電子内視鏡システム
【課題】通常観察用の光源とＰＤＴ用の光源とを同一の装置内に配置することができ、かつ、これら２つの光源以外の第３の光源を設ける場合に適切なシステムを提供すること。
【解決手段】内視鏡挿入部１ａの先端には、対物レンズ１１と、この対物レンズ１１により形成される対象物の像を撮像する撮像素子１２とが設けられている。光源プロセッサ装置１ｂには、白色光源３１、ＰＤＴに用いられる治療用光源３２、体腔内の組織を励起させるための紫外線を発生する励起光源３３と、可視域のマーカー用の光を発するマーカー用光源３４とを備えている。内視鏡挿入部１ａには、白色光源からの光束を先端に導いて配光レンズ２１を介して体腔内の組織に照射させるライトガイド２２と、治療用光源または励起光源、マーカー用光源からの光を導いて切替レンズ２３を介して照射させる治療用プローブ２４とが引き通されている。
【解決手段】内視鏡挿入部１ａの先端には、対物レンズ１１と、この対物レンズ１１により形成される対象物の像を撮像する撮像素子１２とが設けられている。光源プロセッサ装置１ｂには、白色光源３１、ＰＤＴに用いられる治療用光源３２、体腔内の組織を励起させるための紫外線を発生する励起光源３３と、可視域のマーカー用の光を発するマーカー用光源３４とを備えている。内視鏡挿入部１ａには、白色光源からの光束を先端に導いて配光レンズ２１を介して体腔内の組織に照射させるライトガイド２２と、治療用光源または励起光源、マーカー用光源からの光を導いて切替レンズ２３を介して照射させる治療用プローブ２４とが引き通されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体腔内等の対象部位の画像を撮像素子により電子的に撮影して表示させる電子内視鏡システムに関し、特に、光線力学治療(以下、ＰＤＴとする)が可能なシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡システムは、光源装置から発する白色光により対象物を照明し、内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される対象物の像を撮像素子により撮像し、この撮像素子から出力される映像信号を画像処理装置により処理して外部のモニター画面に表示する。操作者は、モニター画面に動画、または静止画として表示される画像を観察して撮影対象部位の状態を把握する。
【０００３】
また、早期肺癌、表在性食道癌、表在性早期胃癌等の早期癌の治療法として内視鏡的ＰＤＴが広く用いられている。これは、患者に光感受性物質のフォトフリンが癌細胞に特異的に集積する性質を利用し、フォトフリンを静脈注射で投与し、所定時間後に、腫瘍部位に長波長(例えば６８０ｎｍ)の比較的高強度のレーザーを照射し、腫瘍内に取り込まれた光感受性物質を励起し、癌細胞を壊死させる技術である。
【０００４】
特許文献１には、内視鏡用照明装置からの白色光を照明用のファイババンドルを介して内視鏡先端に導くと共に、光線力学診断(以下、ＰＤＤという)及びＰＤＴ用の特定の波長を発する光線力学的診断・治療用光線装置からの光束を鉗子チャンネルに引き通したライトガイドを介して内視鏡先端に導く内視鏡装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９９９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される内視鏡装置は、内視鏡用照明装置と光線力学的診断・治療用光線装置とがそれぞれ独立した装置として設けられているため、システム全体をコンパクトに構成することができないという問題がある。また、特許文献１に開示される内視鏡装置は２つの光源装置を備えているが、例えば自家蛍光を観察するための励起光源等の第３の光源を設ける場合の構成については示唆がない。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、通常観察用の光源とＰＤＴ用の光源とを同一の装置内に配置することができ、かつ、これら２つの光源以外の第３の光源を設ける場合に適切なシステムを提供することを目的(課題)とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために案出された本発明の電子内視鏡システムは、内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される体腔内の組織の像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、照明用の白色光を発する第１光源と、光線力学治療に用いられる治療光を発する第２光源と、第１，第２光源とは異なる目的で光を発する第３光源と、これらの第１，第２，第３光源を内蔵する単体の光源装置と、第１光源からの光束を内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させるライトガイドと、第２光源または第３光源からの光束を導いて体腔内の組織に照射させる治療用プローブと、治療用プローブに第２光源からの治療光と第３光源からの光のいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第３光源は、体腔内の組織を励起させる励起光を発する励起光源として構成することができる。この場合には、励起光をライトガイドと治療用プローブとのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段を備えることが望ましい。また、治療用プローブと第３光源との間に配置され、治療用プローブを介して戻る光を励起光の光路から分離する光路分離手段と、分離された光を受光してそのスペクトルを分析する分光器とをさらに備えることが望ましい。
【００１０】
一方、第３光源としては、上記の励起光源に代えて、あるいは、上記の励起光源に加えて、可視域のマーカー用の光を発するマーカー用光源を設けることもできる。
【００１１】
