(57)【要約】【課題】内視鏡の挿入部の細径化を図りつつ、分光特性の異なる複数種の光を用いた観察を可能とし、かつ、そのまま相互間の演算処理や重畳表示を行うことができる複数種の画像取得を可能として、観察精度を向上する。【解決手段】撮影対象に向けて照射される分光特性の異なる複数種の照射光を発する光源部４と、照射光を撮影対象に向けて伝播する光学系７と、体腔内に入れられる部位に設けられ、複数種の照射光の照射により撮影対象から放射される複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光を撮影可能な撮像手段と、撮像手段と体腔内に入れられる部位の先端との間の光路中に配置され、分光特性を変化させて撮影対象から撮像手段に入射する光の波長帯域を変更可能な可変分光手段と、複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光の画像を同じ位置で時分割に取得するよう、光源部４、可変分光手段および撮像手段を制御する制御手段５とを備える内視鏡システム１を提供する。【選択図】      図１
2007313171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の撮影対象の画像を取得する内視鏡システムであって、
該撮影対象に向けて照射される分光特性の異なる複数種の照射光を発する光源部と、
該光源部からの照射光を前記撮影対象に向けて伝播する光学系と、
前記体腔内に入れられる部位に設けられ、前記複数種の照射光の照射により撮影対象から放射される複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光を撮影可能な撮像手段と、
該撮像手段と前記体腔内に入れられる部位の先端との間の光路中に配置され、分光特性を変化させて前記撮影対象から撮像手段に入射する光の波長帯域を変更可能な可変分光手段と、
前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光の画像を同じ位置で時分割に取得するよう、前記光源部、前記可変分光手段および前記撮像手段を制御する制御手段とを備える内視鏡システム。
【請求項２】
生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の撮影対象の画像を取得する内視鏡システムであって、
該撮影対象に向けて照射される分光特性の異なる複数種の照射光を発する光源部と、
該光源部からの照射光を前記撮影対象に向けて伝播する光学系と、
前記体腔内に入れられる部位に設けられ、前記複数種の照射光の照射により撮影対象から放射される複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光を撮影可能な撮像手段と、
該撮像手段と前記体腔内に入れられる部位の先端との間の光路中に配置され、前記撮影対象から撮像手段に入射する光を空間的に分光する分光手段と、
前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光の画像を実質的に同時に取得するよう、前記光源部および前記撮像手段を制御する制御手段とを備える内視鏡システム。
【請求項３】
前記分光手段が、前記撮像手段の前段に配置された異なる波長特性を有する複数の光学フィルタである請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光は、前記撮像手段が前記撮影対象に対して相対的に移動する前に撮影される請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光が、連続的に撮影される請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記複数の波長帯域の蛍光の撮影により取得された複数の蛍光画像間において演算処理を行う画像演算処理手段を備える請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記画像演算処理手段により演算処理された画像を表示する表示手段を備える請求項６に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記複数の波長帯域の蛍光が、１以上の波長帯域の照射光で複数の蛍光物質を励起することにより発生される請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記複数の波長帯域の蛍光の少なくとも１つは、前記撮影対象内部に存在する特定の物質と結合する蛍光薬剤または観察対象内部に蓄積する蛍光薬剤が前記照射光により励起されて発せられる赤色から近赤外の波長帯域の蛍光である請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記蛍光とは波長帯域の異なる光が、前記撮影対象からの可視帯域の反射光である請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記複数の波長帯域の蛍光の少なくとも１つは、前記撮影対象内部に生来存在する物質が前記照射光により励起されて発せられる蛍光である請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記可変分光手段が、前記撮影対象から発せられる蛍光の内、少なくとも１つの波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を許可する第１の状態と、その波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止する第２の状態とを有する請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記可変分光手段が、
前記撮影対象から発せられる蛍光の内、第１の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を許可し、該第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止する第１の状態と、
前記第１の波長帯域および第２の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止する第２の状態と、
前記第１の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止し、前記第２の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を許可する第３の状態とを有する請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
