JP7233744B2 - 蛍光観察カメラシステム - Google Patents
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Description
本発明は、生体内の組織をリアルタイムに観察するために用いられる蛍光観察カメラシステムに関する。
生体内の組織をリアルタイムに観察するための装置としては、例えば、特許文献１に記載された撮像装置が知られている。この撮像装置は、１つの撮像素子で、赤外蛍光を発するインドシアニングリーン（ＩＧＣ）を蛍光造影剤として血管投与した人体等の被写体から可視光像と赤外光像との合成画像を撮影するものである。このほか、特許文献２には、励起光の波長域の光がカットされた観察光と蛍光とを同時に撮影するようにした光学的生体イメージングシステムが開示されている。また、特許文献３には、被写体から反射してきた励起光と、励起光によってＩＣＧが励起して発光した蛍光とが合わさった光から励起光の成分を減衰させ、励起光の成分を減衰させた光による撮影と、さらに蛍光を除去した光による撮影のそれぞれを行い、それぞれの撮影で得られた画素信号に基づいて生成した画像の差分をとることによって、蛍光のみで撮影した被写体の画像を生成する赤外蛍光観察装置が開示されている。さらに、特許文献４には、手術野から反射光画像と蛍光発光画像を撮像する撮像システムが開示されている。
これらの従来技術は、いずれも可視光と励起光を被写体に照射し、被写体からの蛍光の画像を撮影するものであったが、励起光の光源は１種類に限られており、特定の１種類の蛍光試薬の励起波長に対応するものであった。
ところで、生体内の組織を観察するために用いられる蛍光試薬としては、上述のＩＣＧのほか、５－アミノレブリン酸（５－ＡＬＡ）、フルオレセインなどが知られている。そして、ＩＣＧは、波長７６０ｎｍの励起光で波長８３０ｎｍの蛍光を発し、肝機能、眼科疾患、乳癌などの検出に用いられ、５－ＡＬＡは、波長４０５ｎｍの励起光で波長６３５ｎｍの蛍光を発し、癌細胞、脳腫瘍などの検出に用いられ、フルオレセインは、波長４９４ｎｍの励起光で波長５２１ｎｍの蛍光を発し、眼科疾患、角膜異常の検出に用いられる。
しかしながら、上述のように、従来技術において、励起光の光源は、特定の１種類の蛍光試薬の励起波長に対応するものであった。このため、多様な種類の蛍光試薬に対応するために、それぞれ専用の装置を準備する必要があった。また、蛍光試薬の種類によって、それぞれ検出の対象となる生体内の組織が異なるため、従来技術においては、１台の装置で同時に異なる種類の組織を検出することはできなかった。１台の装置で多様な蛍光試薬に対応でき、さらに、同時に異なる種類の組織を検出することができれば、手術や診断の効率化に大きく寄与することができると考えられる。
そこで、本発明は、１台の装置で多様な蛍光試薬に対応でき、さらに、同時に異なる種類の組織を検出することができる、新たな蛍光観察カメラシステムを提供することを目的とする。
本発明の蛍光観察カメラシステムは、被写体を撮像するためのカメラユニットと、このカメラユニットの制御を行うためのコントローラユニットとを備え、前記カメラユニットは、被写体から赤外光と可視光を集光するレンズと、このレンズの周囲に環状に配置され白色光源と少なくとも２種類の励起光源を備えるとともに２種類の励起光を同時に照射可能な照明手段と、前記レンズを通過した被写体から反射した励起光を除去するフィルタと、このフィルタを通過した赤外光と可視光を分離するビームスプリッタと、このビームスプリッタにより分離された赤外光を撮像する赤外光撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分離された可視光を撮像する可視光撮像素子とを備えたことを特徴とする。
また、前記照明手段は、少なくとも３種類の励起光源を備えるとともに任意の２種類の励起光を同時に照射可能であることを特徴とする。
また、前記コントローラユニットは、前記白色光源、前記励起光源、前記フィルタのオン・オフを制御する制御手段と、前記赤外光撮像素子と前記可視光撮像素子からの信号を処理して赤外光画像、可視光画像、赤外光画像と可視光画像の合成画像の信号を生成する映像処理手段とを備えたことを特徴とする。
また、前記照明手段は、インドシアニングリーン、５－アミノレブリン酸、フルオレセインの励起波長に対応する３種類の励起光源を備えたことを特徴とする。
本発明の蛍光観察カメラシステムによれば、１台の装置で多様な蛍光試薬に対応でき、さらに、同時に異なる種類の組織を検出することができる。
以下、本発明の蛍光観察カメラシステムの実施例について、添付した図面を参照しながら説明する。
