に入る。第２の光学チャンネル１５は発光フィルタ６２、レンズ６３、蛍光スクリーン６５を併せ持った画像増輝度装置６４、及び電力供給源６６からなる。発光フィルタ６２が、異なった波長帯域の光を通過させる（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍの帯域の赤色の光を通す）ことで、光フィルタ５２と異なっていることを除いては、第２の光学チャンネル１５は、第１の光学チャンネル１４と殆ど一致している。蛍光スクリーン６５は、長いパーシステンスを併せ持った蛍光スクリーン５５と異なった波長の光を生成し（例えば、６２０ｎｍから７００ｎｍの帯域の赤色の光を生成する）、そして制御器７１と電力供給源６６とによって設定される画像増輝度装置６４の利得は、画像増輝度装置５４の利得とは異なり得る。これらの相違の結果として、蛍光スクリーン６５上に形成された画像は、異なった自己蛍光帯域から生じ、そして異なった明るさになり得る。蛍光スクリーン６５上の画像からの光は光学的合成器１６への入力として供給される。
【００１９】
光学的合成器１６は、レンズ８１、レンズ８２、２色性ミラー８３、ミラー８４、レンズ８５、及び光センサ８６から構成される。このレンズ８１は蛍光スクリーン５５上の画像からの光を集め、そしてレンズ８５との組み合わせによってこの蛍光スクリーンからの画像をユーザの目１９に中継する。１つの波長帯域（例えば、緑色の光）の蛍光スクリーン５５上の画像からの光は、２色性ミラー８３を介し、真っ直ぐに通過する。２色性ミラー８３は、例えば、５７０ｎｍより短い波長の光は真っ直ぐに通過し、そして５７０ｎｍより長い波長の光は反射されるような特性を持つ。レンズ８２は、第２の波長帯域（例えば、赤色の光）の第２光学チャンネルであって、蛍光スクリーン６５上の画像からの光を集める。レンズ８２は、レンズ８５との組み合わせによって蛍光スクリーン６５からの画像をユーザの目１９に中継する。蛍光スクリーン６５からの光は、ミラー８４と２色性ミラー８３との両方によって反射される。これは、２色性ミラー８３を介し真っ直ぐに通過した蛍光スクリーン５５からの画像との組み合わせによって、蛍光スクリーン５５と６５からの画像で構成される、ユーザの眼１９の上での合成された画像の形成という結果になる。レンズ８１とレンズ８２の倍率は、蛍光スクリーン５５と６５からの画像が、たとえ光路長が異なっていても、ユーザの眼には同じ大きさになるように選択される。
【００２０】
蛍光スクリーン５５からの光の少しの部分は、２色性ミラー８３を介し真っ直ぐに通過することに加え、２色性ミラー８３によって反射され（通常５％）、センサ８６に達する。この光は光の振幅に比例する電気信号に変換され、そしてこれは制御モジュール１７によって計測される。
【００２１】
この制御モジュール１７は、制御器７１、画像取得押し釦７２、及び明るさ調整ノブ７３から構成される。制御器７１は、光源用電力供給源２１及び画像増輝度用電力供給源５６、６６を制御する回路、並びに光センサ８６の出力電圧を計測する回路を含む。そのデバイスがパルスモードで作動される場合、画像取得シーケンスを開始させるために信号を制御器に送るために、この画像取得押し釦７２はユーザによって作動される。
【００２２】
この明るさ調整ノブ７３は、画像の明るさに対する調整基準値を制御器に伝達するために、ユーザによって利用される。ユーザに見られる画像の明るさは、光センサ８６による光強度の測定、明るさ調整ノブ７３の基準明るさ、および記憶されている画像増輝度装置の校正特性との組み合わせに基づき、制御器７１によって自動的に制御される。制御器７１は、光源の強度及び持続時間、並びに画像増輝度装置５４及び６４の利得とを制御するために、この情報を利用する。最高の画像品質を達成するために、制御アルゴリズムは光源の可能な最大強度、及びパルス持続時間、および最小の増幅器の利得で作動されるように設計される。この制御アルゴリズムは、まず望ましい明るさを達成するために、光源の強度と持続時間（パルス化された場合）とを調整する。その後、このアルゴリズムは、目標の明るさになるように、画像増輝度装置５４の利得を調整し、そしてそれから、画像増輝度装置６４に対する画像増輝度装置５４の利得比が一定となるように、校正パラメータに基づき、画像増輝度装置６４の利得を調整する。この方法では、合成画像の色は画像の明るさと無関係になるようにされ、そして組織と装置間との間の距離にも無関係になるようにされる。
