JP5592700B2 - 蛍光観察装置、蛍光観察システムおよび蛍光観察装置の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光観察装置、蛍光観察システムおよび蛍光観察装置の作動方法に関するものである。

従来、蛍光画像を反射光画像で除算して、観察距離や角度による蛍光画像の明るさの変動を補正する方法が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。

特開昭６２−２４７２３２号公報 特公平３−５８７２９号公報 特開２００６−１７５０５２号公報

しかしながら、蛍光と反射光とでは、撮像される明るさの観察距離に対する依存性および観察角度に対する依存性が異なるため、単に蛍光画像を反射光画像で除算したのでは、距離および角度の影響を補正しきれないという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、除算した画像に残存する距離等に対する依存性を十分に除去して定量性の高い蛍光画像によって観察を行うことができる蛍光観察装置、蛍光観察システムおよび蛍光観察装置の作動方法を提供することを目的としている。

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、照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光撮像部と、前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とが相互に正比例関係となる係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成する前処理部と、該前処理部により生成された前記補正用蛍光画像を前記補正用戻り光画像で除算する蛍光画像補正部とを備える蛍光観察装置を提供する。

本発明によれば、照明部から被写体に励起光が照射されると、被写体内に存在する蛍光物質が励起され蛍光が発生する。発生した蛍光は蛍光撮像部によって撮影され蛍光画像が取得される。一方、照明部から被写体に照明光が照射されると、被写体の表面において反射等されて戻る戻り光が戻り光撮像部によって撮影され戻り光画像が取得される。取得された蛍光画像は、蛍光画像補正部において戻り光画像を用いて補正される。

この場合に、蛍光画像補正部における補正に先立って、前処理部において蛍光画像および戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とを相互に正比例関係とする係数が乗算されることにより補正用蛍光画像および補正用戻り光画像が生成される。

すなわち、蛍光画像を構成する各画素の蛍光強度および戻り光画像を構成する各画素の戻り光強度は、照明部から当該画素に対応する被写体上の位置までの距離に依存して変化し、それぞれ距離の指数関数に近似させることができる。蛍光強度の距離特性における指数は、戻り光強度の距離特性における指数とは異なるので、蛍光画像を戻り光画像でそのまま除算しても距離の依存性を除去することはできない。従って、蛍光強度および戻り光強度をそれぞれ距離特性における指数の逆数で予め累乗しておくことで、蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とを相互に正比例関係とすることができ、除算したときに距離の依存性を除去することができる。

そこで、標準試料について予め取得した蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とから、蛍光画像および戻り光画像の少なくとも一方に乗算することにより、上述した指数の逆数を累乗したのと同様の効果を得られる係数を予め求めておく。そして、求められた係数をこれを蛍光画像および戻り光画像の少なくとも一方に乗算して、補正用蛍光画像と補正用戻り光画像を生成し、蛍光画像補正部において、補正用蛍光画像を補正用戻り光画像で除算することにより、距離の依存性を十分に低減するように補正された蛍光画像を得ることができる。
すなわち、本発明によれば、指数近似による場合よりも精度よく距離の依存性を低減することができ、定量性の高い蛍光観察を行うことができる。

また、本発明は、照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光撮像部と、前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の角度特性と戻り光強度の角度特性とが相互に正比例関係となる係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成する前処理部と、該前処理部により生成された前記補正用蛍光画像を前記補正用戻り光画像で除算する蛍光画像補正部とを備える蛍光観察装置を提供する。

本発明によれば、蛍光画像補正部における補正に先立って、前処理部において蛍光画像および戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の角度特性と戻り光強度の角度特性とを相互に正比例関係とする係数が乗算されることにより補正用蛍光画像および補正用戻り光画像が生成される。

