JP6432533B2 - イメージング装置 - Google Patents

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。

国際公開第２００９／１３９４６６号

このような体内に侵入させた蛍光色素からの蛍光を撮影するイメージング装置では、被検者からの蛍光と、被検者の可視画像とを同時に動画として記憶し、ビデオレコーダで記録した撮影画像を動画再生する構成となっている。このように、従来のイメージング装置は、所定のフレームレートで撮影した画像を動画として録画・再生することで、明るい外部照明環境下での、ＩＣＧ等の蛍光色素投与後の血管・リンパ管の走行の観察や癌病巣領域の確認ができるものである。

このような録画データは、参照用に使用し得るだけではなく、解析に利用することにより新しい知見を得ることができる。例えば、ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：関心領域）の時間方向の信号変化曲線を描画するＴＩＣ（Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｃｕｒｖｅ）解析においては、ＲＯＩの画素値がピークとなるまでの時間を求めることにより、インドシアニングリーン等の蛍光色素の造影時間を定量的に評価することが可能となる。

ところで、このような動画を再生し、画像処理する場合において、従来はどのようなタイミングでインドシアニングリーン等の蛍光色素の投与が開始されたのかについては、目視による確認しかなされていなかった。このため、蛍光色素を投与する様子が撮影視野に含まれていなかった場合には、再生された動画のみでは投与のタイミングを判別することが不可能であった。

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、記憶された画像を再生したときに、蛍光色素が投与されるタイミングを容易に判別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、前記蛍光画像を動画として記憶する画像記憶部と、を備えたイメージング装置において、前記被検者に向けて、前記蛍光に相当する波長の光を照射する蛍光光源と、前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号を受信後、一定の時間だけ、前記蛍光光源を点灯させる光源制御部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、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、前記被検者に向けて可視光を照射する可視光源と、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と、前記被検者の表面で反射した可視光とを撮影することにより、蛍光画像と可視画像とを取得する撮影部と、前記蛍光画像および前記可視画像を動画として記憶する画像記憶部と、を備えたイメージング装置において、前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号を受信後、一定の時間だけ、前記可視光源の照射強度を変化させる光源制御部を備えたことを特徴とする。

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、前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号をオペレータの操作により送信する入力部を備える。

請求項４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、前記被検者に前記蛍光色素を注入するインジェクタから、前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号を受信する。

請求項１に記載の発明によれば、被検体に蛍光色素が投与された後、一定の時間だけ蛍光光源が点灯することから、蛍光画像を観察することで蛍光色素が投与されたことを認識することができる。このため、記憶された動画を再生する場合においても、蛍光色素の投与のタイミングを容易に認識することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、被検体に蛍光色素が投与された後、一定の時間だけ可視光源の照射強度が変化することから、可視画像を観察することで蛍光色素が投与されたことを認識することができる。このため、記憶された動画を再生する場合においても、蛍光色素の投与のタイミングを容易に認識することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、オペレータの操作により、被検体に蛍光色素が投与されたことを表す信号を入力部から送信することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、被検者に蛍光色素を注入するインジェクタから、被検体に蛍光色素が投与されたことを表す信号を送信することが可能となる。

この発明に係るイメージング装置の斜視図である。 この発明に係るイメージング装置の側面図である。 この発明に係るイメージング装置の平面図である。 照明・撮影部１２の斜視図である。 照明・撮影部１２の正面概要図である。 照明・撮影部１２におけるカメラ２１の概要図である。 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。 モニター１５に表示される動画の表示態様の一例を示す模式図である。 モニター１５に表示されるＴＩＣを示すグラフである。 モニター１５に表示されるＴＩＣを示すグラフである。

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、上述した照明・撮影部１２の斜視図である。また、図５は、照明・撮影部１２の正面概要図である。