前記可変分光手段が、全ての状態において、その分光特性に共通の通過帯域を有する請求項１２または請求項１３に記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
前記共通の通過帯域が、赤色、緑色および青色で構成される可視帯域において、緑色から青色の波長帯域の少なくとも一部を含む請求項１４に記載の内視鏡システム。
【請求項１６】
前記制御手段が、前記光源部から発せられる複数種の照射光を時分割に切り替える請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１７】
前記制御手段が、前記光源部の発する照射光の切り替えと、前記可変分光手段の分光特性の切り替えとを同期して行う請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項１８】
前記制御手段が、前記光源部の発する照射光の切り替えに応じた該光源部の調光または前記撮像手段の露出調整により前記撮像手段の露光量を制御する請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項１９】
前記可変分光手段が、隙間をあけて互いに対向する光学部材を備え、これら光学部材の間隙の大きさを変更して分光透過率を変化させる請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項２０】
前記反射光が、ヘモグロビンの光の吸収帯域を含み、かつ、赤色、緑色および青色の各帯域を合わせて構成される前記撮像手段の分光感度帯域の内、緑色から青色帯域より狭い帯域の波長の光である請求項１０に記載の内視鏡システム。
【請求項２１】
前記光源部が、体腔外に配置されている請求項１または請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項２２】
前記露光量が、前記撮像手段により取得された少なくとも１つの画像の強度に基づいて制御される請求項１８に記載の内視鏡システム。
【請求項２３】
前記演算処理が、前記撮像手段により取得された少なくとも１つの画像の強度で他の画像の強度を規格化する処理である請求項６に記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡システムを用いた生体の内視鏡観察において、生体の状態を精度よく観察するためには、分光特性の異なる複数種の光を用いた観察方法を行うことが好ましい。
分光特性の異なる複数種の光を用いた観察が可能な内視鏡としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。
特許文献１に開示されている内視鏡は、透過率特性可変の可変分光素子を内視鏡の光学系に用いたものである。
【特許文献１】特許第２８０２０６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に開示されている内視鏡は、単に異なる波長帯域の光を撮影して画像を取得し、提示するものである。このため、取得された複数種の画像が、位置ずれしていたり距離が変動していたりして、そのまま相互間の演算処理や重畳表示を行うことが困難であるという問題がある。これを解決するには、複雑な像ブレ補正等を行わなければならず、システムが複雑になるという不都合もある。
【０００４】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、内視鏡の挿入部の細径化を図りつつ、分光特性の異なる複数種の光を用いた観察を可能とし、かつ、そのまま相互間の演算処理や重畳表示を行うことができる複数種の画像取得を可能として、観察精度を向上することができる内視鏡システム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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の撮影対象の画像を取得する内視鏡システムであって、該撮影対象に向けて照射される分光特性の異なる複数種の照射光を発する光源部と、該光源部からの照射光を前記撮影対象に向けて伝播する光学系と、前記体腔内に入れられる部位に設けられ、前記複数種の照射光の照射により撮影対象から放射される複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光を撮影可能な撮像手段と、該撮像手段と前記体腔内に入れられる部位の先端との間の光路中に配置され、分光特性を変化させて前記撮影対象から撮像手段に入射する光の波長帯域を変更可能な可変分光手段と、前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光の画像を同じ位置で時分割に取得するよう、前記光源部、前記可変分光手段および前記撮像手段を制御する制御手段とを備える内視鏡システムを提供する。
【０００６】
また、本発明は、生体の体腔内に少なくとも一部が入れられ、該体腔内の撮影対象の画像を取得する内視鏡システムであって、該撮影対象に向けて照射される分光特性の異なる複数種の照射光を発する光源部と、該光源部からの照射光を前記撮影対象に向けて伝播する光学系と、前記体腔内に入れられる部位に設けられ、前記複数種の照射光の照射により撮影対象から放射される複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光を撮影可能な撮像手段と、該撮像手段と前記体腔内に入れられる部位の先端との間の光路中に配置され、前記撮影対象から撮像手段に入射する光を空間的に分光する分光手段と、前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光の画像を実質的に同時に取得するよう、前記光源部および前記撮像手段を制御する制御手段とを備える内視鏡システムを提供する。
【０００７】
上記発明においては、前記分光手段が、前記撮像手段の前段に配置された異なる波長特性を有する複数の光学フィルタであることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光は、前記撮像手段が前記撮影対象に対して相対的に移動する前に撮影されることとしてもよい。
【０００８】
また、上記発明においては、前記複数の波長帯域の蛍光および該蛍光とは波長帯域の異なる光が、連続的に撮影されることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記複数の波長帯域の蛍光の撮影により取得された複数の蛍光画像間において演算処理を行う画像演算処理手段を備えることとしてもよい。
【０００９】