第３光源を励起光源として用いる際にも、マーカー用光源として用いる際にも、治療用プローブの先端に、この治療用プローブを介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系を設けることが望ましい。照射範囲切替光学系は、第２光源からの治療光を照射する際には照射範囲を広くし、第３光源からの光を照射する際には照射範囲を狭くするよう制御されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子内視鏡システムによれば、白色光を発する第１光源と、ＰＤＴ用の治療光を発する第２光源とを同一の光源装置内に設けることができるため、それぞれの光源について独立した光源装置を用いる場合と比較して、システム全体の構成をコンパクトにすることができる。また、光源装置に第３光源を含ませる場合にも、ＰＤＴ用の治療光を照射する治療用プローブを第３光源からの光を伝達するのに兼用することにより、徒にライトガイドの数を増やすことなく、適切なシステムを構築することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付図面に基づいて、本発明を実施するための形態を説明する。図１は、実施形態の電子内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示されるように、この電子内視鏡システム１は、体腔内に挿入されるために細長く形成された内視鏡挿入部１ａと、この挿入部に接続された光源プロセッサ装置１ｂとから構成されている。図１は、内視鏡挿入部１ａの先端部分の構成と、光源プロセッサ装置１ｂ内の各回路の接続関係とを示している。
【００１５】
内視鏡挿入部１ａの先端には、対物レンズ１１と、この対物レンズ１１により形成される対象物の像を撮像するＣＣＤイメージセンサ等の電荷蓄積型の撮像素子１２とから構成される撮像光学系１０が設けられている。光源プロセッサ装置(光源装置)１ｂには、後述する第１，第２，第３光源が設けられており、内視鏡挿入部１ａには、第１光源からの光束を先端に導いて配光レンズ２１を介して体腔内の組織に照射させるライトガイド２２と、第２光源または第３光源からの光束を導いて切替レンズ２３を介して体腔内の組織に照射させる治療用プローブ２４とが引き通されている。
【００１６】
第１光源は、照明用の白色光を発するキセノンランプ等の白色光源３１である。第２光源は、ＰＤＴに用いられる波長６３０ｎｍの治療光を発する半導体レーザー等の治療用光源３２である。また、第３光源は、第１，第２光源とは異なる目的で光を発するものであり、この例では、体腔内の組織を励起させるための波長３２０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線を発生する半導体レーザー等の励起光源３３と、可視域(例えば波長６６０ｎｍ)のマーカー用の光を発するマーカー用光源３４とを備えている。これらの光源は同一の光源プロセッサ装置１ｂ内に配置されているため、独立した光源装置を用いる場合と比較して、システム全体の構成をコンパクトにすることができる。
【００１７】
励起光源３３は、体腔内の組織の自家蛍光を発生させて蛍光撮影するための励起光を発する光源として使用されると共に、事前に生体に投与された光感受性物質を励起して光線力学診断(ＰＤＤ)を行うためのＰＤＤ用光源としても利用される。
【００１８】
対物レンズ１１と撮像素子１２との間には、励起光源３３から発する励起光に相当する波長成分を除去するための励起光カットフィルタ１３が組み込まれている。励起光カットフィルタは、図２に示すように、励起光を遮断し、励起光より長い波長の光を透過させる特性を有しており、これにより、蛍光撮影時に撮像素子１２に励起光が入射するのを防ぎ、蛍光画像のみの撮影が可能となる。
【００１９】
白色光源３１とライトガイド２２とを結ぶ直線的な光路上には、回転により白色光を断続的に透過させるロータリーシャッタ３５、白色光の光量を調整するための絞り３６、第１ハーフミラー３７、集光レンズ３８が光源側から順に配置されている。
【００２０】
第１ロータリーシャッタ３５は、図３に平面形状を示すように、中心角約１８０°の扇形の開口３５ａが形成された円板であり、集光レンズ３８の光軸に対して直交し且つオフセットした状態で、第１モータ５１の回転軸に固定されている。開口３５ａの径方向のサイズは、白色光の径より大きく設定されており、第１モータ５１を駆動してロータリーシャッタ３５を回転させることにより、撮影時に画像信号のフレームやフィールドの切り替えに同期して白色光がオン／オフされる。ロータリーシャッタ３５を透過した白色光源３１からの白色光の一部は、第１ハーフミラー３７を透過して集光レンズ３８により集光されてライトガイド２２に入射する。
【００２１】
ロータリーシャッタ３５は、第１モータ５１と共にスライド台３９に取り付けられており、第２モータ５２を駆動することにより、ロータリーシャッタ３５を図１に示す光路中の設定位置と、図中上側に光路からから外れた待避位置との間で切り替えられる。絞り３６は、第３モータ５３により駆動され、その開口径を変化させる。
【００２２】
光源プロセッサ装置１ｂ内には、治療用プローブ２４の端部に対向する位置に配置可能な第１光路切替ユニット４０が設けられている。第１光路切替ユニット４０は、ミラー及び集光レンズを備え、第４モータ５４により駆動され、治療用プローブ２４の中心軸に対して垂直な方向に敷設されたレール４１に沿って、治療用プローブ２４の中心軸上に位置する光路中の設定位置と、図１に示されるように光路から下側に外れた待避位置との間で切り替えられる。
【００２３】
励起光源３３とマーカー用光源３４とは、共通の光源ユニット内に並列して設けられており、それぞれの光源から発したレーザー光は、入射側が二股に分岐して射出側が統合された光ファイバ束４２により共通の光路にまとめられ、第２光路切替ユニット４３に入射する。第２光路切替ユニット４３は、光ファイバ束４２から射出される発散光を幅広の平行光に変換して第１ハーフミラー３７に入射させるレンズ系４３ａと、光ファイバ束４２から射出される発散光を収束させてから反射させて治療用プローブ２４に入射させるミラー系４３ｂとを備えている。第２光路切替ユニット４３は、第５モータ５５により駆動され、治療用プローブ２４の中心軸の方向に敷設されたレール４３ｃに沿って、励起光源３３またはマーカー用光源３４からのレーザー光を第１ハーフミラー３７を介してライトガイド２２に入射させる図１に示す第１の位置と、図中右側に移動してレーザー光をミラー系４３ｂで治療用プローブ２４側に反射させる第２の位置との間で切り替えられる。
【００２４】