【００２３】
上で記述されたシステム５を使用して、２つの自己蛍光波長帯域から生じた異なった色と明るさの２つの画像は、図２で示されるように、ユーザによる解読のために重ねられる。得られた合成画像の色は組織の異常程度に依存する。組織によって発光される自己蛍光のスペクトル特性は異常性の程度に依存する。通常、異常組織の自己蛍光の光の発光は、正常組織と比較してスペクトルの緑の部分において異なっている。対照的に、スペクトルの赤の部分の自己蛍光の発光は、正常組織と異常組織とを比較する場合、本質的に変わっていない。結果として、合成画像の緑の成分の明るさが組織異常の程度に依存しつつ、変化する。ある程度の異常をもった組織は正常組織に比べ異なった陰を表す（より赤いかまたはより緑に）。通常、ユーザは、特に画面の一部分が残りものと異なる場合に、異常組織を示す微妙な色の相違を容易に区別できる。
【００２４】
皮膚異常検出システムの第２の実施形態もまた、図１に基づいている。このシステムの構造は第１の実施形態と同じであり、そして図２で示される画面と同様の合成画面が作られるが、異なった実施詳細を必要とする異なった動作原理が使われる。第１の実施形態では、画像は２つの異なった波長帯域の自己蛍光から画像を重ね合わせることによって作られる。第１の実施形態からの結果としての複合画像の色は組織の健康状態に依存し、その理由は、画像のひとつを形成する自己蛍光（緑）の強度は組織の健康状態の強い機能として既知であり、これに反して、第２の画像を形成する自己蛍光（赤）の強度は組織の健康状態に弱く依存するからである。第２の実施形態では、複合画像は、組織の健康状態の強い機能である波長帯域の自己蛍光（緑）からの画像のひとつと、反射された励起光（青）から形成された画像のひとつとを基に形成される。第１の実施形態のように、合成画像の色は組織の健康状態に依存し、この理由は、この複合画像の中で利用されるひとつの画像を形成する自己蛍光の強度は組織の健康状態に依存して変化するが、これに反し、この複合画像の中の第２の画像を形成する反射光の強度は組織の健康状態に弱く依存するのみだからである。
【００２５】
第２の実施形態に対する実施詳細は次の方法で、第１の実施形態のそれらと異なる。即ち、第２の光学的チャンネル１５のための発光フィルタ６２は、光源によって発光される光（例えば、４００ｎｍから４５０ｎｍ）と同じ波長帯域の、組織から反射された光を伝達する。その上、この反射光は第１の実施形態で利用された蛍光よりも相当より強い強度であるため、第２の実施形態での第２の光学的チャンネル１５の画像増輝度装置６４は、それほどこの光を増幅する必要がなく、より低い品質になり得る。２色性のミラー４２は第１の実施形態ではより短い波長（例えば、５７０ｎｍより小さい）の光を伝達するように設計されるが、第２の実施形態では、異なった２色性のミラーを使う必要がないことに留意されたい。これは、通常、２色性のミラーは伝達する領域の入射光の５％を反射し、したがって、第１の実施形態で詳述された２色性のミラー４２は第２の光学的チャンネル１５に入力する、組織からの反射光の強度を減少するように利用され得るからである。あるいは、緑色を通過させ、青色を反射する２色性のミラー（例えば、４７０ｎｍより小さいの波長を反射し、４７０ｎｍより大きい波長を通過する）は、ニュートラルデンシティフィルタ（ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｉｌｔｅｒ）または低利得の画像増輝度装置と併せて利用され得る。
【００２６】