本実施例の蛍光観察カメラシステムのカメラユニットの外観図である図１において、１は被写体を撮像するためのカメラユニットであり、カメラユニット１の前面には、被写体から赤外光と可視光を集光するレンズ２が設けられている。また、レンズ２の周囲には、照明手段３が環状に配置されており、照明手段３によって、レンズ２が向いた前方に光が照射されるようになっている。一方、照明手段３の後方は、使用者が把持しやすいように、断面略長方形状に形成されている。また、カメラユニット１の後部には、後述するコントローラユニットと電気的に接続するためのコード４が設けられている。
カメラユニットの正面図である図２において、照明手段３は、環状に等間隔で配置された１２個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えている。１２個のＬＥＤのうち、４つはインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を励起するための近赤外光を発光する励起光源としての近赤外ＬＥＤ ３ａ、４つは５－アミノレブリン酸（５－ＡＬＡ）を励起するための励起光源としての波長約４０５ｎｍの可視光を発光する第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、２つはフルオレセインを励起するための励起光源としての波長約４７０ｎｍの可視光を発光する第２の可視光ＬＥＤ ３ｃ、残りの２つは補助照明用の白色光を発光する白色光源としての白色ＬＥＤ ３ｄである。これら４種類のＬＥＤは、種類ごとの単独発光と、任意の複数の種類の組み合わせの同時発光を選択可能になっており、任意の２種類以上の励起光を同時に照射可能になっている。また、いずれの発光条件においても、被写体に均一に光が照射されるように、同一種類のＬＥＤは相互に最も遠い位置に配置されている。
光学的構成と電気的構成のブロック図である図３において、カメラユニット１の近赤外ＬＥＤ ３ａ、第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、第２の可視光ＬＥＤ ３ｃ、白色ＬＥＤ ３ｄの光は被写体に反射して、赤外光と可視光としてレンズ２により集光される。レンズ２により集光された赤外光と可視光のうち、励起光の成分は、フィルタ４により除去され、フィルタ４を通過した赤外光と可視光は、ビームスプリッタ５により分離される。ビームスプリッタ５により分離された赤外光は、赤外光撮像素子８により撮像され、ビームスプリッタ５により分離された可視光は、可視光撮像素子９により撮像され、それぞれ電気的な信号に変換される。そして、それぞれの信号は、ドライバー８，９により外部に出力される。
21は、カメラユニット１の制御を行うためのコントローラユニットであり、カメラユニット１から出力された信号は、映像処理手段22に入力される。映像処理手段22は、入力された信号を処理して赤外光画像、可視光画像、又は赤外光画像と可視光画像を合成した合成画像の信号を生成する。これらの画像の信号は、出力インターフェース23，24からモニタに向けて出力され、画像がモニタに表示される。
また、コントローラユニット21は、映像処理手段22や、カメラユニット１のドライバー８，９、制御基盤10の制御を行うための制御手段としての制御基盤25を備えている。制御基盤25の動作は、カメラユニット１に設けられたキー基盤11と、コントローラユニット２に設けられたキー基盤26へのパネル操作によって切り替えることができるようになっている。また、カメラユニット１の制御基盤10は、コントローラユニット２の制御基盤25からの指令に基づき、近赤外ＬＥＤ ３ａ、第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、第２の可視光ＬＥＤ
３ｃ、白色ＬＥＤ ３ｄのオン・オフと制御し、同時にこれらのＬＥＤのオン・オフに連動してフィルタ４のオン・オフを制御するようになっている。
３ｃ、白色ＬＥＤ ３ｄのオン・オフと制御し、同時にこれらのＬＥＤのオン・オフに連動してフィルタ４のオン・オフを制御するようになっている。
このほか、カメラユニット１の電源12は、コントローラユニット２の電源27から供給され、コントローラユニット２の電源27は、ＡＣアダプタ28から供給されるようになっている。
つぎに、図４に基づき、カメラユニット１の照明手段３の光源である近赤外ＬＥＤ ３ａ、第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、第２の可視光ＬＥＤ ３ｃ、白色ＬＥＤ ３ｄの点灯パターンについて説明する。
図４Ａは、ＩＧＣの励起光源である近赤外ＬＥＤ ３ａのみを点灯させたときの説明図であり、実線の丸が点灯しているＬＥＤ、破線の丸が消灯しているＬＥＤを示している。この点灯パターンにおいては、波長８３０ｎｍにピークを有する近赤外のＩＧＣの蛍光が赤外光撮像素子６により撮像され、モニタに表示される。