すなわち、蛍光画像を構成する各画素の蛍光強度および戻り光画像を構成する各画素の戻り光強度は、照明部から当該画素に対応する被写体上の位置までの角度に依存して変化し、それぞれ角度の指数関数に近似させることができる。蛍光強度の角度特性における指数は、戻り光強度の角度特性における指数とは異なるので、蛍光画像を戻り光画像でそのまま除算しても角度の依存性を除去することはできない。従って、蛍光強度および戻り光強度をそれぞれ角度特性における指数の逆数で予め累乗しておくことで、蛍光強度の角度特性と戻り光強度の角度特性とを相互に正比例関係とすることができ、除算したときに角度の依存性を除去することができる。

そこで、標準試料について予め取得した蛍光強度の角度特性と戻り光強度の角度特性とから、蛍光画像および戻り光画像の少なくとも一方に乗算することにより、上述した指数の逆数を累乗したのと同様の効果を得られる係数を予め求めておく。そして、求められた係数をこれを蛍光画像および戻り光画像の少なくとも一方に乗算して、補正用蛍光画像と補正用戻り光画像を生成し、蛍光画像補正部において、補正用蛍光画像を補正用戻り光画像で除算することにより、角度の依存性を十分に低減するように補正された蛍光画像を得ることができる。
すなわち、本発明によれば、指数近似による場合よりも精度よく角度の依存性を低減することができ、定量性の高い蛍光観察を行うことができる。

上記発明においては、前記係数を記憶する記憶部を備え、前記前処理部が、前記記憶部に記憶されている係数を前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に乗算してもよい。
このようにすることで、記憶部に記憶しておいた係数を乗算するだけで、簡易に距離または角度の依存性を低減して定量性の高い蛍光観察を行うことができる。

また、上記発明においては、観察条件を変更するために着脱される着脱部品を備え、該着脱部品に識別情報が記録され、該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取手段とを備え、前記記憶部に、前記識別情報と前記係数とが対応づけて記憶されていてもよい。

このようにすることで、着脱部品を着脱して観察条件を変更すると、着脱部品に記憶されている識別情報が、識別情報読取手段によって読みとられ、記憶部に識別情報と対応づけて記憶されている係数を設定することができる。着脱部品としては、例えば、内視鏡装置におけるスコープ等を挙げることができ、その場合に変更される観察条件としては、対物光学系のＮＡや瞳径、観察可能な蛍光の波長および観察対象部位（胃、大腸など）等を挙げることができる。これにより、観察条件に合わせて、最適な係数を設定でき、観察条件が変動した場合においても定量性の高い蛍光観察を行うことができる。

また、上記発明においては、前記前処理部が、前記蛍光画像の各画素の蛍光強度および前記戻り光画像の各画素の戻り光強度を前記蛍光撮像部および前記戻り光撮像部のゲインおよび露光時間によって規格化して規格化蛍光画像および規格化戻り光画像を生成し、これら規格化蛍光画像または規格化戻り光画像の少なくとも一方に、前記係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成してもよい。

このようにすることで、蛍光撮像部および戻り光撮像部において、蛍光画像および戻り光画像の撮影時に異なるゲイン調整および露光時間調整が行われてもこれを規格化した規格化蛍光画像および規格化戻り光画像を生成し、これらを用いて補正用蛍光画像および補正用戻り光画像を生成することにより、より定量性の高い蛍光観察を行うことができる。

また、本発明は、上記蛍光観察装置と、前記係数を記憶する記憶部と、前記蛍光観察装置に接続され、前記係数を算出する較正装置とを備え、該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察距離を変更可能に設定する観察距離設定機構とを備え、前記観察状態設定機構により設定された観察距離と、前記蛍光観察装置により前記標準試料を撮影して取得された蛍光画像および戻り光画像とに基づいて、該蛍光画像および前記戻り光画像の少なくとも一方に乗算することにより、蛍光強度の
距離特性と戻り光強度の距離特性とが正比例することとなる係数を算出し、前記記憶部に記憶させる蛍光観察システムを提供する。