第２の実施形態と同様に、皮膚異常検出システムの第３の実施形態もまた図１の構造に基づき、そして図２で示される画面と同様の合成画面を作る。この第３の実施形態は第２の実施形態と同じような動作原理を利用するが、実施詳細において異なる。第２の実施形態と同様に、合成画像は蛍光画像と反射画像の組み合わせから形成される。この相違は、反射画像のために光源として励起光を使う代わりに、光源１０は、蛍光の検出のために利用される波長よりも長い波長で、反射画像を生成する目的のための光を明白に出力することである。蛍光用の励起に必要な波長で、かつ波長の長い反射画像を作る目的で光を生成するために、第３の実施形態における励起フィルタ２６は、２つの通過帯域を有している。即ち、ひとつは蛍光励起のための短い波長（例えば、４００ｎｍから４５０ｎｍ）を通過させ、もうひとつは反射画像のためのより長い波長（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍ）を通過させる。このフィルタは好ましくは、蛍光が検出される波長帯域において、極めて良好な遮断特性を持っている（例えば、４７０ｎｍと６００ｎｍとの間において入射光の１０−５未満のものが伝達されるべきである）。この発光フィルタ６２は反射画像のために使われる、より長い波長帯域の光を通過させる（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍ）。この発光フィルタ６２は、励起波長帯域において、光の良好な遮断特性を持つべきである（この実施例では４００ｎｍから４５０ｎｍ）。この発光フィルタ５２は、第１の実施形態において記述した特性に加えて、反射画像に使われる帯域において、光の良好な遮断特性もまた有する必要がある（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍの帯域において光の１０−５未満のものがこのフィルタを通過すべきである）。このシステムのバランスは第２の実施形態のそれと同様である。
【００２７】
本発明に従う皮膚異常検出システムの第４の実施形態は図３に示される。第４の実施形態は、発光された自己蛍光の２つの波長帯域からの画像か、発光される自己蛍光の１つの波長帯域及び反射光の１つの波長帯域からの画像のいずれかに基づいた双眼用の合成画像を生成するビュア（ｖｉｅｗｅｒ）である。第４の実施形態で記述されるシステムは、双眼用の画面を得るために、先の３つの実施形態のうちの１つで述べられたシステム（すなわち、各眼ためのもの）のうち、２つを組み合わせることによって得られる得る。図３に示される実施例では、画像システム１００は、電源１０２と、制御モジュール１０４と、自己蛍光を生成するために組織サンプル１０８を励起すべく光を供給する光源１０６とを含む。左側の画像システム５Ｌは、図１に示され及び既に述べられたシステムと同じ方法で、観察者の左眼に重畳された自己蛍光画像を与える。画像システム５Ｒは、図１に示されたシステム５と同じ方法で、観察者の右眼に重畳された自己蛍光画像を与える。
【００２８】
皮膚異常検出システムの第５の実施形態は図４に示される。第５の実施形態は、発光される自己蛍光の２つの波長帯域からの画像に基づいた合成画像を生成する光学的システムである。第５の実施形態は、使用者の眼の代わりにインスタントカメラまたはデジタルカメラが利用されることを意図していることを除いて、第１の実施形態と同様である。図２で示される画面と同様の合成画面は、カメラによって記録され、表示される。
【００２９】
図４で示されるように、本発明に従った皮膚異常検出システムの第５の実施形態は８個の主要サブシステムから構成される。すなわち、試験下での組織１２に特有の自己蛍光を生じさせる励起光を発生する光源１０と、この組織から受けた蛍光を２つのビームに分ける光学的スプリッタ１３と、第１の蛍光波長帯域の光を集光し、増幅し、そして画像化する第１の光学チャンネル１４と、第２の蛍光波長帯域の光を集光し、増幅し、そして画像化する第２の光学チャンネル１５と、２つ蛍光光学チャンネルからの画像を１つに合成し、そしてこの合成画像を観察用に記録するデジタルまたはインスタントカメラ１２０に表示する光学的合成器１６と、制御モジュール１７と、電源１８から構成される。
【００３０】
