JP2018061708A - イメージング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被検者体内の蛍光色素による蛍光画像を、被検者の術野に対して可視光により投影し、リアルタイムで表示することが可能なイメージング装置を提供する。
【解決手段】 このイメージング装置においては、カメラによるインドシアニングリーンからの蛍光の撮影と、投影器による被検者の術野への蛍光画像の投影とが、交互に繰り返して実行される。この蛍光の撮影と蛍光画像の投影とのサイクルは、30FPSの頻度で実行される。このため、1回の蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、おおよそ、33msの間に実行される。そして、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、各々、16.5msの間に実行される。
【選択図】 図9
【解決手段】 このイメージング装置においては、カメラによるインドシアニングリーンからの蛍光の撮影と、投影器による被検者の術野への蛍光画像の投影とが、交互に繰り返して実行される。この蛍光の撮影と蛍光画像の投影とのサイクルは、30FPSの頻度で実行される。このため、1回の蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、おおよそ、33msの間に実行される。そして、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、各々、16.5msの間に実行される。
【選択図】 図9
Description
この発明は、被検者の体内に投与された蛍光色素に対して励起光を照射し、この蛍光色素から発生する蛍光を撮影するイメージング装置およびイメージング方法に関する。
近赤外蛍光イメージングと呼称される手法が、外科手術における血管造影に利用されている。この近赤外蛍光イメージングにおいては、蛍光色素であるインドシアニングリーン(ICG)をインジェクタ等により注入することで患部に投与する。そして、このインドシアニングリーンにその波長が600〜850nm(ナノメータ)程度の近赤外光を励起光として照射すると、インドシアニングリーンは750〜900nm程度の波長の近赤外蛍光を発する。この蛍光を、近赤外光を検出可能な撮像素子で撮影し、その画像を液晶表示パネル等の表示部に表示する。この近赤外蛍光イメージングによれば、体表から20mm程度までの深さに存在する血管やリンパ管等の観察が可能となる。
また、近年、腫瘍を蛍光標識して手術ナビゲーションに利用する手法が注目されている。腫瘍を蛍光標識するための蛍光標識剤としては、5−アミノレブリン酸(5−ALA/5−Aminolevulinic Acid)が使用される。この5−アミノレブリン酸(以下、これを略称するときは「5−ALA」という)を被検者に投与した場合、5−ALAは蛍光色素であるPpIX(protoporphyrinIX/プロトポルフィリンナイン)に代謝される。なお、このPpIXは癌細胞に特異的に蓄積する。そして、5−ALAの代謝物であるPpIXに向けて410nm程度の波長の可視光を照射すると、PpIXからおよそ630nm程度の波長の赤色の可視光が蛍光として発光される。このPpIXからの蛍光を観察することにより、癌細胞を確認することが可能となる。
特許文献1には、インドシアニングリーンが投与された生体の被検臓器に対して、インドシアニングリーンの励起光を照射して得られた近赤外蛍光の強度分布イメージと、インドシアニングリーン投与前の被検臓器に対して、X線、核磁気共鳴または超音波を作用させて得られた癌病巣分布イメージとを比較し、近赤外蛍光の強度分布イメージで検出されるが癌病巣分布イメージでは検出されない領域のデータを、癌の副病巣領域データとして収集するデータ収集方法が開示されている。
特許文献2には、撮像部により撮像した蛍光画像データを所定のタイミングで記録部に記録し、この記録部に記録された蛍光画像データを被検者の表面に投影することにより、被検者の表面に投影された蛍光画像を目視により確認可能とした手術支援システムが開示されている。この手術支援システムにおいては、インドシアニングリーンを投与後にある程度の時間が経過して蛍光の発光が弱くなった場合にも、先に記録部に記録した蛍光画像データを被検者の表面に投影することで、予め記録した蛍光画像を認識することが可能となる。
特許文献1に記載されたように、被検者の体内に投与された蛍光色素に対して励起光を照射し、この蛍光色素から発生する蛍光を撮影するイメージング装置を利用して手術を実行するときには、術者が蛍光を直接視認することはできないことから、術者は、表示部に表示された蛍光画像と実際に手術を実行している術野との両方に頻繁に視線を切り替える必要が生ずるという問題がある。