また、上記発明においては、前記画像演算処理手段により演算処理された画像を表示する表示手段を備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記複数の波長帯域の蛍光が、１以上の波長帯域の照射光で複数の蛍光物質を励起することにより発生されることとしてもよい。
【００１０】
また、上記発明においては、前記複数の波長帯域の蛍光の少なくとも１つは、前記撮影対象内部に存在する特定の物質と結合する蛍光薬剤または観察対象内部に蓄積する蛍光薬剤が前記照射光により励起されて発せられる赤色から近赤外の波長帯域の蛍光であることとしてもよい。
【００１１】
また、上記発明においては、前記蛍光とは波長帯域の異なる光が、前記撮影対象からの可視帯域の反射光であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記複数の波長帯域の蛍光の少なくとも１つは、前記撮影対象内部に生来存在する物質が前記照射光により励起されて発せられる蛍光であることとしてもよい。
【００１２】
また、上記発明においては、前記可変分光手段が、前記撮影対象から発せられる蛍光の内、少なくとも１つの波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を許可する第１の状態と、その波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止する第２の状態とを有することとしてもよい。
【００１３】
また、上記発明においては、前記可変分光手段が、前記撮影対象から発せられる蛍光の内、第１の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を許可し、該第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止する第１の状態と、前記第１の波長帯域および第２の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止する第２の状態と、前記第１の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を阻止し、前記第２の波長帯域の蛍光の前記撮像手段への入射を許可する第３の状態とを有することとしてもよい。
【００１４】
また、上記発明においては、前記可変分光手段が、全ての状態において、その分光特性に共通の通過帯域を有することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記共通の通過帯域が、赤色、緑色および青色で構成される可視帯域において、緑色から青色の波長帯域の少なくとも一部を含むこととしてもよい。
【００１５】
また、上記発明においては、前記制御手段が、前記光源部から発せられる複数種の照射光を時分割に切り替えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記制御手段が、前記光源部の発する照射光の切り替えと、前記可変分光手段の分光特性の切り替えとを同期して行うこととしてもよい。
【００１６】
また、上記発明においては、前記制御手段が、前記光源部の発する照射光の切り替えに応じた該光源部の調光または前記撮像手段の露出調整により前記撮像手段の露光量を制御することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記可変分光手段が、隙間をあけて互いに対向する光学部材を備え、これら光学部材の間隙の大きさを変更して分光透過率を変化させることとしてもよい。
【００１７】
また、上記発明においては、前記反射光が、ヘモグロビンの光の吸収帯域を含み、かつ、赤色、緑色および青色の各帯域を合わせて構成される前記撮像手段の分光感度帯域の内、緑色から青色帯域より狭い帯域の波長の光であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記光源部が、体腔外に配置されていることとしてもよい。
【００１８】
また、上記発明においては、前記露光量が、前記撮像手段により取得された少なくとも１つの画像の強度に基づいて制御されることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記演算処理が、前記撮像手段により取得された少なくとも１つの画像の強度で他の画像の強度を規格化する処理であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内視鏡の挿入部の細径化を図りつつ、分光特性の異なる複数種の光を用いた観察を可能とし、かつ、そのまま相互間の演算処理や重畳表示を行うことができる複数種の画像取得を可能として、観察精度を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システム１について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部２と、該挿入部２内に配置される撮像ユニット（撮像手段）３と、複数種の光を発する光源ユニット（光源部）４と、前記撮像ユニット３および光源ユニット４を制御する制御ユニット（制御手段）５と、撮像ユニット３により取得された画像を表示する表示ユニット（出力手段）６とを備えている。
【００２１】
前記挿入部２は、生体の体腔に挿入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部に、前記撮像ユニット３および前記光源ユニット４からの光を先端２ａまで伝播するライトガイド（導光光学系）７とを備えている。
前記光源ユニット４は、体腔内の観察対象Ａを照明し、観察対象において反射して戻る反射光を取得するための照明光（照明光）を発する照明光用光源８と、体腔内の観察対象に照射され、観察対象内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光用光源９と、これらの光源８，９を制御する光源制御回路１０とを備えている。
【００２２】
前記照明光用光源８は、例えば、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４３０〜４６０ｎｍである。すなわち、照明光用光源８は、波長帯域４３０〜４６０ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００２３】
前記励起光用光源９は、例えば、ピーク波長４０５±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光は、図３に示される複数の自家蛍光成分を励起することができる。
前記光源制御回路１０は、後述するタイミングチャートに従う所定のタイミングで、照明光用光源８と励起光用光源９とを点灯および消灯させるようになっている。