電源１８は電池またはＡＣラインであり得る。好適な実施形態では、電池が可搬性のため使用される。
【００３１】
この光源１０は組織蛍光を励起するに必要な特性をもった光を供給する。それは、制御モジュール１７によって制御され、そして電源１８から電力を受ける電力供給源２１からなる。この電力供給はランプ２２を作動させるに適した特性の電力を出力する。このランプは、キセノンのフラッシュランプでもよいが、可視光（即ち、白色光）の広帯域スペクトル出力を発生する。この光は、反射器２３と画像成形要素２４及び２５（例えば、レンズ）の組み合わせにより、組織１２に入射するビームへと形成される。ビームの形成に加えて、平行光の領域は、光学的帯域通過フィルタ、励起フィルタ２６の配置のための光学的条件を備える、この２つのレンズ間で作られる。この励起フィルタ２６は、入射光がフィルタ表面に垂直になるように設計される。励起フィルタ２６の特性は、フィルタが蛍光を励起させるに利用される波長の光（通常は、４００ｎｍから４５０ｎｍ）を通過させ、そしてその他の波長の光を遮断するようなものである。蛍光が検出される波長帯域幅の光をこのフィルタが遮断することは重要である（すなわち、これらの帯域において、ランプからの光の１０５分の１にすぎないものがこのフィルタを通過し得る）。
【００３２】
通常、ランプ２２はカメラフラッシュと類似したパルスモードで作動される。パルスモードで作動する長所は、システムが暗くない部屋で利用されることを可能にし、そして電池作動が可能になるように必要パワーが減少させられることである。この光の強度と持続時間は（パルス化される場合）、カメラ１２０によって検出される画像の明るさを調整する手段として、制御モジュール１７によって制御される。
【００３３】
励起光で組織１２を照射した結果がその組織による特有の自己蛍光３１の発光となる。もし励起光が青の部分であると、発光される蛍光は通常、緑から赤の波長範囲（４７０ｎｍから７００ｎｍ）になる。発光された自己蛍光３１は集光され、そして光学スプリッタ１３で２つの波長帯域に分けられる。光学スプリッタにおける画像形成用要素４１（例えば、レンズ）は発光された蛍光を集め、そして組織の画像を形成する。レンズ４１の位置は、画像に焦点を合わせるために焦点機構４４を介し動かされ得る。光は２色性ミラー４２に向けられ、その結果、自己蛍光が２つ波長帯域に分けられる。第１の波長帯域の光の部分は２色性ミラーを介し真っ直ぐに通過し、そして第１の光学チャンネル１４に入る。第２の波長帯域の光の残った部分は２色性ミラー４２によって反射される。通常、２色性ミラー４２は５７０ｎｍ未満の波長を持つ光を通過させ、そして５７０ｎｍより大きい波長を持つ光を反射させる。２色性ミラーで反射された光は再びミラー４３によって反射され、第２の光学チャンネル１５に入る。
【００３４】
既に述べたように、２色性ミラー４２を通って直進する自己蛍光は第１の光学チャンネル１４に入る。この光学チャンネルでは、定義された帯域範囲内の波長をもった自己蛍光の光は増幅され、そして画像に形成される。この光学チャンネル１４はレンズ５３、発光フィルタ５２、蛍光スクリーン５５を併せ持った画像増輝度装置５４、そして電力供給源５６とからなる。このレンズ５３はこの光を平行にするために無限遠点で画像を形成する。この結果が、フィルタの表面に垂直な入射光をフィルタするように設計される発光フィルタ５２の最適な配置となる。発光フィルタ５２は、組織のスペクトル発光の最大値近辺の波長帯域幅（通常、４９０ｎｍから５６０ｎｍ）の自己蛍光のみ通過させる。好ましくは、発光フィルタは、蛍光励起に対して利用される波長の帯域幅の光に対して良好な遮断特性を持つ。通常、励起光の１０５分の１未満の光がこの発光フィルタを通過する。レンズ５３は画像増輝度装置５４の入力において自己蛍光をもった画像を形成する。この画像増輝度装置は電力供給源５６によって供給されるバイアス電圧によって決まる利得だけ入射する光を増幅する。この画像増輝度装置は蛍光スクリーン５５上に出力画像を作る。電力供給源５６は制御モジュール１７によって制御される。この制御モジュールは、画像増輝度装置がシステムの入力光に対して適切な利得を持つように電力供給源の出力を制御する。この画像増輝度装置の蛍光スクリーン５５は、少なくとも２、３ミリ秒間のパーシステンスを持ち、そして特定の波長帯域の光、例えば、主に５００ｎｍから５６０ｎｍの帯域の緑色の光を発生する。蛍光スクリーン上の画像からの光は光学的合成器１６に入力される。