白色光源３１から発する白色光は、絞り３６が開いており、ロータリーシャッター３５が待避位置にある場合には連続的にライトガイド２２に入射し、ロータリーシャッター３５が光路内の設定位置にあって回転している際には断続的にライトガイド２２に入射する。治療用光源３２から発する治療光は、第１光路切替ユニット４０が光路中の設定位置にある場合には治療用プローブ２４に入射する。励起光源３３から発する励起光は、第２光路切替ユニット４３が第１の位置にある場合にはライトガイド２２に入射し、第１光路切替ユニット４０が待避位置にあって第２の光路切替ユニット４３が第２の位置にある場合には治療用プローブ２４に入射する。マーカー用光源３４から発するマーカー用光束は、第１光路切替ユニット４０が待避位置にあって第２の光路切替ユニット４３が第２の位置にある場合に治療用プローブ２４に入射する。
【００２５】
すなわち、白色光は、ライトガイド２２のみに入射し、治療光、マーカー光は治療用プローブ２４のみに入射し、励起光は、ライトガイド２２または治療用プローブ２４に入射する。第１光路切替ユニット４０は、治療用プローブ２４に対して、治療用光源３２からの治療光と、励起光源３３またはマーカー用光源３４からのレーザー光とのいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段としての機能を有する。また、第２光路切替ユニットは、励起光をライトガイド２２と治療用プローブ２４とのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段としての機能を有している。
【００２６】
第１光路切替ユニット４０の設定位置と第２光路切替ユニット４３との間の光路中には、第２ハーフミラー４４が配置されている。第２ハーフミラー４４は、励起光を照射することより励起した組織から発する蛍光のスペクトルを測定する際に、治療用プローブ２４を介して戻る光(蛍光)を励起光の光路から分離する光路分離手段として機能する。分離された光は、ミラー４５、励起光カットフィルタ４６を介して分光器４７に入射する。
【００２７】
なお、治療用プローブ２４の先端側に配置された切替レンズ２３は、図４に拡大して示したように、治療用プローブ２４を介して導かれた光束を細いビームとして体腔内の組織に局所的に照射させるビーム照射用レンズ２３ａと、光束をビームよりは広いが配光レンズ２１を介した白色光の照明範囲よりは狭い領域に照射させる狭角照射用レンズ２３ｂとを備えている。これらのレンズは２３ａ，２３ｂは、一体に磁性体を有するレンズ枠２５に収納され、レンズ枠２５の両側に一対設けられた磁気コイル２６ａ，２６ｂの一方に電流を流すことにより、いずれか一方が光路中に配置される。具体的には、治療用プローブ２４に励起光あるいはマーカー光を入射させる場合には、ビーム照射用レンズ２３ａが光路中に配置され、治療光を入射させる場合には、狭角照射用レンズ２３ｂが光路中に配置される。切替レンズ２３は、治療用プローブ２４を介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系としての機能を果たしている。
【００２８】
治療用プローブ２４を介して導かれる励起光は、ビーム照射用レンズ２３ａが選択されている場合、体腔内の組織の局所的な部分に照射され、その部分を励起させる。そして、励起した部分から発した蛍光と反射した励起光とがビーム照射用レンズ２３ａ及び治療用プローブ２４を戻り、第２ハーフミラー４４で反射され、ミラー４５で反射され、励起光カットフィルター４６により励起光がカットされ、蛍光のみが分光器４７に入射する。分光器４７は蛍光のスペクトル分布を数値化して画像処理回路６９へ出力する。自家蛍光を発する物質はNADH、コラーゲン、フラビンなどがあり、それぞれ発光するスペクトルが異なるため、分光測定によりスペクトル分布がわかると、その部分の物質を特定することができる。
【００２９】
一方、治療用プローブ２４を介して導かれるマーカー光は、ビーム照射用レンズ２３ａが選択されている場合、励起光が照射されるのと同一の部分に照射され、その部分を赤く表示する。したがって、白色光で照明してカラー画像を撮像する際にマーカー光を照射すると、分光測定の対象となる部位をカラー画像内で特定することができる。術者は、マーカー光を測定したい部位に合わせることにより、その部位の蛍光の分光測定をすることができる。
【００３０】
図５及び図６は、切替レンズの他の例を示したものである。この例の切替レンズ２３Ａは、光軸方向に並ぶ２つのレンズを備え、一方を治療用プローブ２４の端部に隣接した固定レンズ２３ｃとし、他方を永久磁石が設けられたレンズ枠２５Ａに収納された移動レンズ２３ｄとしている。固定レンズ２３ｃの周囲に配置された磁気コイル２６への通電方向を切り替えることにより、永久磁石に対して吸着力、反発力を作用させ、移動レンズ２３ｄを光軸方向に移動させる。図５に示すように、移動レンズ２３ｄが固定レンズ２３ｃから離れた位置にある場合には、光束を細いビームとして照射させ、図６に示すように、移動レンズ２３ｄが固定レンズ２３ｃに近接した位置にある場合には、光束をビームよりは広いが配光レンズ２１を介した白色光の照明範囲よりは狭い領域に照射させる。
【００３１】
次に、撮像光学系１０により撮像された画像信号を処理し、各光源３１〜３４や各モータ５１〜５５を制御する電気系統の構成について説明する。電子内視鏡システム１の電気系統は、全体の制御を司るシステムコントローラ６０を中心に、第１〜第５モータ５１〜５５をそれぞれ駆動する第１〜第５ドライバ６１〜６５、撮影時に画像信号のフレームやフィールドの切り替える同期信号を出力するタイミングコントローラ６６、このタイミングコントローラ６６からの信号に同期して撮像素子１２を駆動する駆動信号を出力するＣＣＤドライバ６７を備えている。ロータリーシャッタ３５用の第１モータ５１、治療用光源３２、励起光源３３及びマーカー用光源３４は、タイミングコントローラ６６からの同期信号により制御され、他のモータ用のドライバはシステムコントローラ６０により制御される。
【００３２】
また、画像信号の処理系として、撮像素子１２から出力される映像信号を処理する前段信号処理回路６８、この前段信号処理回路６８で処理され出力されたデジタルの映像信号を演算処理する画像処理回路６９、この画像処理回路６９で演算された映像信号をモニター７１に表示するための規格化映像信号に変換して出力する後段信号処理回路７０を備える。
【００３３】