本発明によれば、較正装置の観察距離設定機構により、標準試料に対する蛍光観察装置の観察距離を変更しつつ蛍光観察装置によって標準試料を撮影することにより、標準試料の蛍光輝度の距離特性および戻り高強度の距離特性を得ることができ、これらの距離特性基づいて、両距離特性を正比例させる係数を算出することができる。そして、算出された係数を蛍光観察装置の記憶部に記憶させることにより、蛍光観察装置により被写体を蛍光観察する際に、蛍光観察装置に存在する個体差や、着脱部品が存在する場合にはその個体差にかかわらず、精度よく算出された係数を用いて、より定量性の高い蛍光観察を行うことができる。

また、本発明は、上記蛍光観察装置と、前記係数を記憶する記憶部と、前記蛍光観察装置に接続され、前記係数を算出する較正装置とを備え、該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察角度を変更可能に設定する観察角度設定機構とを備え、前記観察角度設定機構により設定された観察角度と、前記蛍光観察装置により前記
標準試料を撮影して取得された蛍光画像および戻り光画像とに基づいて、該蛍光画像および前記戻り光画像の少なくとも一方に乗算することにより、蛍光強度の角度特性と戻り光強度の角度特性とが正比例することとなる係数を算出し、前記記憶部に記憶させる蛍光観察システムを提供する。

本発明によれば、較正装置の観察角度設定機構により、標準試料に対する蛍光観察装置の観察角度を変更しつつ蛍光観察装置によって標準試料を撮影することにより、標準試料の蛍光輝度の角度特性および戻り高強度の角度特性を得ることができ、これらの角度特性基づいて、両角度特性を正比例させる係数を算出することができる。そして、算出された係数を蛍光観察装置の記憶部に記憶させることにより、蛍光観察装置により被写体を蛍光観察する際に、蛍光観察装置に存在する個体差や、着脱部品が存在する場合にはその個体差にかかわらず、精度よく算出された係数を用いて、より定量性の高い蛍光観察を行うことができる。

また、本発明は、蛍光観察装置の作動方法であって、励起光を被写体に照射することにより被写体において発生した蛍光を撮影して取得された蛍光画像と、照明光を被写体に照射することにより被写体から戻る戻り光を撮影して取得された戻り光画像とを用いて、前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とが相互に正比例関係となる係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成する前処理ステップと、該前処理ステップにより生成された前記補正用蛍光画像を前記補正用戻り光画像で除算する蛍光画像補正ステップとを含む蛍光観察装置の作動方法を提供する。

本発明によれば、除算した画像に残存する距離等に対する依存性を十分に除去して定量性の高い蛍光画像によって観察を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置を示す全体構成図である。 図１の蛍光観察装置において使用される係数を導くための画像の階調値、ゲイン、露光時間および規格化画像とこれらにより導かれた係数との対応の一覧表例を示す図である。 図２により導かれた規格化戻り光画像の階調値と係数との対応の一覧表例を示す図である。 図１の蛍光観察装置の変形例を示す全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る蛍光観察システムを示す全体構成図である。 図１の蛍光観察システムの較正装置を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る蛍光観察装置１および蛍光観察装置の作動方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１は、内視鏡装置であって、図１に
示されるように、体内に挿入される細長い挿入部２と、光源（照明部）３と、該光源３からの照明光および励起光を挿入部２の先端から観察対象Ａに向けて照射
する照明ユニット（照明部）４と、挿入部２の先端に設けられ、観察対象Ａである生体組織の画像情報を取得する撮像ユニット５と、挿入部２の基端側に配置さ
れ、撮像ユニット５により取得された画像情報を処理する画像処理部６と、該画像処理部６により処理された画像Ｇを表示するモニタ７とを備えている。

光源３は、キセノンランプ８と、該キセノンランプ８から発せられた照明光から、励起光および照明光（例えば、波長帯域４００〜７４０ｎｍ）を切り出すフィルタ９と、フィルタ９により切り出された励起光および照明光を集光するカップリングレンズ１０とを備えている。
照明ユニット４は、挿入部２の長手方向のほぼ全長にわたって配置され、カップリングレンズ１０によって集光された励起光および照明光を導光するライトガイドファイバ１１と、挿入部２の先端に設けられ、ライトガイドファイバ１１によって導光されてきた励起光および照明光を拡散させて、挿入部２の先端面２ａに対向する観察対象Ａに照射する照明光学系１２とを備えている。