この照明・撮影部１２は、近赤外線および可視光を検出可能なカメラ２１と、このカメラ２１の外周部に配設された複数のＬＥＤよりなる可視光源２２と、この可視光源２２の外周部に配設された複数のＬＥＤよりなる励起用光源２３と、可視光源２２を構成する複数のＬＥＤ内に配設された複数のＬＥＤよりなる蛍光光源２４とを備える。可視光源２２は、可視光を照射する。励起用光源２３は、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。また、蛍光光源２４は、インドシアニングリーンから発生する蛍光の波長に相当するその波長が８１０ｎｍの近赤外光を照射する。なお、図５においては、可視光源２２を構成する多数のＬＥＤと、励起用光源２３を構成する多数のＬＥＤのうちの、一部の図示を省略している。励起用光源２３の波長は、７６０ｎｍに限定されず、インドシアニングリーンを励起できる波長であればよい。蛍光光源２４の波長は、８１０ｎｍに限定されず、インドシアニングリーンが発する蛍光の波長に近く、後述する蛍光用撮像素子５２で撮像可能なものであればよい。この明細書における蛍光に相当する波長とは、蛍光の波長に近似し、蛍光用撮像素子５２により撮像可能な波長を意味する。

なお、この実施形態においては、カメラ２１と、可視光源２２と、励起用光源２３と、蛍光光源２４とを一体化した照明・撮影部１２を使用しているが、カメラ２１と、可視光源２２と、励起用光源２３と、蛍光光源２４との一部、または全部を、個別に配設してもよい。

図６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７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、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６１を備える。また、この制御部６０は、可視光源２２、励起用光源２３および蛍光光源２４の点灯および消灯と、その照射強度の制御とが可能な光源制御部６２を備える。

また、制御部６０は、オペレータにより後述する被検者にインドシアニングリーンが投与されたことを含む各種の情報を入力する入力部６６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６６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、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、励起用光源２３および蛍光光源２４を備えた照明・撮影部１２と接続されている。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、蛍光画像を記憶する蛍光画像記憶部６４と、可視画像を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）した画像を記憶する合成画像記憶部を備えていても良い。

さらに、この制御部６０は、被検者にインドシアニングリーンを注入するためのインジェクタ１００とも接続されている。

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第１実施形態に係るイメージング動作について説明する。

被検者に対して手術等を実行するときには、オペレータはハンドル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。イメージング装置のセッティングが完了すれば、被検者の患部にむけて、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。

そして、図７に示すインジェクタ１００により、被検者に対してインドシアニングリーンを注射により投与する。このときに、１つの実施形態においては、インドシアニングリーンが投与されたときに、オペレータが入力部６６を操作することにより、被検者にインドシアニングリーンが投与されたことを表す信号を入力部６６から制御部６０に送信する。また、他の実施形態においては、被検者にインドシアニングリーンが投与されたことを表す信号が、インジェクタ１００から制御部６０に送信される。

制御部６０が、インドシアニングリーンが被検者に投与されたことを表す信号を受信したときには、図７に示す光源制御部６２が、蛍光光源２４を点灯させるとともに、一定の時間が経過した後に蛍光光源２４を消灯させる。

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。なお、可視画像および蛍光画像は、表示用の非可逆圧縮形式の動画ファイル、および、ＴＩＣ等の解析用の非可逆圧縮形式あるいは無圧縮形式の動画ファイルとして記憶される。

図８は、モニター１５に表示される動画の表示態様の一例を示す模式図である。

モニター１５には、可視画像と、蛍光画像と、これらの可視画像と蛍光画像とを合成した合成画像とが表示される。そして、合成画像の一部の領域には、ＲＯＩの時間方向の信号変化曲線（画素値の変化）を示すＴＩＣが表示される。これらの可視画像、蛍光画像、合成画像およびＴＩＣは、モニター１５のみではなく、イメージング装置とは別に設置した大型の表示部にも表示される。

図９および図１０は、モニター１５に表示されるＴＩＣを示すグラフである。これらの図において、縦軸はＲＯＩにおける蛍光画像の画素値を示し、横軸は時間を示している。また、符合Ａと符合Ｂとは、ＲＯＩにおける互いに異なる部位の画素値の変化を示している。