画像処理回路６９は、図７に示すように、前段映像信号処理回路６８からの画像データをフィールド毎に一時記憶する第１、第２画像メモリ６９ａ，６９ｂと、タイミングコントローラ６６からの同期信号に基づいて、これらの画像メモリ６９ａ，６９ｂへのデータの読み書きを制御するメモリコントローラ６９ｃと、画像メモリ６９ａ，６９ｂから読み出したデータによりモニター７１に表示すべき画像を形成するスキャンコンバータ６９ｄとを備えている。なお、分光器４７の出力は、レジスタ４７ａを介して第２画像メモリ６９ｂに入力される。
【００３４】
さらに、内視鏡挿入部に接続される操作部には、動作モードを通常観察モード、蛍光観察モード、通常観察／分光測定モード、蛍光観察／ＰＤＴモードとの間で切り替えるためのモード切替スイッチ７２が設けられている。このスイッチは、内視鏡による観察、治療時に操作者(術者)により操作される。
【００３５】
次に、上記のように構成された電子内視鏡システム１の動作を説明する。システムの電源が投入されると、システムコントローラ６０が起動し、白色光源３１が点灯する。システムコントローラ６０は、モード切替スイッチ７１の設定を読み込み、各観察モードに合わせて各部を制御する。以下、通常観察モード、蛍光観察モード、通常観察／分光測定モード、蛍光観察／ＰＤＴモードの順に動作を図８に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００３６】
通常観察モードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第２ドライバ６２を介して第２モータ５２を制御してロータリーシャッター３５を光路外に待避させ、第３ドライバ６３を介して第３モータ５３を制御して絞り３６を開く。これにより、白色光源２１から発した照明光が連続的にライトガイド２２を介して内視鏡先端部に届き、配光レンズ２１を介して体腔内の組織を照明する。白色光により照明された組織からの反射光は、撮像光学系１０に取り込まれて組織のカラー画像を形成する。通常観察モードにおける撮像素子１２による撮像のタイミングは図８のＡに示されている。ＮＴＳＣのインターレース方式に準拠し、１秒間に３０フレーム、６０フィールド分の画像を撮像し、次のフィールドの撮像中に前のフィールドのデータを転送する。画像データは、フィールド毎に画像メモリ６９ａ、６９ｂに順次記憶され、１フィールド分のデータが揃った時点でスキャンコンバータ６９ｄにより合成されて１フレーム分の画像データとして出力される。この結果、通常撮影モードでは、体腔内の組織のカラー映像がモニター７１上に動画で表示される。
【００３７】
蛍光観察モードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第２ドライバ６２を介して第２モータ５２を制御してロータリーシャッター３５を光路中に設定し、第３ドライバ６３を介して第３モータ５３を制御して絞り３６を開き、第５ドライバ６５を介して第５モータを制御して第２光路切替ユニット４３を図１に示す第１の位置に設定する。また、タイミングコントローラ６６からの同期信号により、第１ドライバ６１を介して第１モータ５１を駆動してロータリーシャッター３５を回転させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５を透過する間は励起光源３３を消灯させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５により遮断される間は励起光源３３を発光させる。これにより、白色光源３１から発した白色光と、励起光源３３から発した励起光とが交互にライトガイド２２に入射する。
【００３８】
励起光が照射されている期間は励起された組織からの蛍光が励起光と共に撮像光学系１０に入射するが、励起光は励起光カットフィルタ１３により遮断されるため、蛍光のみが撮像素子１２に到達し、蛍光画像の信号が得られる。なお、蛍光画像には、生体組織の励起による緑色の自家蛍光と、ＰＤＤにより癌細胞に滞留した光感受性物質から発生する赤色の蛍光とが含まれる。ＰＤＤを実施する場合には、検査を始める前に光感受性物質(フォトフィリン)を体内に静脈注射投与しておく。フォトフィリンは、一定時間後には正常細胞からは流れ出すが、腫瘍部には滞留する。このため、短波長の励起光を照射してフォトフィリンを励起すると、赤色の蛍光が発生し、腫瘍部の特定が容易となる。
【００３９】
一方、白色光が照射されている期間は、組織からの反射光が撮像素子１２に到達する。撮像素子１２は、図８Ｂに示すようなタイミングでフィールド毎に通常画像(カラー画像)の撮像と、蛍光画像の撮像及びＰＤＤとを繰り返す。これにより、フィールド毎に通常画像のデータと蛍光画像及びＰＤＤのデータとが画像メモリ６９ａ、６９ｂに記憶されるが、これらは通常の画像データのようにインターレースの処理をせず、それぞれ独立した画面を表示するように１フィールド分の画像データで公知の補間処理を行って１フレームの画面データを生成する。
【００４０】
モニター７１には、図９に示すように、通常画像(カラー画像)と蛍光画像とが並べて表示される。図７の蛍光画像では、中央の濃度が濃い部分がフォトフィリンによる赤色の蛍光、その周囲が緑色の自家蛍光を示している。
【００４１】
通常観察／分光測定モードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第２ドライバ６２を介して第２モータ５２を制御してロータリーシャッター３５を光路中に設定し、第４ドライバ６４を介して第４モータ５４を制御して第１光路切替ユニット４０を待避位置に設定し、第５ドライバ６５を介して第５モータを制御して第２光路切替ユニット４３を第２の位置に設定する。また、図示せぬドライバを介して磁気コイル２６ａに通電することによりビーム照射用レンズ２３ａを光路中に設定する。さらに、図８Ｃに示すように、タイミングコントローラ６６からの同期信号により、第１ドライバ６１を介して第１モータ５１を駆動してロータリーシャッター３５を回転させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５を透過する間はマーカー用光源３４を発光、励起光源３３を消灯させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５により遮断される間は励起光源３３を発光、マーカー用光源３４を消灯させる。
【００４２】