一方、特許文献2に記載されたように蛍光画像を被検者の表面に投影するシステムを利用した場合には、視線の切り替えが不要となる。しかしながら、特許文献2に記載された手術支援システムにおいては、予め記録部に記録した蛍光画像を被検者の表面に投影する構成であることから、刻々と変化する蛍光画像をリアルタイムで表示することは不可能である。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、被検者体内の蛍光色素による蛍光画像を、被検者の術野に対して可視光により投影し、リアルタイムで表示することが可能なイメージング装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、被検者に投与された蛍光色素を励起させるための励起光を、前記被検者に向けて照射する励起用光源と、励起光が照射されることにより前記蛍光色素から発生した蛍光を撮影することにより、蛍光画像を取得する撮影部と、を備えたイメージング装置において、前記撮影部により撮影した蛍光画像を、前記被検者の術野に対して可視光により投影する投影部と、前記撮影部と前記投影部とを制御することにより、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを交互に繰り返し実行させる撮影・投影制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記撮影・投影制御部は、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを、1秒間に複数回、交互に繰り返し実行させる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記励起用光源と、前記撮影部と、前記投影部とが、アーム機構により一体的に支持される。
請求項1および請求項2に記載の発明によれば、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを交互に繰り返すことにより、撮影した蛍光画像を被検者の術野に対して可視光により投影することから、被検者体内の蛍光色素による蛍光画像を被検者の術野に対して可視光によりリアルタイムで表示することが可能となる。
請求項3に記載の発明によれば、励起用光源と、撮影部と、投影部とを一体的に移動させることにより、撮影領域と投影領域と常に一致させることが可能となる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係るイメージング装置の斜視図である。図2は、この発明に係るイメージング装置の側面図である。図3は、この発明に係るイメージング装置の平面図である。
この発明に係るイメージング装置は、被検者の体内に注入された蛍光色素としてのインドシアニングリーンに対し励起光を照射し、このインドシアニングリーンから放射される蛍光を撮影するためのものであり、4個の車輪13を備えた台車11と、この台車11の上面における台車11の進行方向の前方(図2および図3における左方向)付近に配設されたアーム機構30と、このアーム機構30にサブアーム41を介して配設された照明・撮影部12と、モニター15とを備える。台車11の進行方向の後方には、台車11を移動するときに使用されるハンドル14が付設されている。また、台車11の上面には、このイメージング装置を遠隔操作するためのリモコンを装着するための凹部16が形成されている。
上述したアーム機構30は、台車11の進行方向の前方側に配設されている。このアーム機構30は、台車11の進行方向の前方側に立設された支柱36上に配設された支持部37に対して、ヒンジ部33により連結された第1アーム部材31を備える。この第1アーム部材31は、ヒンジ部33の作用により、支柱36および支持部37を介して、台車11に対して揺動可能となっている。なお、上述したモニター15は、支柱36に付設されている。
この第1アーム部材31の上端には、第2アーム部材32がヒンジ部34により連結されている。この第2アーム部材32は、ヒンジ部34の作用により、第1アーム部材31に対して揺動可能となっている。このため、第1アーム部材31と第2アーム部材32とは、図2において符合Cを付した仮想線で示すように、第1アーム部材31と第2アーム部材32とが第1アーム部材31と第2アーム部材32との連結部であるヒンジ部34を中心として所定の角度開いた撮影姿勢と、図1から図3において符合Aを付した実線で示すように、第1アーム部材31と第2アーム部材32とが近接する待機姿勢とをとることが可能となっている。
第2アーム部材32の下端には、支持部43がヒンジ部35により連結されている。この支持部43は、ヒンジ部35の作用により、第2アーム部材32に対して揺動可能となっている。この支持部43には、回転軸42が支持されている。そして、照明・撮影部12を支持したサブアーム41は、第2アーム部材32の先端に配設された回転軸42を中心に回動する。このため、照明・撮影部12は、このサブアーム41の回動により、図1から図3において符合Aを付した実線で、あるいは、図2において符合Cを付した仮想線で示すように、撮影姿勢または待機姿勢をとるためのアーム機構30に対して台車11の進行方向の前方側の位置と、図2および図3において符合Bを付した仮想線で示すように、台車11を移動させる時の姿勢であるアーム機構30に対して台車11の進行方向の後方側の位置との間を移動する。