【００２４】
前記撮像ユニット３は、図２に示されるように、観察対象Ａから入射される光を集光する撮像光学系１１と、観察対象Ａから入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ１２と、制御ユニット５の作動により分光特性を変化させられる可変分光素子（可変分光手段）１３と、撮像光学系１１により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子１４とを備えている。
【００２５】
前記可変分光素子１３は、平行間隔を空けて配置され対向面に反射膜が設けられた２枚の平板状の光学部材１３ａ，１３ｂと、該光学部材１３ａ，１３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ１３ｃとを備えるエタロン型の光学フィルタである。アクチュエータ１３ｃは、例えば、圧電素子である。この可変分光素子１３は、アクチュエータ１３ｃの作動により光学部材１３ａ，１３ｂの間隔寸法を変化させることで、その透過する光の波長帯域を変化させることができるようになっている。
【００２６】
さらに具体的には、可変分光素子１３は、図３に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１３の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１３の状態に応じて透過率特性が変化するようになっている。
【００２７】
本実施形態において、可変分光素子１３は、生体内に生来存在する物質が励起光により励起されることによって発せられる２つの蛍光（自家蛍光）のうち、長波長側の波長を含む波長帯域（例えば、６２０〜６５０ｎｍ）に可変透過帯域を備えている。そして、可変分光素子１３は、制御ユニット５からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。
【００２８】
第１の状態は、可変透過帯域での透過率を５０％以上に増大させ、長波長側の自家蛍光を透過させる状態である。第２の状態は、可変透過帯域での透過率を２０％以下に低下させ、長波長側の自家蛍光を遮断する状態である。
第２の状態は、可変透過帯域の波長域を第１の状態から変化させることによって、自家蛍光を遮断してもよい。
【００２９】
固定透過帯域は、例えば、４３０〜５６０ｎｍの範囲に配置され、透過率６０％以上に固定されている。
また、固定透過帯域は、短波長側の自家蛍光の波長および照明光に対する反射光の波長を含む波長帯域に位置し、上記第１および第２の状態のいずれの場合においても短波長側の自家蛍および反射光を撮像素子１４に向けて透過させることができるようになっている。
【００３０】
また、前記励起光カットフィルタ１２は、３９５〜４１５ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、４３０〜６５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上である。
【００３１】
前記制御ユニット５は、図１に示されるように、撮像素子１４を駆動制御する撮像素子制御回路１５と、可変分光素子１３を駆動制御する可変分光素子制御回路１６と、撮像素子１４により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ１７と、該フレームメモリ１７に記憶された画像情報を処理して表示ユニット６の出力する画像処理回路１８とを備えている。
【００３２】
撮像素子制御回路１５および可変分光素子制御回路１６は、前記光源制御回路１０に接続され、光源制御回路１０による照明光用光源８および励起光用光源９の切り替えに同期して可変分光素子１３および撮像素子１４を駆動制御するようになっている。
【００３３】
具体的には、図４のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１０の作動により、励起光用光源９から励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第１の状態に維持して、撮像素子制御回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第１のフレームメモリ１７ａに出力させるようになっている。また、励起光用光源９から励起光が発せられてから所定時間経過後に、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第２の状態として、撮像素子制御回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第２のフレームメモリ１７ｂに出力するようになっている。さらに、照明光用光源８から照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を再度第１の状態に切り替えるとともに、撮像素子制御回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第３のフレームメモリ１７ｃに出力するようになっている。
【００３４】
したがって、第１のフレームメモリ１７ａに記憶される画像情報は、可変分光素子１３を第１の状態として、励起光を照射することにより得られる画像情報であるから、２つの蛍光成分が混合された第１の蛍光画像情報となっている。また、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶される画像情報は、可変分光素子１３を第２の状態として、励起光を照射することにより得られる画像情報であるから、短波長側の蛍光成分のみを含む第２の蛍光画像情報となっている。さらに、第３のフレームメモリ１７ｃに記憶される画像情報は、可変分光素子１３を第１の状態として、照明光を照射することにより得られる画像情報であるから、反射光画像情報となっている。
【００３５】
また、前記画像処理回路１８は、例えば、第２の蛍光画像情報を第２のフレームメモリ１７ｂから受け取って表示ユニット６の第１のチャネルに出力し、第１および第２の蛍光画像情報を第１および第２のフレームメモリ１７ａ，１７ｂから受け取って、第１の蛍光画像情報から第２の蛍光画像情報を減算処理したものを表示ユニット６の第２のチャネルに出力し、反射光画像情報を第３のフレームメモリ１７ｃから受け取って表示ユニット６の第３のチャネルに出力するようになっている。
【００３６】