【００３５】
既に述べたように、２色性ミラーによって反射された自己蛍光は第２の光学チャンネル１５に入る。第２光学チャンネル１５はレンズ６３、発光フィルタ６２、蛍光スクリーン６５を併せ持った画像増輝度装置６４、及び電力供給源６６からなる。発光フィルタ６２が、異なる波長帯域の光（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍの帯域の赤色の光）を通過させ、蛍光スクリーン６５は、蛍光スクリーン５５と異なる波長の光（例えば、６２０ｎｍから７００ｎｍの帯域の赤色の光）を発生し、そして制御器７１と電力供給源６６によって設定されるような画像増輝度装置６４の利得は画像増輝度装置５４の利得と異なり得るという点で、発光フィルタ６２は発光フィルタ５２と異なるということを除いて、第２の光学チャンネル１５は第１の光学チャンネル１４と殆ど一致する。これらの相違の結果として、蛍光スクリーン６５上に形成された画像は、異なる自己蛍光帯域からのもので、そして異なる明るさになり得る。蛍光スクリーン６５上の画像からの光は光学的合成器１６に入力される。
【００３６】
光学的合成器１６は、レンズ８１、レンズ８２、２色性ミラー８３、ミラー８４、及びレンズ８５からなる。レンズ８１は蛍光スクリーン５５上の画像からの光を集め、そしてレンズ８５と組み合わせて、蛍光スクリーン５５からの画像をカメラ１２０の光学的システムに中継する。１つの波長帯域（例えば、緑色）の蛍光スクリーン５５上の画像からの光は２色性ミラー８３を介して真っ直ぐに通過する。２色性ミラー８３は、例えば、５７０ｎｍより短い波長の光は真っ直ぐに通過し、そして５７０ｎｍより長い波長の光は反射されるような特性を持つ。レンズ８２は、蛍光スクリーン５５上の画像からの第２の波長帯域（例えば、赤色の光）の第２の光学チャンネルからの光を集める。レンズ８２は、レンズ８５と組み合わせて、蛍光スクリーン６５からの画像をカメラ１２０の光学的システムに中継する。蛍光スクリーン６５からの光は、ミラー８４と２色性ミラー８３の両方で反射される。これは、２色性ミラー８３を介して真っ直ぐに通過する蛍光スクリーン５５からの画像との組み合わせにおいて、蛍光スクリーン５５と６５からの画像で成り立つ、カメラ１２０の光学的システムに適した合成された画像の形成という結果になる。レンズ８１、レンズ８２の倍率は、蛍光スクリーン５５及び６５からの画像がカメラの光学的システムおいて、たとえ光路長が異なっても、同じ大きさになるように選定される。
【００３７】
皮膚異常検出用システムの第５の実施形態は、デジタルカメラまたはインスタントカメラ１２０に、カメラレンズマウント１２２によるかまたはカメラレンズ上のフィルタマウントのネジによって取り付けられる。
制御モジュール１７は、制御器７１、及び明るさ調整ノブ７２からなる。この制御器７１は光源用電力供給と画像増輝度用電力供給を制御する回路部を含む。カメラ上のシャッタボタン１２３は、画像獲得シーケンスを開始するためにユーザによって駆動される。このカメラは、画像獲得が開始することと、画像の明るさに関係することを示す信号を、フラッシュ同期出力ジャック１２１を介して制御器７１に信号を送る。以下で記載されるように、この制御器は、光源用電力供給と画像増輝度用電力供給とを制御する際にこの信号を使用する。明るさ調整ノブ７２は、画像の明るさに対する調整基準値を制御器に伝達するためにユーザによって利用される。
【００３８】