図4は、照明・撮影部12の概要図である。
この照明・撮影部12は、可視光および近赤外光を撮影可能な複数の撮像素子を備えたカメラ21と、このカメラ21の外周部に配設された可視光源22と、可視光源22の外周部に配設された励起用光源23とを備える。可視光源22は、白色光(可視光)を照射する。また、励起用光源23は、蛍光色素としてのインドシアニングリーンを励起させるための励起光であるその波長が810nmの近赤外光を照射する。810nmの近赤外光を照射されたインドシアニングリーンからは、ピークが845nm程度の近赤外光が蛍光として放射される。
この照明・撮影部12には、この発明に係る投影部としての投影器20が付設されている。この投影器20は、プロジェクターとも呼称されるものであり、そこに付与された画像信号に基づいて、可視光による画像を投影するためのものである。
なお、この実施形態においては、可視光源22および励起用光源23と、カメラ21とを一体化した照明・撮影部12を使用するとともに、この照明・撮影部12に投影器20を付設しているが、可視光源22および励起用光源23と、カメラ21と、投影器20とを、個別に配設してもよい。
図5は、照明・撮影部12におけるカメラ21の概要図である。
このカメラ21は、焦点合わせのために往復移動する可動レンズ54と、波長選択フィルター53と、可視光用撮像素子51と、蛍光用撮像素子52とを備える。可視光用撮像素子51と蛍光用撮像素子52とは、CMOSやCCDから構成される。カメラ21に対して、その光軸Lに沿って同軸で入射した可視光および蛍光は、焦点合わせ機構を構成する可動レンズ54を通過した後、波長選択フィルター53に到達する。同軸状に入射した可視光および蛍光のうち、可視光は、波長選択フィルター53により反射され、可視光用撮像素子51に入射する。また、同軸状の可視光および蛍光のうち、蛍光は、波長選択フィルター53を通過して蛍光用撮像素子52に入射する。このとき、可動レンズ54を含む焦点合わせ機構の作用により、可視光は可視光用撮像素子51に対して焦点合わせされ、蛍光は蛍光用撮像素子52に対して焦点合わせされる。
図6は、この発明に係るイメージング装置の主要な制御系を示すブロック図である。
このイメージング装置は、論理演算を実行するCPU、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたROM、制御時にデータ等が一時的にストアされるRAM等から構成され、装置全体を制御する制御部60を備える。この制御部60は、術者により各種の情報が入力される入力部62と接続されている。また、この制御部60は、上述したモニター15と接続されている。なお、入力部62は、このイメージング装置を遠隔操作するためのリモコンに配設されていてもよく、モニター15がタッチパネル式のものである場合には、このモニター15の画面に配設されてもよく、さらには、台車11に配設されてもよい。
また、制御部60は、カメラ21、可視光源22および励起用光源23を備えた照明・撮影部12と、投影器20とに接続されている。また、この制御部60は、カメラ21により撮影された画像を経時的に記憶する画像記憶部63とも接続されている。この画像記憶部63は、蛍光画像を経時的に記憶する蛍光画像記憶部64と、可視画像を経時的に記憶する可視画像記憶部65とから構成される。なお、蛍光画像記憶部64および可視画像記憶部65を備える代わりに、可視画像と蛍光画像とを合成(フュージョン)した画像を経時的に記憶する合成画像記憶部を備えていても良い。
この制御部60は、蛍光画像と可視画像に対して各種の画像処理を実行する画像処理部70を備える。また、この制御部60は、後述するように、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを交互に繰り返し実行させる撮影・投影制御部71を備える。この撮影・投影制御部71は、カメラ21を制御するためのカメラ制御部72と、可視光源22および励起用光源23を制御するための光源制御部73と、投影器20を制御するための投影器制御部74とから構成されている。
次に、以上のような構成を有するイメージング装置を使用して被検者に対する手術等を実行する場合のイメージング動作について説明する。図7および図8は、被検者Mの術野Eに対して蛍光の撮影と蛍光画像の投影を実行する様子を示す概要図である。なお、図7は被検者Mを側方から見た状態を示し、図8は被検者Mを上方から見た状態を示している。
被検者Mに対して手術等を実行するときには、術者はハンドル14を操作して台車11を移動させ、イメージング装置を、手術等を行う場所に移動させる。そして、図4に示す照明・撮影部12と投影器20とを、被検者Mにおける術野Eを向く方向に配置する。イメージング装置のセッティングが完了すれば、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを実行する。