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、挿入部２を体腔内に挿入し、その先端２ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４および制御ユニット５を作動させ、光源制御回路１０の作動により、照明光用光源８および励起光用光源９を切り替えて作動させて照明光および励起光をそれぞれ発生させる。
【００３７】
光源ユニット４において発生した励起光および照明光は、それぞれライトガイド７を介して挿入部２の先端２ａまで伝播され、挿入部２の先端２ａから撮影対象Ａに向けて照射される。
励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに生来存在している蛍光物質が励起されて２種類の自家蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた自家蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１１により集光され励起光カットフィルタ１２を透過し可変分光素子１３に入射される。
【００３８】
可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により励起光用光源９の作動に同期して第１の状態が維持されているので、２つの自家蛍光成分に対する透過率が増大させられており、入射された２つの自家蛍光成分をいずれも透過させることができる。そして、可変分光素子１３を透過した２つの自家蛍光成分は撮像素子１４に入射され、第１の蛍光画像情報が取得される。取得された第１の蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ１７ａに記憶される。
【００３９】
この場合に、撮影対象Ａに照射された励起光の一部が、撮影対象Ａにおいて反射され、自家蛍光成分とともに撮像ユニット３に入射されるが、撮像ユニット３には励起光カットフィルタ１２が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子１４に入射されることが阻止される。
【００４０】
次いで、可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により、励起光用光源９の作動から所定時間後に第２の状態に切り替えられるので、長波長側の自家蛍光成分に対する透過率が低下させられ、入射された２つの自家蛍光成分の内、短波長側の自家蛍光成分のみを透過させるようになる。そして、可変分光素子１３を透過した短波長側の自家蛍光成分は撮像素子１４に入射され、第２の蛍光画像情報が取得される。取得された第２の蛍光画像情報は、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶される。
【００４１】
一方、照明光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａの表面において照明光が反射され、撮像光学系１１により集光されて励起光カットフィルタ１２を透過し、可変分光素子１３に入射される。照明光の反射光の波長帯域は、可変分光素子１３の固定透過帯域に位置しているので、可変分光素子１３に入射された反射光は全て可変分光素子１３を透過させられる。
そして、可変分光素子１３を透過した反射光は撮像素子１４に入射され、反射光画像情報が取得される。取得された反射光画像情報は、第３のフレームメモリ１７ｃに記憶される。
【００４２】
その後、画像処理回路１８は、第１、第２のフレームメモリ１７ａ，１７ｂに記憶されてる第１、第２の蛍光画像情報を読み出して、第１の蛍光画像情報から第２の蛍光画像情報を減算処理することにより、長波長側の自家蛍光成分の蛍光画像情報を生成して表示ユニット６の第２のチャネルに出力し、第２のフレームメモリ１７ｂから読み出した第２の蛍光画像情報をそのまま表示ユニット６の第１のチャネルに出力し、第３のフレームメモリ１７ｃから読み出した反射光画像情報をそのまま表示ユニット６の第２のチャネルに出力し、表示ユニット６により表示させる。
【００４３】
このように、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、２種類の自家蛍光画像と反射光画像とを合成した画像を使用者に提供することができる。
この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、光源ユニット４における複数の光源８，９の切替と同期させて可変分光素子１３の状態を切り替え、また、励起光用光源９からの励起光の照射中に可変分光素子１３の状態を切り替えて、２つの蛍光画像情報および１つの反射光画像情報を同じ位置で時分割に取得することができる。
【００４４】
その結果、撮影対象Ａに対する撮像素子１４の相対位置または姿勢が変更される前に、２つの蛍光画像情報および１つの反射光画像情報を取得することができ、蛍光画像間の演算処理による長波長側の蛍光画像の抽出を正確に行うことができる。また、反射光画像と蛍光画像とを重畳表示する場合においても、複雑な補正処理を行うことなく、位置ずれのない鮮明な画像表示を行うことができる。その結果、内視鏡システム１の複雑化を防止することができる。
【００４５】
また、光源ユニット４における複数の光源８，９の切替と同期させて可変分光素子１３の状態を切り替えるので、波長帯域の異なる複数種の蛍光や反射光を同一の撮像素子１４により撮影することができる。したがって、蛍光や反射光に対応した複数の撮影光学系を設ける必要がない。その結果、挿入部２を細径化することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、平板状の光学部材１３ａ，１３ｂの間隔を変更するだけで光の透過率特性を変化させる可変分光素子１３を用いているので、極めて小型の可変分光素子１３および撮像素子１４を挿入部２先端２ａに配置することができる。したがって、撮影対象Ａからの蛍光や反射光をファイババンドルを用いて体外に取り出す必要がない。
【００４７】
また、生体の体腔内であっても生体組織を透過する外光が存在するため、特に蛍光観察のように微弱な光を観察する際にはノイズを低減することが重要であるが、本実施形態においては、撮像ユニット３に可変分光素子１３を設けることによって、観察する波長帯域が変わっても常に観察対象の波長以外の光を遮光することができるため、ノイズを低減した良好な画像を得ることができる。
【００４８】
さらに、本実施形態においては、照明光用光源８が、波長帯域４３０〜４６０ｎｍの照明光を発生する。この波長帯域は、ヘモグロビンの吸収帯域を含んでいるので、その反射光を撮像すると生体の表面に比較的近い血管の構造等の情報を取得することができる。
【００４９】