撮像ユニット５は、観察対象Ａの所定の観察範囲から戻る戻り光を集光する対物レンズ１３と、該対物レンズ１３によって集光された戻り光の内、励起波長以上の光（励起光および蛍光）を反射し、励起波長より短い波長の照明光を透過するダイクロイックミラー（分岐部）１４と、ダイクロイックミラー１４を透過した照明光およびダイクロイックミラー１４により反射された蛍光をそれぞれ集光する２つの集光レンズ（撮像光学系）１５，１６と、集光レンズ１５，１６によって集光された蛍光および照明光を撮像するＣＣＤのような２個の撮像素子１７，１８とを備えている。図中、符号１９は、ダイクロイックミラー１４によって反射された光から励起光を遮断する（例えば、波長帯域７６０〜８５０ｎｍの光だけを透過する）励起光カットフィルタである。

画像処理部６は、撮像素子１７により取得された戻り光画像情報Ｓ_１から戻り光画像Ｇ_１を生成する戻り光画像生成部２０と、撮像素子１８により取得された蛍光画像情報Ｓ_２から蛍光画像Ｇ_２を生成する蛍光画像生成部２１と、これら戻り光画像生成部２０および蛍光画像生成部２１により生成された戻り光画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２を規格化して、規格化戻り光画像Ｇ_１’および規格化蛍光画像Ｇ_２’を生成する画像規格化部２２とを備えている。

また、画像処理部６は、画像規格化部２２により生成された規格化戻り光画像Ｇ_１’および規格化蛍光画像Ｇ_２’から補正用戻り光画像Ｇ_１''および補正用蛍光画像Ｇ_２''を生成する前処理部２３と、該前処理部２３により生成された補正用蛍光画像Ｇ_２''を補正用戻り光画像Ｇ_１''で除算することにより補正する画像補正部２４と、該画像補正部２４において生成された補正された蛍光画像Ｇ_３と戻り光画像生成部２０において生成された戻り光画像Ｇ_１とを合成して画像Ｇを生成する画像合成部２５とを備えている。

画像合成部２５は、例えば、戻り光画像Ｇ_１と補正された蛍光画像Ｇ_３とを並列に配置してモニタ７に同時に表示させるよう画像Ｇを合成し、モニタ７に出力するようになっている。

ここで、蛍光画像Ｇ_２としては、たとえば蛍光色素Ｃｙ７からの蛍光画像とすればよい。特に、腫瘍特異的な蛍光薬剤、例えば癌特異的分子ＣＥＡに対する抗体（Ａｎｔｉ−ＣＥＡ抗体）とＣｙ７とを結合させた蛍光薬剤を予め観察対象Ａに投与しておけば、腫瘍特異的な蛍光画像Ｇ_２を得ることができる。また、戻り光画像Ｇ_１としては、例えば照明光が観察対象Ａの表面で反射した戻り光および観察対象Ａの内部での散乱による戻り光に基づく画像を用いればよい。

画像規格化部２２は、数１に示される関係式を用いて戻り光画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２を規格化するようになっている。

すなわち、戻り光画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２を取得する際に、撮像素子１７，１８により１６ｂｉｔの階調で取得するものとすると、各画素の階調値がこの範囲内に入るように露光時間とゲインが調節されるので、観察条件を一定にするために規格化が行われる。数１において所定ゲインは、例えば、白色光観察時には１、蛍光観察時には１００と設定されるゲインであるとする。

前処理部２３は、標準試料に対する蛍光強度の距離特性と、同じ標準試料に対する戻り光強度の距離特性とを相互に正比例させる係数を戻り光強度に対応づけて記憶する記憶部（図示略）を備えていて、入力された戻り光画像の画素毎に、各画素の階調値に対応する係数を記憶部から読み出して乗算することにより、補正用戻り光画像Ｇ_１''を生成するようになっている。この場合、前処理部２３においては、入力された蛍光画像Ｇ_２をそのまま補正用蛍光画像Ｇ_２''として出力するようになっている。