ユーザに見られる画像の明るさは、カメラ光メータによる光強度の測定、明るさ調整ノブ７２からの基準の明るさ、及び格納された画像増輝度装置の校正特性の組み合わせに基づき、制御器７１によって自動的に制御される。制御器７１は、光源の強度及び持続時間、並びに画像増輝度装置５４と６４の利得を制御するためにこの情報を利用する。電力供給を介して制御される画像増輝度装置は、光源が光を出力する周期に、蛍光が衰退する（通常１００μｓ）さらなる周期をプラスした周期だけ、制御器７１によってＯＮにされる。このカメラのシャッタは、光源出力の持続時間（通常、１／１２５ｓｅｃ）よりもずっと長い間、開いたままである。最高の画像品質を達成するために、制御アルゴリズムは光源の可能な最大強度とパルス持続時間、及び最小の増副器利得で作動されるように設計される。まず、この制御アルゴリズムは、望まれる明るさを達成するために、カメラの光メータの指示に従い、光源の強度と持続時間を調整する。これに引き続き、このアルゴリズムは、所望の明るさを達成するのに、さらに必要なこととして、画像増輝度装置５４の利得を調整し、そしてそれから画像増輝度装置６４の利得を、校正パラメータに基づき、画像増輝度装置６４に対する画像増輝度装置５４の利得比が一定となるように調整する。このようにして、合成画像の色は、画像の明るさとは無関係になり、かつ組織と装置間の距離にも無関係になる。
【００３９】
皮膚異常検出用システムの第６の実施形態もまた、図４で示される実施形態に基づいている。このシステムの構造は第５の実施形態と同じもので、図２で示される画面と同様の合成画面が作られるが、異なった実施詳細を必要とする異なった動作原理が使われる。第６の実施形態は画像を格納するのにカメラを利用する一方で、第２の実施形態がビュアであることを除いて、第６の実施形態は第２の実施形態と同様である。第５の実施形態では、画像は２つの異なった波長帯域の自己蛍光からの画像を重ね合わせることで作られる。第１の実施形態の結果の複合画像の色は組織の健康状態に依存し、この理由は、１つの画像（緑）を形成している自己蛍光の強度は組織の健康状態の強い関数であることが公知であり、これに反して、第２の画像（赤）を形成する自己蛍光の強度は組織の健康状態に弱く依存するからである。比較すると、この第６の実施形態では、複合画像は、組織の健康状態の強い関数である自己蛍光の波長帯域からの１つの画像（緑）と、反射された励起光から形成される１つの画像（青）とを基にして形成される。第５の実施形態のように、合成画像の色は組織の健康状態に依存しており、この理由は、複合において使われる１つの画像を形成する自己蛍光の強度は組織の健康状態に依存して変化し、一方で、複合に第２の画像を形成する反射光の強度は組織の健康状態に弱く依存するのみだからである。
【００４０】
第６の実施形態における実施詳細は次の方法で、第５の実施形態のそれらと異なる。すなわち、第２の光学的チャンネルのための発光フィルタ６２は光源によって発光される光（例えば、４００ｎｍから４５０ｎｍ）と同じ波長帯域の組織から反射される光を伝達する。その上、この反射光は第１の実施形態で使われる蛍光よりも相当より強い強度であるので、第２の実施形態での第２の光学的チャンネル１５の画像増輝度装置６４は、それだけ光を増幅する必要がなく、より低い品質になり得る。２色性のミラー４２は、第１の実施形態ではより短い波長（例えば、＜５７０ｎｍ）の光を伝達するように設計されるが、本実施形態では異なった２色性のミラーを使う必要がないことに留意されたい。この理由は、通常、２色性のミラーは伝達する領域の入射光の５％を反射し、したがって、第５の実施形態において特定された２色性のミラーは第２の光学的チャンネル１５に入る組織からの反射光の強度を減らすように使われ得るからである。あるいは、緑色を通過させ、青色を反射する２色性のミラー（例えば、＜４７０ｎｍの波長を反射し、＞４７０ｎｍの波長を通過する）は、ニュートラルデンシティフィルタまたは低利得の画像増輝度装置と併せて利用され得る。
【００４１】