これにより、白色光源３１から発した白色光がライトガイド２２及び配光レンズ２１を介して体腔内の組織を照明している期間には、マーカー用光源３４から発したマーカー光が治療用プローブ２４及びビーム照射用レンズ２３ａを介して組織の一部を照射する。白色光が遮断されている期間には、励起光源３３から発した励起光が治療用プローブ２４及びビーム照射用レンズ２３ａを介して組織の一部を照射し、この部分の組織を励起する。そして、励起された部位から発した蛍光が、治療用プローブ２４、第２ハーフミラー４４、ミラー４５、励起光カットフィルタ４６を介して分光器４７に入射する。
【００４３】
撮像素子１２は、図８Ｃに示すようなタイミングで１フレーム内の一方のフィールドでのみ通常画像(カラー画像)を撮像する。他方のフィールドでは、分光器４７により測定されたスペクトル分布のデータがレジスタ４７ａを介して出力される。これにより、フィールド毎に通常画像のデータが第１画像メモリ６９ａに記憶され、スペクトル分布のデータが第２画像メモリ６９ｂに記憶される。通常画像のデータは、インターレースの処理をせず、１フィールド分の画像データで公知の補間処理を行って１フレームの画面データを生成する。また、スペクトル分布のデータは、図１０に示すようなグラフデータに変換される。
【００４４】
モニター７１には、図１１に示すように、マーカー光による赤色のポイントを含む通常画像(カラー画像)とスペクトル分布(分光特性)のグラフとが並べて表示される。
【００４５】
蛍光観察／ＰＤＴモードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第３ドライバ６３を介して第３モータ５３を制御して絞り３６を閉じて白色光を遮断し、第４ドライバ６４を介して第４モータ５４を制御して第１光路切替ユニット４０を光路中に設定し、第５ドライバ６５を介して第５モータを制御して第２光路切替ユニット４２を図１に示した第１の位置に設定する。また、図示せぬドライバを介して磁気コイル２６ｂに通電することにより狭角照射用レンズ２３ｂを光路中に設定する。さらに、タイミングコントローラ６６からの同期信号により、フィールド毎に治療用光源３２と励起光源３３とを交互に発光させる。
【００４６】
これにより、治療用光源３２は、図８Ｄに示すタイミングでフィールド毎にオンオフを繰り返し、治療光が治療用プローブ２４及び狭角照射用レンズ２３ｂを介して体腔内の組織に高出力で照射され、治療用光束が照射されない期間には励起光源３２から発した励起光がライトガイド２２及び配光レンズ２１を介して組織を照射する。
【００４７】
このように、フィールド毎に治療光と励起光とのオンオフを切り換え、励起光が照射される期間に撮像する。ＰＤＴの治療用光束が高出力で照射されている間は、撮像光学系１０に入射する反射光量が極めて大きく、撮像素子１２の出力は飽和するため、この期間は撮像素子１２の電荷は蓄積せずに捨てる。この間、生体組織の癌細胞に滞留しているフォトフィリンが照射された治療用光束の光エネルギーを吸収し、癌細胞を壊死させる。
【００４８】
励起光が照射されている期間は、励起された組織からの蛍光と励起光とが撮像光学系１０に入射する。ただし、励起光は励起光カットフィルタ１３により遮断されるため、蛍光のみが撮像素子１２に到達し、蛍光画像の信号が得られる。これにより、１フィールドおきに蛍光画像のデータが画像メモリ６９ａに記憶される。そして、１フィールド分の画像データで公知の補間処理を行って１フレームの画面データを生成する。
【００４９】
モニター７１には、ＰＤＴの開始時には、図１２に示すような画像が表示される。中心にはＰＤＤによる赤色の蛍光、その周囲には自家蛍光による緑色の蛍光画像が表示される。治療が進み、癌細胞が壊死すると、図１３に示すように、その部分の蛍光が弱くなり、黒く表示される。したがって、このモードでは、術者は治療部位の状態を観察しながら治療を行うことができる。なお、蛍光観察／ＰＤＴモードでは、画面の右上にＰＤＴの高出力の治療用レーザ光が照射されていることを術者が確実に認識できるように表示する。
【００５０】
一方、ＰＤＴの実行中に治療光が照射する範囲を知りたい場合には、図８Ｅに示すように、蛍光撮影のタイミングに合わせて治療用光源３２からの治療光を十分に低い強度で照射する。これにより、モニター上には、図１４に示すように中心部に治療光の照射範囲が赤く表示され、その周囲に緑色の自家蛍光の画像が表示される。ただし、この場合にはＰＤＤによる赤色の蛍光が識別しにくくなる。
【００５１】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、ＰＤＴ用の光源を通常の白色光源や励起光源と同一の光源装置内に格納することができ、システムのサイズをコンパクトにすることができる。また、治療光を照射するための治療用プローブを、分光測定のための励起光の照射と反射光の受光、マーカー光の照射にも利用することができるため、徒にライトガイドの数を増やすことなく、適切なシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による電子内視鏡システムの内部構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電子内視鏡システムに含まれる励起光カットフィルタの特性を示すグラフである。
【図３】図１の電子内視鏡システムに含まれるロータリーシャッタの平面図である。
【図４】図１の電子内視鏡システムに含まれる切替レンズの構成を示す断面図である。
【図５】図４に示した切替レンズの他の例を示す断面図である。
【図６】図５に示した切替レンズの他の状態を示す断面図である。
【図７】図１の電子内視鏡システムに含まれる画像処理装置の詳細を示すブロックズである。
【図８】図１の電子内視鏡システムにおける撮像タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察モードにおいてモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１０】図１の電子内視鏡システムの分光器の出力を示すグラフである。