ここで、観察距離を、例えば１０〜２００ｍｍに変化させ、標準試料としてファントムまたは豚等の臓器を観察したときの戻り光画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２の階調値に基づいて算出された係数の例を図２および図３に示す。
すなわち、取得された戻り光画像Ｇ_１における、一の画素の階調値（戻り光強度）が１６．６のときは、係数として２．０２４をこの画素の階調値に乗算する。これを全ての画素について繰り返すことにより、補正用戻り光画像Ｇ_１''が得られる。いずれかの画素の階調値が、図３に示される２つの階調値の間の値である場合には、図２の階調値に対応する２つの係数を線形補間した係数を乗算するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１を用いて観察対象Ａの蛍光観察を行うには、挿入部２の先端２ａを観察対象Ａに向けて配置し、照明ユニット４を作動させて光源３からの照明光および励起光をライトガイドファイバ１１を介して挿入部２の先端２ａの照明光学系１２から観察対象Ａに向けて照射する。観察対象Ａの表面において反射して戻る戻り光は、対物レンズ１３により集光され、ダイクロイックミラー１４を透過して撮像素子１７により撮影される。一方、励起光が照射されることにより観察対象Ａの内部で発生した蛍光は、対物レンズ１３によって集光され、ダイクロイックミラー１４において反射されて撮像素子１８により撮影される。

撮像素子１７により取得された戻り光画像情報Ｓ_１が戻り光画像生成部２０に入力されることにより戻り光画像Ｇ_１が生成され、撮像素子１８により取得された蛍光画像情報Ｓ_２が蛍光画像生成部２１に入力されることにより蛍光画像Ｇ_２が生成される。生成された戻り光画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２は、画像規格化部２２に入力されて、数１により規格化され、規格化戻り光画像Ｇ_１’および規格化蛍光画像Ｇ_２’は、前処理部２３において、補正用戻り光画像Ｇ_１''および補正用蛍光画像Ｇ_２''に変換される（前処理ステップ）。

本実施形態においては、規格化戻り光画像Ｇ_１’に係数が乗算されて補正用戻り光画像Ｇ_１''となり、規格化蛍光画像Ｇ_２’はそのまま補正用蛍光画像Ｇ_２''となる。
そして、画像補正部２４において、補正用蛍光画像Ｇ_２''が補正用戻り光画像Ｇ_１''によって除算されることにより、補正された蛍光画像Ｇ_３が取得され（蛍光画像補正ステップ）、画像合成部２５において戻り光画像Ｇ_１と合成されてモニタ７に表示される。

前処理部２３において規格化戻り光画像Ｇ_１’に乗算される係数は、標準試料を用いて取得された規格化蛍光画像Ｇ_２’と規格化戻り光画像Ｇ_１’との比であり、標準試料における規格化蛍光画像Ｇ_２’の蛍光強度の距離特性を、同じく標準試料における規格化戻り光画像Ｇ_１’の戻り光強度の距離特性に一致させるように選定されている。したがって、画像補正部２４において、この係数を、観察対象Ａの規格化戻り光画像Ｇ_１’に乗算することにより得られた補正用戻り光画像Ｇ_１''によって、補正用蛍光画像Ｇ_２''を除算することにより、観察距離の依存性を十分に低減した補正された蛍光画像Ｇ_３を得ることができる。すなわち、定量性の高い蛍光観察を行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、撮像素子１８，１９によって取得された蛍光画像Ｇ_２および戻り光画像Ｇ_１には、撮像素子１８，１９の暗電流や読み出しに由来したノイズが含まれている。また、除算処理をする際に、戻り光画像Ｇ_１に輝度値ゼロの画素が存在すると、除算結果が無限大となって適正な補正を行うことができない。
そこで、前処理部２３において、蛍光画像Ｇ_２に対しては、暗電流や読み出しに由来するノイズ成分を除去するようなオフセットを与え、戻り光画像Ｇ_１には、暗電流や読み出しに由来するノイズ成分を除去する上に、全ての画素の輝度値がゼロとならないようなオフセットを与えることにしてもよい。