第６の実施形態と同様に、皮膚異常検出用システムの第７の実施形態もまた、図４で示される構造に基づき、そして図２で示される画面と同様の合成画面を生成する。第７の実施形態は、第６の実施形態と同じ動作原理を使用するが、実施詳細において異なる。第７の実施形態は、画像を格納するのにカメラを使うが、第３の実施形態ではビュアであることを除いて、第３の実施形態と同様である。第６の実施形態と同様に、合成画像は蛍光画像と反射画像との組み合わせから形成される。この相違は、反射画像のために光源としての励起光を利用する代わりに、反射画像を生成する目的のために、蛍光の検出に使用される波長よりも長い波長で、光源１０は明確に光を出力するということである。蛍光の励起のために必要な波長の光と長い波長の反射画像を生成する目的の光を生成するために、第７の実施形態の光源における励起フィルタ２６は２つの通過帯域を持ち、すなわち、１つは蛍光励起のための短い波長（例えば、４００ｎｍから４５０ｎｍ）を通過させ、１つは反射画像のための長い波長（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍ）を通過させる。好ましくは、このフィルタは蛍光が検出される波長帯域（例えば、４７０ｎｍと６００ｎｍとの間において入射光の１０−５未満が透過されるべきである）において、極めて良好な遮断特性を有する。この発光フィルタ６２はまた反射画像のために使われる長い波長帯域（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍ）の光も通過させなければならない。この発光フィルタは、励起波長帯域（本実施例では４００ｎｍから４５０ｎｍ）における光の、良好な遮断特性を持つべきである。この発光フィルタ５２は、第５の実施形態において記述した特性に加えて、反射画像に使われる帯域（例えば、６３０ｎｍから７００ｎｍの帯域において、光の１０−５未満がこのフィルタを通過するべきである）の光の良好な遮断特性もまた有する必要がある。このシステムのバランスは第６実施形態のバランスと同様である。
【００４２】
本発明の好適な実施形態が図示と説明で行われたが、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく、本明細書中で種々の変更がなされ得ることが理解され得る。例えば、本発明は皮膚癌の検出に限定されるものではなく、自己蛍光強度の変化を示す他のタイプの病巣の検出に使用され得る。本発明はまた、口腔または外科的処置のような内部器官においても利用され得る。さらに、異常検出は内部組織および内部器官を検査する医用分野において使用される内視鏡またはラプロスコープ（ｌａｐｒｏｓｃｏｐｅ）のようなスコープにも接続され得る。記述した実施形態は蛍光応答を強める光力学的物質が導入された組織にも使用され得る。最後に、本検出システムは、皮膚のみならず植物上の異常検出などのほかの表面、そして外科手術の冶具や食物などの無生物（ｎｏｎ−ｌｉｖｉｎｇ）表面の混入物の検出にも使用され得る。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲およびこれに等価のものから決定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、自己蛍光の２つの検出用の波長帯域に基づき、単眼用の皮膚の疑似カラー画面を提供することで異常性を検出する本発明に従う、皮膚異常検出システムの第１の実施形態の概略ブロック図である。
【図２】  図２は、青色の励起フィルタ、緑の発光フィルタと緑の蛍光スクリーンとを備える第１の自己蛍光用の光学的チャンネル、及び赤の発光フィルタと赤の蛍光スクリーンとを備える第２の自己蛍光用の光学的チャンネルを使用する、本発明によって生成された合成カラー画面の１例である。
【図３】  図３は、自己蛍光の２つの検出用の波長に基づき、双眼用の皮膚の疑似カラー画面を提供することで異常性を検出する本発明に従う、皮膚異常検出システムの別の実施形態の概略ブロック図である。
【図４】  図４は、自己蛍光の２つの検出用の波長に基づき、皮膚の疑似カラー画像をキャプチャするカメラを提供することで異常性を検出する本発明に従う、皮膚異常検出システムのさらなる別の実施形態の構造ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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