【図１１】図１の電子内視鏡システムの通常観察／分光測定モードにおいてモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１２】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察／ＰＤＴモードにおいて治療開始時にモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１３】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察／ＰＤＴモードにおいて治療終了時にモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１４】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察／ＰＤＴモードにおいて治療光の照射範囲を確認する場合にモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電子内視鏡システム
１ａ 内視鏡挿入部
１ｂ 光源プロセッサ装置
１０ 撮像光学系
１１ 対物レンズ
１２ 撮像素子
１３ 励起光カットフィルタ
２２ ライトガイド
２３ 切替レンズ
２４ 治療用プローブ
３１ 白色光源
３２ 治療用光源
３３ 励起光源
３４ マーカー用光源
３５ ロータリーシャッタ
３７ ハーフミラー
３８ 集束レンズ
４０ 第１光路切替ユニット
４３ 第２光路切替ユニット
５１〜５５ 第１〜第５モータ
６０ システムコントローラ
６１〜６５ 第１〜第５ドライバ
６６ タイミングコントローラ
６８ 前段映像信号処理回路
６９ 画像処理回路
７０ 後段映像信号処理回路
７１ モニター
７２ モード切換スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体腔内等の対象部位の画像を撮像素子により電子的に撮影して表示させる電子内視鏡システムに関し、特に、光線力学治療(以下、ＰＤＴとする)が可能なシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡システムは、光源装置から発する白色光により対象物を照明し、内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される対象物の像を撮像素子により撮像し、この撮像素子から出力される映像信号を画像処理装置により処理して外部のモニター画面に表示する。操作者は、モニター画面に動画、または静止画として表示される画像を観察して撮影対象部位の状態を把握する。
【０００３】
また、早期肺癌、表在性食道癌、表在性早期胃癌等の早期癌の治療法として内視鏡的ＰＤＴが広く用いられている。これは、患者に光感受性物質のフォトフリンが癌細胞に特異的に集積する性質を利用し、フォトフリンを静脈注射で投与し、所定時間後に、腫瘍部位に長波長(例えば６８０ｎｍ)の比較的高強度のレーザーを照射し、腫瘍内に取り込まれた光感受性物質を励起し、癌細胞を壊死させる技術である。
【０００４】
特許文献１には、内視鏡用照明装置からの白色光を照明用のファイババンドルを介して内視鏡先端に導くと共に、光線力学診断(以下、ＰＤＤという)及びＰＤＴ用の特定の波長を発する光線力学的診断・治療用光線装置からの光束を鉗子チャンネルに引き通したライトガイドを介して内視鏡先端に導く内視鏡装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９９９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される内視鏡装置は、内視鏡用照明装置と光線力学的診断・治療用光線装置とがそれぞれ独立した装置として設けられているため、システム全体をコンパクトに構成することができないという問題がある。また、特許文献１に開示される内視鏡装置は２つの光源装置を備えているが、例えば自家蛍光を観察するための励起光源等の第３の光源を設ける場合の構成については示唆がない。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、通常観察用の光源とＰＤＴ用の光源とを同一の装置内に配置することができ、かつ、これら２つの光源以外の第３の光源を設ける場合に適切なシステムを提供することを目的(課題)とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために案出された本発明の電子内視鏡システムは、内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される体腔内の組織の像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、照明用の白色光を発する第１光源と、光線力学治療に用いられる治療光を発する第２光源と、第１，第２光源とは異なる目的で光を発する第３光源と、これらの第１，第２，第３光源を内蔵する単体の光源装置と、第１光源からの光束を内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させるライトガイドと、第２光源または第３光源からの光束を導いて体腔内の組織に照射させる治療用プローブと、治療用プローブに第２光源からの治療光と第３光源からの光のいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第３光源は、体腔内の組織を励起させる励起光を発する励起光源として構成することができる。この場合には、励起光をライトガイドと治療用プローブとのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段を備えることが望ましい。また、治療用プローブと第３光源との間に配置され、治療用プローブを介して戻る光を励起光の光路から分離する光路分離手段と、分離された光を受光してそのスペクトルを分析する分光器とをさらに備えることが望ましい。
【００１０】
一方、第３光源としては、上記の励起光源に代えて、あるいは、上記の励起光源に加えて、可視域のマーカー用の光を発するマーカー用光源を設けることもできる。
【００１１】