なお、本実施形態に係る内視鏡システム１においては、撮像ユニット３において、挿入部２先端２ａ側から撮像光学系１１、励起光カットフィルタ１２および可変分光素子１３の順に配列したが、これらの部品の配列順序はこれに限定されるものではなく、任意の配列順序を採用することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システム１′について、図５〜図７を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る内視鏡システム１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る内視鏡システム１′は、２つの自家蛍光と反射光とを撮影する第１の実施形態に係る内視鏡システム１に加えて、１つの薬剤蛍光を撮影するものである。
光源ユニット４′には、図５に示されるように、励起光用光源９に加えて、他の励起光用光源２０が備えられている。また、フレームメモリ１７には、第４のフレームメモリ１７ｄが新たに備えられている。また、制御ユニット５′には、観察モード選択回路２５が新たに備えられている。
【００５２】
励起光用光源２０は、例えば、ピーク波長６６０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光は、図６に示されるように、７００ｎｍ付近にピークを有する蛍光を発生する蛍光薬剤を励起することができるようになっている。
可変分光素子１３は、図６に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１３の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１３の状態に応じて透過帯域が変化するようになっている。
【００５３】
本実施形態において、可変分光素子１３は、制御ユニット５′からの制御信号に応じて３つの状態に可変透過帯域を移動させるようになっている。
すなわち、第１の状態は、生体内に生来存在する物質が励起光により励起されることによって発せられる２つの蛍光（自家蛍光）のうち、長波長側の波長を含む波長帯域（例えば、６２０〜６５０ｎｍ）に可変透過帯域が一致する状態である。これにより、長波長側の自家蛍光を透過させることができる。
【００５４】
第３の状態は、薬剤蛍光の波長帯域（例えば、６８５〜７１５ｎｍ）に可変透過帯域が一致する状態である。これにより、薬剤蛍光を透過させることができる。
第２の状態は、第１の状態および第３の状態とは異なる波長帯域（例えば、５６５〜５９５ｎｍ）に可変透過帯域を有する状態である。これにより、長波長側の自家蛍光および薬剤蛍光を遮断することができる。
【００５５】
固定透過帯域は、例えば、４３０〜５６０ｎｍの範囲に配置され、透過率６０％以上に固定されている。
また、固定透過帯域は、短波長側の自家蛍光の波長および照明光に対する反射光の波長を含む波長帯域に位置し、上記第１および第２の状態のいずれの場合においても短波長側の自家蛍光および反射光を撮像素子１４に向けて透過させることができるようになっている。
【００５６】
また、前記励起光カットフィルタ１２は、３９５〜４１５ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、４３０〜６５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上である。
また、励起光カットフィルタ１２に加えて、５７０〜５９０ｎｍの波長帯域で、ＯＤ値２以上（＝透過率１×１０−２以下）、４３０〜５６０ｎｍおよび６００〜７２０ｎｍの波長帯域で透過率５０％以上となるノッチフィルタを配置しておくことが好ましい。このようにすることで、可変分光素子１３における可変透過帯域の切替に伴って変動する固定透過帯域の長波長側の透過率特性を修正することができる。
【００５７】
図７のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１０の作動により、励起光用光源９から第１の励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第１の状態に維持して、撮像素子制御回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第１のフレームメモリ１７ａに出力させる。
また、励起光用光源９から第１の励起光が発せられてから所定時間経過後に、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第２の状態として、撮像素子制御回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第２のフレームメモリ１７ｂに出力させる。
【００５８】
さらに、励起光用光源２０から第２の励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を第３の状態に切り替えるとともに、撮像素子制御回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第３のフレームメモリ１７ｃに出力させる。
また、照明光用光源８から照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１６が、可変分光素子１３を再度第１の状態に切り替えるとともに、撮像素子制御回路１５が撮像素子１４から出力される画像情報を第４のフレームメモリ１７dに出力するようになっている。
【００５９】
したがって、第１のフレームメモリ１７ａに記憶される画像情報は、可変分光素子１３を第１の状態として、第１の励起光を照射することにより得られる画像情報であるから、２つの自家蛍光成分が混合された混合自家蛍光画像情報となっている。また、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶される画像情報は、可変分光素子１３を第２の状態として、第１の励起光を照射することにより得られる画像情報であるから、短波長側の自家蛍光成分のみを含む短波長域自家蛍光画像情報となっている。さらに、第３のフレームメモリ１７ｃに記憶される画像情報は、可変分光素子１３を第３の状態として、第２の励起光を照射することにより得られる画像情報であるから、薬剤蛍光のみを含む薬剤蛍光画像情報となっている。また、第４のフレームメモリ１７ｄに記憶される画像情報は、可変分光素子１３を第１の状態にして照明光を照射することにより得られる画像情報であるから、反射光画像情報となっている。
【００６０】
また、観察モード選択回路２５は、観察者の入力により、表示すべき画像情報を選択させるようになっている。上述したように、本実施形態に係る内視鏡システム１′は、２つの自家蛍光成分、１つの薬剤蛍光成分および反射光成分の４つの画像を取得することができる。通常の表示ユニット６の出力チャネルは、赤、緑および青の第１〜第３のチャネルの３つであるから、観察モード選択回路２５を介して、４つの画像の内の３つの画像を選択して重畳表示することができるようになっている。