また、戻り光画像Ｇ_１としては、観察対象Ａからの表面反射光や散乱戻り光のほかに、観察対象Ａから発生する自家蛍光や、蛍光画像Ｇ_２の取得のために用いた蛍光薬剤とは異なる波長帯域の蛍光特性を有する別の蛍光薬剤からの蛍光を観察した画像でもよい。
また、モニタ７に表示する画像は、補正後の蛍光画像Ｇ_３に並べて表示する画像として、戻り光画像Ｇ_１の代わりに別途取得した白色反射画像を表示しても良い。

また、本実施形態においては、図４に示されるように、挿入部（着脱部品）２が光源３に着脱可能に設けられていてもよい。この場合には、挿入部２が着脱されて他の挿入部２に交換されることによって、対物レンズ１３を始め、挿入部２に含まれる種々の光学系が変更されるので、対物レンズ１３の開口数（ＮＡ）や瞳径等の変化、あるいは、検出する蛍光の波長、観察対象部位（胃組織や大腸組織など）等の変化によって、係数が変化する。

したがって、挿入部２に識別情報を記憶するＩＣチップ３１を備え、挿入部２が取り付けられる光源３側にＩＣチップ３１内の識別情報を読み取る読取装置３２と、識別情報と各挿入部２に適した係数とを対応づけて記憶する記憶部３３とを備えていることが好ましい。そして、前処理部２３が、記憶部３３から出力される挿入部２の識別情報に対応する係数を受け取って、上記演算を行うことにすればよい。
このようにすることで、光源３に対して挿入部２が交換されても、該挿入部２に最適な係数が設定され、定量性の高い蛍光画像Ｇ_３を常に取得することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、標準試料に対する戻り光強度の距離特性を蛍光強度の距離特性に一致させる係数を採用したが、これに限定されるものではなく、両特性を正比例させる係数でもよい。
また、規格化戻り光画像Ｇ_１’に乗算する係数に代えて規格化蛍光画像Ｇ_２’に乗算する係数を記憶していてもよいし、規格化戻り光画像Ｇ_１’および規格化蛍光画像Ｇ_２’にそれぞれ乗算する係数を記憶していてもよい。

また、本実施形態においては、観察距離の依存性を低減して定量性の高い蛍光観察を行うための構成を採用したが、これに代えて、観察角度の依存性を低減する構成を採用してもよい。具体的には、前処理部２３において、標準試料を用いて観察角度を変化させつつ取得された規格化蛍光画像Ｇ_２’と規格化戻り光画像Ｇ_１’との比であり、標準試料における規格化蛍光画像Ｇ_２’の蛍光強度の角度特性を、同じく標準試料における規格化戻り光画像Ｇ_１’の戻り光強度の角度特性に正比例させるように選定された係数を、観察対象Ａの規格化戻り光画像Ｇ_１’に乗算する。そして、画像補正部２４においては、得られた補正用戻り光画像Ｇ_１''によって、補正用蛍光画像Ｇ_２''を除算することにより、観察角度の依存性を十分に低減した補正された蛍光画像Ｇ_３を得ることができる。すなわち、定量性の高い蛍光観察を行うことができるという利点がある。

次に、本発明の一実施形態に係る蛍光観察システム４０について、図面を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した一実施形態に係る蛍光観察装置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。

本実施形態に係る蛍光観察システム４０は、図５に示されるように、蛍光観察装置１と、該蛍光観察装置１を装着する較正装置４１とを備えている。
本実施形態においては、蛍光観察装置１は、係数を算出する係数決定部４２を備えている。

較正装置４１は、図５および図６に示されるように、挿入部２を固定するホルダ４３と、該ホルダ４３に固定された挿入部２の先端面２ａに対して観察距離をあけて対向させられる標準試料４４と、挿入部２の先端面２ａと標準試料４４との間の観察距離を変更する直動ステージ４５と、対物レンズ１３の光軸に対する標準試料４４の表面の角度（観察角度）を変更するチルトステージ４６と、これらのステージ４５，４６を制御する制御部４７とを備えている。