第３光源を励起光源として用いる際にも、マーカー用光源として用いる際にも、治療用プローブの先端に、この治療用プローブを介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系を設けることが望ましい。照射範囲切替光学系は、第２光源からの治療光を照射する際には照射範囲を広くし、第３光源からの光を照射する際には照射範囲を狭くするよう制御されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子内視鏡システムによれば、白色光を発する第１光源と、ＰＤＴ用の治療光を発する第２光源とを同一の光源装置内に設けることができるため、それぞれの光源について独立した光源装置を用いる場合と比較して、システム全体の構成をコンパクトにすることができる。また、光源装置に第３光源を含ませる場合にも、ＰＤＴ用の治療光を照射する治療用プローブを第３光源からの光を伝達するのに兼用することにより、徒にライトガイドの数を増やすことなく、適切なシステムを構築することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付図面に基づいて、本発明を実施するための形態を説明する。図１は、実施形態の電子内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示されるように、この電子内視鏡システム１は、体腔内に挿入されるために細長く形成された内視鏡挿入部１ａと、この挿入部に接続された光源プロセッサ装置１ｂとから構成されている。図１は、内視鏡挿入部１ａの先端部分の構成と、光源プロセッサ装置１ｂ内の各回路の接続関係とを示している。
【００１５】
内視鏡挿入部１ａの先端には、対物レンズ１１と、この対物レンズ１１により形成される対象物の像を撮像するＣＣＤイメージセンサ等の電荷蓄積型の撮像素子１２とから構成される撮像光学系１０が設けられている。光源プロセッサ装置(光源装置)１ｂには、後述する第１，第２，第３光源が設けられており、内視鏡挿入部１ａには、第１光源からの光束を先端に導いて配光レンズ２１を介して体腔内の組織に照射させるライトガイド２２と、第２光源または第３光源からの光束を導いて切替レンズ２３を介して体腔内の組織に照射させる治療用プローブ２４とが引き通されている。
【００１６】
第１光源は、照明用の白色光を発するキセノンランプ等の白色光源３１である。第２光源は、ＰＤＴに用いられる波長６３０ｎｍの治療光を発する半導体レーザー等の治療用光源３２である。また、第３光源は、第１，第２光源とは異なる目的で光を発するものであり、この例では、体腔内の組織を励起させるための波長３２０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線を発生する半導体レーザー等の励起光源３３と、可視域(例えば波長６６０ｎｍ)のマーカー用の光を発するマーカー用光源３４とを備えている。これらの光源は同一の光源プロセッサ装置１ｂ内に配置されているため、独立した光源装置を用いる場合と比較して、システム全体の構成をコンパクトにすることができる。
【００１７】
励起光源３３は、体腔内の組織の自家蛍光を発生させて蛍光撮影するための励起光を発する光源として使用されると共に、事前に生体に投与された光感受性物質を励起して光線力学診断(ＰＤＤ)を行うためのＰＤＤ用光源としても利用される。
【００１８】
対物レンズ１１と撮像素子１２との間には、励起光源３３から発する励起光に相当する波長成分を除去するための励起光カットフィルタ１３が組み込まれている。励起光カットフィルタは、図２に示すように、励起光を遮断し、励起光より長い波長の光を透過させる特性を有しており、これにより、蛍光撮影時に撮像素子１２に励起光が入射するのを防ぎ、蛍光画像のみの撮影が可能となる。
【００１９】
白色光源３１とライトガイド２２とを結ぶ直線的な光路上には、回転により白色光を断続的に透過させるロータリーシャッタ３５、白色光の光量を調整するための絞り３６、第１ハーフミラー３７、集光レンズ３８が光源側から順に配置されている。
【００２０】
第１ロータリーシャッタ３５は、図３に平面形状を示すように、中心角約１８０°の扇形の開口３５ａが形成された円板であり、集光レンズ３８の光軸に対して直交し且つオフセットした状態で、第１モータ５１の回転軸に固定されている。開口３５ａの径方向のサイズは、白色光の径より大きく設定されており、第１モータ５１を駆動してロータリーシャッタ３５を回転させることにより、撮影時に画像信号のフレームやフィールドの切り替えに同期して白色光がオン／オフされる。ロータリーシャッタ３５を透過した白色光源３１からの白色光の一部は、第１ハーフミラー３７を透過して集光レンズ３８により集光されてライトガイド２２に入射する。
【００２１】
ロータリーシャッタ３５は、第１モータ５１と共にスライド台３９に取り付けられており、第２モータ５２を駆動することにより、ロータリーシャッタ３５を図１に示す光路中の設定位置と、図中上側に光路からから外れた待避位置との間で切り替えられる。絞り３６は、第３モータ５３により駆動され、その開口径を変化させる。
【００２２】
光源プロセッサ装置１ｂ内には、治療用プローブ２４の端部に対向する位置に配置可能な第１光路切替ユニット４０が設けられている。第１光路切替ユニット４０は、ミラー及び集光レンズを備え、第４モータ５４により駆動され、治療用プローブ２４の中心軸に対して垂直な方向に敷設されたレール４１に沿って、治療用プローブ２４の中心軸上に位置する光路中の設定位置と、図１に示されるように光路から下側に外れた待避位置との間で切り替えられる。
【００２３】
励起光源３３とマーカー用光源３４とは、共通の光源ユニット内に並列して設けられており、それぞれの光源から発したレーザー光は、入射側が二股に分岐して射出側が統合された光ファイバ束４２により共通の光路にまとめられ、第２光路切替ユニット４３に入射する。第２光路切替ユニット４３は、光ファイバ束４２から射出される発散光を幅広の平行光に変換して第１ハーフミラー３７に入射させるレンズ系４３ａと、光ファイバ束４２から射出される発散光を収束させてから反射させて治療用プローブ２４に入射させるミラー系４３ｂとを備えている。第２光路切替ユニット４３は、第５モータ５５により駆動され、治療用プローブ２４の中心軸の方向に敷設されたレール４３ｃに沿って、励起光源３３またはマーカー用光源３４からのレーザー光を第１ハーフミラー３７を介してライトガイド２２に入射させる図１に示す第１の位置と、図中右側に移動してレーザー光をミラー系４３ｂで治療用プローブ２４側に反射させる第２の位置との間で切り替えられる。
【００２４】