図４Ｂは、５－ＡＬＡの励起光源である第１の可視光ＬＥＤ ３ｂのみを点灯させたときの説明図である。この点灯パターンにおいては、波長６３５ｎｍにピークを有する赤色の５-ＡＬＡの蛍光が可視光撮像素子９により撮像され、モニタに表示される。
図４Ｃは、フルオレセインの励起光源である第２の可視光ＬＥＤ ３ｃのみを点灯させたときの説明図である。この点灯パターンにおいては、波長５２１ｎｍにピークを有する緑色のフルオレセインの蛍光が可視光撮像素子９により撮像され、モニタに表示される。
図４Ｄは、ＩＧＣの励起光源である近赤外ＬＥＤ ３ａと、５－ＡＬＡの励起光源である第１の可視光ＬＥＤ ３ｂを同時に点灯させたときの説明図である。この点灯パターンにおいては、波長８３０ｎｍにピークを有する近赤外のＩＧＣの蛍光が赤外光撮像素子６により撮像され、白黒の画像としてモニタに表示されるとともに、波長６３５ｎｍにピークを有する赤色の５-ＡＬＡの蛍光が可視光撮像素子９により撮像され、モニタに表示される。
図４Ｅは、ＩＧＣの励起光源である近赤外ＬＥＤ ３ａと、フルオレセインの励起光源である第２の可視光ＬＥＤ ３ｃを同時に点灯させたときの説明図である。この点灯パターンにおいては、波長８３０ｎｍにピークを有する近赤外のＩＧＣの蛍光が赤外光撮像素子６により撮像され、モニタに表示されるとともに、波長５２１ｎｍにピークを有する緑色のフルオレセインの蛍光が可視光撮像素子９により撮像され、モニタに表示される。
図４Ｆは、５－ＡＬＡの励起光源である第１の可視光ＬＥＤ ３ｂと、フルオレセインの励起光源である第２の可視光ＬＥＤ ３ｃを同時に点灯させたときの説明図である。この点灯パターンにおいては、波長６３５ｎｍにピークを有する赤色の５-ＡＬＡの蛍光と、波長５２１ｎｍにピークを有する緑色のフルオレセインの蛍光が可視光撮像素子９により撮像され、モニタに表示される。
図４Ｇは、第２の可視光ＬＥＤ ３ｃと、補助照明用の白色光を発光する白色光源としての白色ＬＥＤ ３ｄを同時に点灯させたときの説明図である。この点灯パターンにおいては、本実施例で用いた白色ＬＥＤ ３ｄの発光スペクトルにおいて強度の弱い波長４７０ｎｍ近傍の領域の発光を、波長約４７０ｎｍの可視光を発光する第２の可視光ＬＥＤ ３ｃの発光で補完することになり、より自然な色相の補助照明となる。
このように、近赤外ＬＥＤ ３ａ、第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、第２の可視光ＬＥＤ ３ｃの点灯を組み合わせ、フィルタ４により除去される波長領域を適宜選択して被写体から反射した励起光を除去することにより、ＩＧＣと５－ＡＬＡの蛍光を同時に観察したり、ＩＧＣとフルオレセインの蛍光を同時に観察したり、５－ＡＬＡとフルオレセインの蛍光を同時に観察したりすることができる。或いは、３種類の蛍光を同時に観察することもできる。例えば、照明手段３のすべてのＬＥＤを点灯させ、フィルタ４で３種類の被写体から反射した励起光を除去すれば、同時に３種類の蛍光を観察することができる。
なお、フィルタ４は、複数の波長領域の被写体から反射した励起光を除去するため、複数のフィルタを組み合わせ、それぞれをオン・オフすることができるように構成されている。また、照明手段３の点灯パターンとフィルタ４により除去される波長領域の組み合わせは、予めコントローラユニット21の制御基盤25にプログラミングされており、キー基盤11，26のパネル操作により希望する点灯パターンを選択するだけで、簡単に操作することができるようになっている。
以上のように、本実施例の蛍光観察カメラシステムは、被写体を撮像するためのカメラユニット１と、このカメラユニット１の制御を行うためのコントローラユニット21とを備え、前記カメラユニット１は、被写体から赤外光と可視光を集光するレンズ２と、このレンズ２の周囲に環状に配置され白色光源としての白色ＬＥＤ ３ｄと少なくとも２種類の励起光源としての近赤外ＬＥＤ ３ａ、第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、第２の可視光ＬＥＤ
３ｃを備えるとともに２種類の励起光を同時に照射可能な照明手段３と、前記レンズ２を通過した被写体から反射した励起光を除去するフィルタ４と、このフィルタ４を通過した赤外光と可視光を分離するビームスプリッタ５と、このビームスプリッタ５により分離された赤外光を撮像する赤外光撮像素子６と、前記ビームスプリッタ５により分離された可視光を撮像する可視光撮像素子７とを備えたものである。
３ｃを備えるとともに２種類の励起光を同時に照射可能な照明手段３と、前記レンズ２を通過した被写体から反射した励起光を除去するフィルタ４と、このフィルタ４を通過した赤外光と可視光を分離するビームスプリッタ５と、このビームスプリッタ５により分離された赤外光を撮像する赤外光撮像素子６と、前記ビームスプリッタ５により分離された可視光を撮像する可視光撮像素子７とを備えたものである。