制御部４７は、ステージ４５，４６を駆動して、観察距離または観察角度を変化させるとともに、予め設定されたタイミングでトリガ信号Ｓを出力するようになっている。
また、係数決定部４２は、画像規格化部２２から送られてくる規格化蛍光画像Ｇ_２’および規格化戻り光画像Ｇ_１’を受信するとともに、制御部４７からのトリガ信号Ｓの受信時における規格化蛍光画像Ｇ_２’の輝度値および規格化戻り光画像Ｇ_１’の輝度値を保持し、規格化蛍光画像Ｇ_２’の輝度値を規格化戻り光画像Ｇ_１’の輝度値で除算することにより係数を算出し、算出された係数を規格化戻り光画像Ｇ_１’の輝度値と対応づけて記憶するようになっている。

観察距離を変化させたときの係数を取得する場合には、制御部４７は、まず、図６に示されるように、標準試料４４の表面に対して挿入部２の先端面２ａが観察開始の距離となるように直動ステージ４５を駆動させる。次いで、ユニット４から照明光および励起光を標準試料４４に対して照射し、戻り光および蛍光が撮影される状態として、制御部４７は、予め定められた距離ずつステージ４５を移動させ、その都度、トリガ信号Ｓを出力する。これにより、係数決定部４２には、異なる複数の観察距離において取得された複数の係数が規格化戻り光画像Ｇ_１’の輝度値と対応づけて記憶される。

一方、観察角度を変化させたときの係数を取得する場合には、制御部４７は、まず、図６に示されるように、標準試料４４の表面に対して挿入部２の先端面２ａが観察開始の距離および角度となるように直動ステージ４５およびチルトステージ４６を駆動させる。次いで、ユニット４から照明光および励起光を標準試料４４に対して照射し、戻り光および蛍光が撮影される状態として、制御部４７は、予め定められた距離ずつチルトステージ４６を移動させ、その都度、トリガ信号Ｓを出力する。これにより、係数決定部４２には、異なる複数の観察角度において取得された複数の係数が規格化戻り光画像Ｇ_１’の輝度値と対応づけて記憶される。
観察距離を変化させたときの係数と、観察角度を変化させたときの係数とは、観察条件に応じて適宜選択することにすればよい。

また、係数決定部４２は、前処理部２３から規格化戻り光画像Ｇ_１’の輝度値が入力されると、該輝度値に対応する係数を算出して、前処理部２３に対して出力するようになっている。すなわち、係数決定部４２には、間隔をあけた複数の規格化戻り光画像Ｇ_１’の輝度値に対応づけた複数の係数が記憶されているので、その間の輝度値が入力されたときには、入力された輝度値を挟む輝度値間で係数を補間して新たな係数を算出し、前処理部２３に出力するようになっている。

このように、本実施形態に係る蛍光観察システム４０によれば、観察対象Ａや観察条件、例えば、各光学系や観察に使用する蛍光波長などが変化しても、その都度、変化に応じた係数を設定することができ、種々の観察対象Ａや観察条件においても定量性の高い蛍光画像Ｇ_３により観察することができるという利点がある。
例えば、蛍光観察装置１として内視鏡に適用する場合には、硬性鏡や軟性鏡のような種類の違い、あるいは、上部消化器内視鏡や下部消化器内視鏡のような観察部位の違いなどがあったとしても、それぞれに対応した最適な係数を設定することができる。また、同一種類の蛍光観察装置１であったとしても、個体差に拘わらず、個々の装置に対して係数を設定することができる。

なお、本実施形態における標準試料４４としては、観察しようとする生体と同様の散乱や吸収特性を有するファントムを用いてもよいし、ヒトや動物（ブタやマウス等）の切除組織を用いてもよい。