【００６１】
例えば、短波長域自家蛍光画像情報、薬剤蛍光画像情報および反射光画像情報を重畳表示したい場合には、第２〜第４のフレームメモリ１７ｂ〜１７ｄに記憶されている画像情報をそのまま表示ユニット６の第１〜第３のチャネルに出力させればよい。
また、長波長側の自家蛍光成分のみを含む長波長域自家蛍光画像情報を表示したい場合には、観察モード選択回路２５は、画像処理回路１８を作動させ、第１のフレームメモリ１７ａから受け取った混合自家蛍光画像情報から第２のフレームメモリ１７ｂから受け取った短波長域自家蛍光画像情報を減算処理することにより長波長域自家蛍光画像情報を算出し、表示ユニット６のいずれかのチャネルに出力させることとすればよい。
【００６２】
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム１′の作用について、以下に説明する。
ここでは、本実施形態に係る内視鏡システム１′を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａの長波長側自家蛍光画像情報、薬剤蛍光画像情報および反射光画像情報を表示ユニット６に重畳表示する場合について説明する。
【００６３】
本実施形態に係る内視鏡システム１′を用いて撮影対象Ａの観察を行うには、まず、蛍光薬剤を体内に注入するとともに、挿入部２を体腔内に挿入し、その先端２ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４′および制御ユニット５′を作動させ、光源制御回路１０の作動により、照明光用光源８および励起光用光源９，２０を切り替えて作動させて照明光および第１，第２の励起光をそれぞれ発生させる。
【００６４】
光源ユニット４において発生した第１，第２の励起光および照明光は、それぞれライトガイド７を介して挿入部２の先端２ａまで伝播され、挿入部２の先端２ａから撮影対象Ａに向けて照射される。
第１の励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに生来存在している蛍光物質が励起されて２種類の自家蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた自家蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１１により集光され励起光カットフィルタ１２を透過し可変分光素子１３に入射される。
【００６５】
可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により励起光用光源９の作動に同期して第１の状態が維持されているので、２つの自家蛍光成分に対する透過率が増大させられており、入射された２つの自家蛍光成分をいずれも透過させることができる。そして、可変分光素子１３を透過した２つの自家蛍光成分は撮像素子１４に入射され、混合自家蛍光画像情報が取得される。取得された混合自家蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ１７ａに記憶される。
【００６６】
この場合に、撮影対象Ａに照射された励起光の一部が、撮影対象Ａにおいて反射され、自家蛍光成分とともに撮像ユニット３に入射されるが、撮像ユニット３には励起光カットフィルタ１２が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子１４に入射されることが阻止される。
【００６７】
次いで、可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により、励起光用光源９の作動から所定時間後に第２の状態に切り替えられるので、入射された２つの自家蛍光成分の内、短波長側の自家蛍光成分のみを透過させるようになる。そして、可変分光素子１３を透過した短波長側の自家蛍光成分は撮像素子１４に入射され、短波長域自家蛍光画像情報が取得される。取得された短波長域自家蛍光画像情報は、第２のフレームメモリ１７ｂに記憶される。
【００６８】
また、第２の励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに浸透している蛍光薬剤が励起されて薬剤蛍光が発せられる。薬剤蛍光は、撮像ユニット３の撮像光学系１１により集光され励起光カットフィルタ１２を透過し可変分光素子１３に入射される。
可変分光素子１３は、可変分光素子制御回路１６の作動により励起光用光源２０の作動に同期して第３の状態に切り替えられるので、薬剤蛍光成分に対する透過率が増大させられており、入射された薬剤蛍光を透過させることができる。そして、可変分光素子１３を透過した薬剤蛍光は撮像素子１４に入射され、薬剤蛍光画像情報が取得される。取得された薬剤蛍光画像情報は、第３のフレームメモリ１７ｃに記憶される。
【００６９】
一方、照明光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａの表面において照明光が反射され、撮像光学系１１により集光されて励起光カットフィルタ１２を透過し、可変分光素子１３に入射される。照明光の反射光の波長帯域は、可変分光素子１３の固定透過帯域に位置しているので、可変分光素子１３に入射された反射光は全て可変分光素子１３を透過させられる。
そして、可変分光素子１３を透過した反射光は撮像素子１４に入射され、反射光画像情報が取得される。取得された反射光画像情報は、第４のフレームメモリ１７ｄに記憶される。
【００７０】
その後、画像処理回路１８は、第１、第２のフレームメモリ１７ａ，１７ｂに記憶されてる混合自家蛍光画像情報および短波長域自家蛍光画像情報を読み出して、混合自家蛍光画像情報から短波長域自家蛍光画像情報を減算処理することにより、長波長域自家蛍光画像情報を生成する。そして、このようにして算出された長波長域自家蛍光画像情報、薬剤蛍光画像情報および反射光画像情報がそれぞれ、表示ユニット６の第１〜第３のチャネルに出力されることにより、表示ユニット６により重畳表示されることになる。
【００７１】
このように、本実施形態に係る内視鏡システム１′によれば、長波長域自家蛍光画像と薬剤蛍光画像と反射光画像とを合成した画像を使用者に提供することができる。
この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム１′によれば、光源ユニット４′における複数の光源８，９，２０の切替と同期させて可変分光素子１３の状態を切り替え、また、励起光用光源９からの第１の励起光の照射中に可変分光素子１３の状態を切り替えて、２つの自家蛍光画像情報、１つの薬剤蛍光画像情報および１つの反射光画像情報を同じ位置で時分割に取得することができる。