図9は、蛍光の撮影と蛍光画像の投影を実行する状態を示すタイムチャートである。
この発明に係るイメージング装置においては、後述する蛍光の撮影と蛍光画像の投影とが、交互に繰り返して実行される。この蛍光の撮影と蛍光画像の投影とのサイクルは、例えば、30FPS(frame per second)の頻度で実行される。このため、1回の蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、おおよそ、33ms(milli second)の間に実行される。そして、この実施形態においては、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを同じ時間の間に実行している。このため、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とは、各々、16.5msの間に実行される。
この蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを交互に繰り返して実行するために、図6に示す撮影・投影制御部71において、カメラ制御部72がカメラ21を、光源制御部73が可視光源22および励起用光源23を、また、投影器制御部74が投影器20を、各々、駆動制御する。
蛍光の撮影,すなわち、蛍光画像の収集を行う場合においては、被検者Mの術野Eに向けて、励起用光源23からインドシアニングリーンを励起させるための励起光であるその波長が760nmの近赤外光を照射する。そして、被検者の患部付近を、照明・撮影部12におけるカメラ21により撮影する。検者の体内に投与されたインドシアニングリーンは、励起用光源23から励起光としての波長が760nmの近赤外光を照射されて、おおよそ810nmをピークとする赤外領域の蛍光を発生させる。この蛍光は、カメラ21における蛍光用撮像素子52により蛍光画像として撮影され,図6に示す画像処理部70により画像処理される。この蛍光画像は、動画としてモニター15に表示されるとともに、画像記憶部63における蛍光画像記憶部64に動画として記憶される。また、この蛍光画像は、画像データとして、投影器20に送信される。この蛍光画像の収集動作は、図9に示すように、16.5msの間に実行される。
なお、蛍光画像だけでなく、可視画像をも収集し、これらの可視画像および蛍光画像を同時に表示することも可能である。この場合においては、被検者Mの患部に向けて、可視光源22から可視光を照射するとともに、励起用光源23からインドシアニングリーンを励起させるための励起光であるその波長が760nmの近赤外光を照射する。そして、被検者の患部付近を、照明・撮影部12におけるカメラ21により撮影する。このときには、可視光と励起光とを同時に照射してもよく、また、可視光と励起光とを異なるタイミングでパルス状に照射するとともに、図5および図6に示す可視光用撮像素子51および蛍光用撮像素子52により、可視光と励起光の照射タイミングに合わせて画像を取り込むようにしてもよい。このときには、被検者に照射された可視光の反射画像は、可視画像としてカメラ21における可視光用撮像素子51により撮影される。また、被検者の体内に投与されたインドシアニングリーンからの蛍光は、カメラ21における蛍光用撮像素子52により蛍光画像として撮影される。これらの可視画像および蛍光画像は、動画としてモニター15に表示されるとともに、画像記憶部63における蛍光画像記憶部64および可視画像記憶部65に動画として記憶される。
このようにして16.5msの間に、蛍光の撮影(蛍光画像の収集)が完了すれば、次の16.5msの間に、蛍光画像の投影が実行される。このときには、図7に示すように、照明・撮影部12に付設された投影器20より、被検者Mの術野Eに向けて、先に収集された蛍光画像が可視光により投影される。この蛍光画像の投影は、図9に示すように、16.5ms毎に繰り返し実行される。このため、術者の目には残像が残ることとなり、被検者Mの体内の蛍光色素がリアルタイムで移動する動画として認識される。すなわち、蛍光色素による蛍光画像を、被検者Mの術野Eに対して可視光により投影して、リアルタイムで表示することが可能となる。
このように、投影器20から被検者Mにおける術野Eに投影された可視光が、連続した蛍光画像として術者に認識されるためには、蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを、少なくとも1秒間に複数回、好ましくは1秒間に数十回の頻度で、交互に繰り返し実行させることが好ましい。
なお、上述した実施形態においては、蛍光の撮影と蛍光画像の投影とを同じ時間の間に実行しているが、この時間の比率を変更してもよい。例えば、より短時間に蛍光画像の収集が実行可能な場合には、蛍光の撮影のための時間を短く設定するとともに、蛍光画像の投影のための時間を長く設定すればよい。また、上述したように、蛍光画像とともに可視画像をも収集するときには、撮影時間を長く設定するとともに、蛍光画像の投影のための時間を短く設定すればよい。