ＴＩＣ解析においては、ＲＯＩの画素値がピークとなるまでの時間を求めることにより、インドシアニングリーンの造影時間を定量的に評価することが可能となる。蛍光画像記憶部６４に記憶された蛍光画像を解析してＴＩＣを表示する場合、図９に示すように、ＲＯＩの時間方向の信号変化曲線が表示される。この場合においては、従来、どのようなタイミングでインドシアニングリーンの投与が開始されたのかについて認識することは不可能であった。

これに対して、この発明に係るイメージング装置においては、制御部６０が、インドシアニングリーンが被検者に投与されたことを表す信号を受信したときに、光源制御部６２が、蛍光光源２４を点灯させるとともに、一定の時間が経過した後に蛍光光源２４を消灯させている。このため、図１０に示すように、蛍光光源２４が点灯している間は、蛍光画像の画素値が一時的に急激に上昇することから、インドシアニングリーンの投与のタイミングを容易に認識することが可能となる。このため、各部位において、インドシアニングリーンが投与されてからインドシアニングリーンから発生する蛍光がピークとなるまでの時間ＰＡ、ＰＢを容易に認識することが可能となる。

次に、この発明の第２実施形態について説明する。

上述した第１実施形態に係るイメージング装置において、光源制御部６２は、被検者にインドシアニングリーンが投与されたことを表す信号を受信後、一定の時間だけ、蛍光光源２４を点灯させる構成を採用している。これに対して、この第２実施形態に係るイメージング装置においては、被検者にインドシアニングリーンが投与されたことを表す信号を受信後、一定の時間だけ、可視光源２２からの可視光の照射強度を変化させる構成を採用している。

すなわち、この第２実施形態においては、制御部６０が、インドシアニングリーンが被検者に投与されたことを表す信号を受信したときには、図７に示す光源制御部６２が、可視光源２２からの可視光の照射強度を高くするとともに、一定の時間が経過した後に、その照射強度を元の強度に復帰させる。これにより、図８に示すモニター１５における可視画像の表示部に表示される可視画像が一時的に明るく表示されることになる。これを認識することにより、インドシアニングリーンの投与のタイミングを容易に認識することが可能となる。

なお、この第２実施形態においても、可視画像について図１０に示すようなＴＩＣを求めることにより、インドシアニングリーンの投与のタイミングを認識するようにしてもよい。また、インドシアニングリーンが被検者に投与されたことを表す信号を受信したときには、光源制御部６２が可視光源２２からの可視光の照射強度を高くするかわりに、照射強度を低くするようにしてもよい。

なお、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。

また、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。

１１ 台車
１２ 照明・撮影部
１５ モニター
２１ カメラ
２２ 可視光源
２３ 励起用光源
２４ 蛍光光源
３０ アーム機構
５１ 可視光用撮像措置
５２ 蛍光用撮像措置
６０ 制御部
６１ 画像処理部
５２ 光源制御部
６３ 画像記憶部
６４ 蛍光画像記憶部
６５ 可視画像記憶部
６６ 入力部
１００ インジェクタ

Claims (4)

1. 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、
   前記蛍光画像を動画として記憶する画像記憶部と、
   を備えたイメージング装置において、
   前記被検者に向けて、前記蛍光に相当する波長の光を照射する蛍光光源と、
   前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号を受信後、一定の時間だけ、前記蛍光光源を点灯させる光源制御部と、
   を備えたことを特徴とするイメージング装置。
2. 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、
   前記被検者に向けて可視光を照射する可視光源と、
   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と、前記被検者の表面で反射した可視光とを撮影することにより、蛍光画像と可視画像とを取得する撮影部と、
   前記蛍光画像および前記可視画像を動画として記憶する画像記憶部と、
   を備えたイメージング装置において、
   前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号を受信後、一定の時間だけ、前記可視光源の照射強度を変化させる光源制御部を備えたことを特徴とするイメージング装置。
3. 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、
   前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号をオペレータの操作により送信する入力部を備えるイメージング装置。
4. 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、
   前記被検者に前記蛍光色素を注入するインジェクタから、前記被検者に前記蛍光色素が投与されたことを表す信号を受信するイメージング装置。
   

Images