【００７２】
その結果、撮影対象Ａに対する撮像素子１４の相対位置または姿勢が変更される前に、３つの蛍光画像情報および１つの反射光画像情報を取得することができ、蛍光画像間の演算処理による長波長側の自家蛍光画像の抽出を正確に行うことができる。また、３つの蛍光画像と１つの反射光画像とを、複雑な補正処理を行うことなく重畳表示でき、位置ずれのない鮮明な画像表示を行うことができる。その結果、内視鏡システム１′の複雑化を防止することができる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、全ての画像情報を取得する場合について説明したが、長波長域自家蛍光画像情報を表示しない場合には、混合自家蛍光画像情報の取得ステップは不要である。また、全ての光源を作動させる場合について説明したが、選択されない画像情報がある場合には、観察モード選択回路２５からの指示により光源制御回路１０が一部の光源の作動を停止させることとしてもよい。その場合には、可変分光素子制御回路１６および撮像素子制御回路１５も図７とは異なるタイミングチャートに従って制御されることとなる。
【００７４】
また、観察モード選択回路２５による観察方法の選択により、得られた画像情報の内の１つで他の３つの画像情報を規格化した規格化画像情報を生成し、これらを重畳表示させることとしてもよい。例えば、薬剤蛍光画像情報を長波長域自家蛍光画像情報で画素ごとに除算した規格化薬剤蛍光画像情報を第１のチャネルに、短波長域自家蛍光画像情報を長波長域自家蛍光画像情報で画素ごとに除算した規格化自家蛍光画像情報を第２のチャネルに、反射光画像情報を長波長域自家蛍光画像情報で画素ごとに除算した規格化反射光画像情報を第３のチャネルに、それぞれ出力することとしてもよい。
【００７５】
このようにすることで、光源からの光量の変動や、撮影対象Ａからの距離の変動に基づく撮像素子１４における露光量の変動を調整することができるという利点がある。また、規格化により微小光量の画素を強調し、病変等の注目部位をより目立つように表示することもできるという利点がある。
【００７６】
また、これに代えて、いずれかの画像情報の全体または一部の範囲内での平均値または最大値を算出して光源制御回路１０にフィードバックし、各光源の光量の調節を行うことにより撮像素子１４における露光量を調節することとしてもよい。
【００７７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る内視鏡システム１″について、図８〜図１０を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１″は、第１、第２の実施形態に係る内視鏡システム１，１′が、可変分光素子１３を使用していたのに対し、モザイクフィルタ３０を使用する点において相違している。
【００７８】
モザイクフィルタ３０は、図８に示されるように、撮像素子１４の前段に配置される。モザイクフィルタ３０は、図９に示されるように、撮像素子１４の各画素に対応して、複数種のフィルタ片３０ａ〜３０ｃを配置したものであり、本実施形態においては３種類のフィルタ片３０ａ〜３０ｃを備えている。
【００７９】
モザイクフィルタ３０の各フィルタ片３０ａ〜３０ｃは、図１０に示されるような透過率特性を有している。すなわち、全てのフィルタ片３０ａ〜３０ｃは、短波長側に共通の透過帯域を有し、それよりも長波長側においてそれぞれ異なる透過帯域を有している。これにより、３種類のフィルタ片３０ａ〜３０ｃは全体として、上述した第２の実施形態に係る内視鏡システム１′の可変分光素子１３と同等の透過率特性を有していることになる。
【００８０】
そこで、第２の実施形態に係る内視鏡システム１′と同様の光源８，９，２０およびタイミングチャートを用いて、同一種類のフィルタ片３０ａ〜３０ｃに対応する画素により取得された画像情報のみを同一のフレームメモリ１７ａ〜１７ｃにそれぞれ記憶することにより、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
また、本発明の蛍光内視鏡システム１，１′，１″は、生体の体腔内に挿入する挿入部２の先端に撮像素子１４を有するスコープ型のものに限られるものではなく、光源部、撮像手段および可変分光手段が一つの筐体内に設けられ、該筐体ごと生体の体腔内に挿入可能なカプセル型のものに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の内視鏡システムの撮像ユニット内部の構成を示す概略構成図である。
【図３】図１の内視鏡システムを構成する各光学部品の透過率特性、照射光および蛍光の波長特性を示す図である。
【図４】図１の内視鏡システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図６】図５の内視鏡システムを構成する各光学部品の透過率特性、照射光および蛍光の波長特性を示す図である。
【図７】図５の内視鏡システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る内視鏡システムの撮像ユニット内部の構成を示す概略構成図である。
【図９】図８の撮像ユニットに配置されるモザイクフィルタを示す模式図である。
【図１０】図９のモザイクフィルタの透過率特性を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ  撮影対象
１，１′，１″  内視鏡システム
２  挿入部
４，４′，４″  光源ユニット（光源部）
５，５′  制御ユニット（制御手段）
６  表示ユニット（表示手段）
７  ライトガイド（光学系）
１３  可変分光素子（可変分光手段）
１３ａ，１３ｂ  光学部材
１４  撮像素子（撮像手段）
１８  画像処理回路（画像演算処理回路）
３０  モザイクフィルタ（分光手段）
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  フィルタ片（光学フィルタ）
【図１】
2007313171.tif 000003
【図２】
2007313171.tif 000004
【図３】
2007313171.tif 000005
【図４】
2007313171.tif 000006
【図５】
2007313171.tif 000007
【図６】
2007313171.tif 000008
【図７】
2007313171.tif 000009
【図８】
2007313171.tif 000010
【図９】
2007313171.tif 000011
【図１０】
2007313171.tif 000012