Ａ 観察対象（被写体）
１ 蛍光観察装置
２ 挿入部（着脱部品）
３ 光源
４ 照明ユニット（照明部）
１７ 撮像素子（戻り光撮像部）
１８ 撮像素子（蛍光撮像部）
２４ 画像補正部
３２ 読取装置（識別情報読取手段）
３３ 記憶部
４０ 蛍光観察システム
４１ 較正装置
４２ 係数決定部
４４ 標準試料
４５ 直動ステージ（観察距離設定機構）
４６ チルトステージ（観察角度設定機構）

Claims (8)

1. 照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、
   被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、
   被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光撮像部と、
   前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とが相互に正比例関係となる係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成する前処理部と、
   該前処理部により生成された前記補正用蛍光画像を前記補正用戻り光画像で除算する蛍光画像補正部とを備える蛍光観察装置。
2. 照明光および励起光を照射する光源を備える照明部と、
   被写体において発生した蛍光を撮影し蛍光画像を取得する蛍光撮像部と、
   被写体から戻る戻り光を撮影し戻り光画像を取得する戻り光撮像部と、
   前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の角度特性と戻り光強度の角度特性とが相互に正比例関係となる係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成する前処理部と、
   該前処理部により生成された前記補正用蛍光画像を前記補正用戻り光画像で除算する蛍光画像補正部とを備える蛍光観察装置。
3. 前記係数を記憶する記憶部を備え、
   前記前処理部が、前記記憶部に記憶されている係数を前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に乗算する請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
4. 観察条件を変更するために着脱される着脱部品を備え、
   該着脱部品に識別情報が記録され、
   該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取手段とを備え、
   前記記憶部に、前記識別情報と前記係数とが対応づけて記憶されている請求項３に記載の蛍光観察装置。
5. 前記前処理部が、前記蛍光画像の各画素の蛍光強度および前記戻り光画像の各画素の戻り光強度を前記蛍光撮像部および前記戻り光撮像部のゲインおよび露光時間によって規格化して規格化蛍光画像および規格化戻り光画像を生成し、これら規格化蛍光画像または規格化戻り光画像の少なくとも一方に、前記係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成する請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
6. 請求項１に記載の蛍光観察装置と、
   前記係数を記憶する記憶部と、
   前記蛍光観察装置に接続され、前記係数を算出する較正装置とを備え、
   該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察距離を変更可能に設定する観察距離設定機構とを備え、前記観察距離設定機構により設定された観察距離と、前記蛍光観察装置により前記標準試料を撮影して取得された蛍光画像および戻り光画像とに基づいて、該蛍光画像および前記戻り光画像の少なくとも一方に乗算することにより、蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とが正比例することとなる係数を算出し、前記記憶部に記憶させる蛍光観察システム。
7. 請求項２に記載の蛍光観察装置と、
   前記係数を記憶する記憶部と、
   前記蛍光観察装置に接続され、前記係数を算出する較正装置とを備え、
   該較正装置が、標準試料と、該標準試料に対して前記蛍光観察装置の観察角度を変更可能に設定する観察角度設定機構とを備え、前記観察角度設定機構により設定された観察角度と、前記蛍光観察装置により前記標準試料を撮影して取得された蛍光画像および戻り光画像とに基づいて、該蛍光画像および前記戻り光画像の少なくとも一方に乗算することにより、蛍光強度の角度特性と戻り光強度の角度特性とが正比例することとなる係数を算出し、前記記憶部に記憶させる蛍光観察システム。
8. 蛍光観察装置の作動方法であって、
   励起光を被写体に照射することにより被写体において発生した蛍光を撮影して取得された蛍光画像と、照明光を被写体に照射することにより被写体から戻る戻り光を撮影して取得された戻り光画像とを用いて、
   前記蛍光画像または前記戻り光画像の少なくとも一方に、標準試料に対して予め取得された蛍光強度の距離特性と戻り光強度の距離特性とが相互に正比例関係となる係数を乗算して補正用蛍光画像と補正用戻り光画像とを生成する前処理ステップと、
   該前処理ステップにより生成された前記補正用蛍光画像を前記補正用戻り光画像で除算する蛍光画像補正ステップとを含む蛍光観察装置の作動方法。

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