また、上述した実施形態においては、蛍光色素を含む材料としてインドシアニングリーンを使用し、このインドシアニングリーンに対して600nm〜850nm程度の近赤外光を励起光として照射することにより、インドシアニングリーンからおおよそ810nmをピークとする近赤外領域の蛍光を発光させる場合について説明したが、近赤外線以外の光を使用してもよい。
さらに、蛍光色素として、インドシアニングリーンを使用するかわりに、上述した5−ALA等の、その他の蛍光色素を使用してもよい。
12 照明・撮影部
15 モニター
20 投影器
21 カメラ
22 可視光源
23 励起用光源
30 アーム機構
51 可視光用撮像素子
52 蛍光用撮像素子
60 制御部
62 入力部
63 画像記録部
70 画像処理部
71 撮影・投影制御部
72 カメラ制御部
73 光源制御部
74 投影器制御部
E 術野
M 被検者
15 モニター
20 投影器
21 カメラ
22 可視光源
23 励起用光源
30 アーム機構
51 可視光用撮像素子
52 蛍光用撮像素子
60 制御部
62 入力部
63 画像記録部
70 画像処理部
71 撮影・投影制御部
72 カメラ制御部
73 光源制御部
74 投影器制御部
E 術野
M 被検者
Claims (3)
- 被検者に投与された蛍光色素を励起させるための励起光を、前記被検者に向けて照射する励起用光源と、
励起光が照射されることにより前記蛍光色素から発生した蛍光を撮影することにより、蛍光画像を取得する撮影部と、
を備えたイメージング装置において、
前記撮影部により撮影した蛍光画像を、前記被検者の術野に対して可視光により投影する投影部と、
前記撮影部と前記投影部とを制御することにより、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを交互に繰り返し実行させる撮影・投影制御部と、
を備えたことを特徴とするイメージング装置。 - 請求項1に記載のイメージング装置において、
前記撮影・投影制御部は、前記蛍光の撮影と前記蛍光画像の投影とを、1秒間に複数回、交互に繰り返し実行させるイメージング装置。 - 請求項1または請求項2に記載のイメージング装置において、
前記励起用光源と、前記撮影部と、前記投影部とが、アーム機構により一体的に支持されるイメージング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016201919A JP2018061708A (ja) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | イメージング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016201919A JP2018061708A (ja) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | イメージング装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018061708A true JP2018061708A (ja) | 2018-04-19 |
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ID=61967025
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2016201919A Pending JP2018061708A (ja) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | イメージング装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2018061708A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020094923A (ja) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 株式会社島津製作所 | 蛍光イメージング装置 |
-
2016
- 2016-10-13 JP JP2016201919A patent/JP2018061708A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020094923A (ja) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 株式会社島津製作所 | 蛍光イメージング装置 |
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