また、前記照明手段３は、少なくとも３種類の励起光源としての近赤外ＬＥＤ ３ａ、第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、第２の可視光ＬＥＤ ３ｃを備えるとともに任意の２種類の励起光を同時に照射可能であることを特徴とする。
また、前記コントローラユニット21は、前記白色ＬＥＤ ３ｄ、前記近赤外ＬＥＤ ３ａ、前記第１の可視光ＬＥＤ ３ｂ、前記第２の可視光ＬＥＤ ３ｃ、前記フィルタ４のオン・オフを制御する制御手段としての制御基盤25と、前記赤外光撮像素子６と前記可視光撮像素子７からの信号を処理して赤外光画像、可視光画像、赤外光画像と可視光画像の合成画像の信号を生成する映像処理手段22とを備えたものである。
さらに、前記照明手段３は、インドシアニングリーン、５－アミノレブリン酸、フルオレセインの励起波長に対応する３種類の励起光源を備えたものである。
本実施例の蛍光観察カメラシステムによれば、１台の装置で多様な蛍光試薬に対応でき、さらに、同時に異なる種類の組織を検出することができる。
１ カメラユニット
２ レンズ
３ 照明手段
３ｄ 白色ＬＥＤ（白色光源）
３ａ 近赤外ＬＥＤ（励起光源）
３ｂ 第１の可視光ＬＥＤ（励起光源）
３ｃ 第２の可視光ＬＥＤ（励起光源）
４ フィルタ
５ ビームスプリッタ
６ 赤外光撮像素子
７ 可視光撮像素子
21 コントローラユニット
25 制御基盤（制御手段）
22 映像処理手段
２ レンズ
３ 照明手段
３ｄ 白色ＬＥＤ（白色光源）
３ａ 近赤外ＬＥＤ（励起光源）
３ｂ 第１の可視光ＬＥＤ（励起光源）
３ｃ 第２の可視光ＬＥＤ（励起光源）
４ フィルタ
５ ビームスプリッタ
６ 赤外光撮像素子
７ 可視光撮像素子
21 コントローラユニット
25 制御基盤（制御手段）
22 映像処理手段
Claims (4)
- 被写体を撮像するためのカメラユニットと、このカメラユニットの制御を行うためのコントローラユニットとを備え、前記カメラユニットは、被写体から赤外光と可視光を集光するレンズと、このレンズの周囲に配置され２種類の励起光を同時に照射可能な照明手段と、前記レンズを通過した被写体から反射した励起光を除去するフィルタと、このフィルタを通過した赤外光と可視光を分離するビームスプリッタと、このビームスプリッタにより分離された赤外光を撮像する赤外光撮像素子と、前記ビームスプリッタにより分離された可視光を撮像する可視光撮像素子とを備えた蛍光観察カメラシステムにおいて、前記照明手段は、前記レンズの周囲に環状に等間隔で配置された複数の光源を備え、前記光源は、複数の白色光源と少なくとも３種類のそれぞれ複数の励起光源から構成されるとともに、同一種類の光源は相互に最も遠い位置に配置され、前記励起光源は、第１の励起光源、第２の励起光源、第３の励起光源を備え、少なくとも、前記第１の励起光源のみが点灯する点灯パターンと、前記第２の励起光源のみが点灯する点灯パターンと、前記第３の励起光源のみが点灯する点灯パターンと、前記第１の励起光源と前記第２の励起光源が同時に点灯する点灯パターンと、前記第１の励起光源と前記第３の励起光源が同時に点灯する点灯パターンと、前記第２の励起光源と前記第３の励起光源が同時に点灯する点灯パターンとを選択することができるように構成され、前記照明手段の点灯パターンと前記フィルタにより除去される波長領域の組み合わせは、予め前記コントローラユニットにプログラミングされており、前記カメラユニットに設けられたキー基盤のパネル操作と、前記コントローラユニットに設けられたキー基盤のパネル操作によって、希望する点灯パターンを選択することができるように構成されたことを特徴とする蛍光観察カメラシステム。
- 前記照明手段は、少なくとも２種類の励起光源をそれぞれ４つ備えたことを特徴とする請求項１記載の蛍光観察カメラシステム。
- 前記コントローラユニットは、前記白色光源、前記励起光源、前記フィルタのオン・オフを制御する制御手段と、前記赤外光撮像素子と前記可視光撮像素子からの信号を処理して赤外光画像、可視光画像、赤外光画像と可視光画像の合成画像の信号を生成する映像処理手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光観察カメラシステム。
- 前記照明手段は、インドシアニングリーン、５－アミノレブリン酸、フルオレセインの励起波長に対応する３種類の励起光源を備えたことを特徴とする請求項２又は３記載の蛍光観察カメラシステム。
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