白色光源３１から発する白色光は、絞り３６が開いており、ロータリーシャッター３５が待避位置にある場合には連続的にライトガイド２２に入射し、ロータリーシャッター３５が光路内の設定位置にあって回転している際には断続的にライトガイド２２に入射する。治療用光源３２から発する治療光は、第１光路切替ユニット４０が光路中の設定位置にある場合には治療用プローブ２４に入射する。励起光源３３から発する励起光は、第２光路切替ユニット４３が第１の位置にある場合にはライトガイド２２に入射し、第１光路切替ユニット４０が待避位置にあって第２の光路切替ユニット４３が第２の位置にある場合には治療用プローブ２４に入射する。マーカー用光源３４から発するマーカー用光束は、第１光路切替ユニット４０が待避位置にあって第２の光路切替ユニット４３が第２の位置にある場合に治療用プローブ２４に入射する。
【００２５】
すなわち、白色光は、ライトガイド２２のみに入射し、治療光、マーカー光は治療用プローブ２４のみに入射し、励起光は、ライトガイド２２または治療用プローブ２４に入射する。第１光路切替ユニット４０は、治療用プローブ２４に対して、治療用光源３２からの治療光と、励起光源３３またはマーカー用光源３４からのレーザー光とのいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段としての機能を有する。また、第２光路切替ユニットは、励起光をライトガイド２２と治療用プローブ２４とのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段としての機能を有している。
【００２６】
第１光路切替ユニット４０の設定位置と第２光路切替ユニット４３との間の光路中には、第２ハーフミラー４４が配置されている。第２ハーフミラー４４は、励起光を照射することより励起した組織から発する蛍光のスペクトルを測定する際に、治療用プローブ２４を介して戻る光(蛍光)を励起光の光路から分離する光路分離手段として機能する。分離された光は、ミラー４５、励起光カットフィルタ４６を介して分光器４７に入射する。
【００２７】
なお、治療用プローブ２４の先端側に配置された切替レンズ２３は、図４に拡大して示したように、治療用プローブ２４を介して導かれた光束を細いビームとして体腔内の組織に局所的に照射させるビーム照射用レンズ２３ａと、光束をビームよりは広いが配光レンズ２１を介した白色光の照明範囲よりは狭い領域に照射させる狭角照射用レンズ２３ｂとを備えている。これらのレンズは２３ａ，２３ｂは、一体に磁性体を有するレンズ枠２５に収納され、レンズ枠２５の両側に一対設けられた磁気コイル２６ａ，２６ｂの一方に電流を流すことにより、いずれか一方が光路中に配置される。具体的には、治療用プローブ２４に励起光あるいはマーカー光を入射させる場合には、ビーム照射用レンズ２３ａが光路中に配置され、治療光を入射させる場合には、狭角照射用レンズ２３ｂが光路中に配置される。切替レンズ２３は、治療用プローブ２４を介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系としての機能を果たしている。
【００２８】
治療用プローブ２４を介して導かれる励起光は、ビーム照射用レンズ２３ａが選択されている場合、体腔内の組織の局所的な部分に照射され、その部分を励起させる。そして、励起した部分から発した蛍光と反射した励起光とがビーム照射用レンズ２３ａ及び治療用プローブ２４を戻り、第２ハーフミラー４４で反射され、ミラー４５で反射され、励起光カットフィルター４６により励起光がカットされ、蛍光のみが分光器４７に入射する。分光器４７は蛍光のスペクトル分布を数値化して画像処理回路６９へ出力する。自家蛍光を発する物質はNADH、コラーゲン、フラビンなどがあり、それぞれ発光するスペクトルが異なるため、分光測定によりスペクトル分布がわかると、その部分の物質を特定することができる。
【００２９】
一方、治療用プローブ２４を介して導かれるマーカー光は、ビーム照射用レンズ２３ａが選択されている場合、励起光が照射されるのと同一の部分に照射され、その部分を赤く表示する。したがって、白色光で照明してカラー画像を撮像する際にマーカー光を照射すると、分光測定の対象となる部位をカラー画像内で特定することができる。術者は、マーカー光を測定したい部位に合わせることにより、その部位の蛍光の分光測定をすることができる。
【００３０】
図５及び図６は、切替レンズの他の例を示したものである。この例の切替レンズ２３Ａは、光軸方向に並ぶ２つのレンズを備え、一方を治療用プローブ２４の端部に隣接した固定レンズ２３ｃとし、他方を永久磁石が設けられたレンズ枠２５Ａに収納された移動レンズ２３ｄとしている。固定レンズ２３ｃの周囲に配置された磁気コイル２６への通電方向を切り替えることにより、永久磁石に対して吸着力、反発力を作用させ、移動レンズ２３ｄを光軸方向に移動させる。図５に示すように、移動レンズ２３ｄが固定レンズ２３ｃから離れた位置にある場合には、光束を細いビームとして照射させ、図６に示すように、移動レンズ２３ｄが固定レンズ２３ｃに近接した位置にある場合には、光束をビームよりは広いが配光レンズ２１を介した白色光の照明範囲よりは狭い領域に照射させる。
【００３１】
次に、撮像光学系１０により撮像された画像信号を処理し、各光源３１〜３４や各モータ５１〜５５を制御する電気系統の構成について説明する。電子内視鏡システム１の電気系統は、全体の制御を司るシステムコントローラ６０を中心に、第１〜第５モータ５１〜５５をそれぞれ駆動する第１〜第５ドライバ６１〜６５、撮影時に画像信号のフレームやフィールドの切り替える同期信号を出力するタイミングコントローラ６６、このタイミングコントローラ６６からの信号に同期して撮像素子１２を駆動する駆動信号を出力するＣＣＤドライバ６７を備えている。ロータリーシャッタ３５用の第１モータ５１、治療用光源３２、励起光源３３及びマーカー用光源３４は、タイミングコントローラ６６からの同期信号により制御され、他のモータ用のドライバはシステムコントローラ６０により制御される。
【００３２】
また、画像信号の処理系として、撮像素子１２から出力される映像信号を処理する前段信号処理回路６８、この前段信号処理回路６８で処理され出力されたデジタルの映像信号を演算処理する画像処理回路６９、この画像処理回路６９で演算された映像信号をモニター７１に表示するための規格化映像信号に変換して出力する後段信号処理回路７０を備える。
【００３３】
画像処理回路６９は、図７に示すように、前段映像信号処理回路６８からの画像データをフィールド毎に一時記憶する第１、第２画像メモリ６９ａ，６９ｂと、タイミングコントローラ６６からの同期信号に基づいて、これらの画像メモリ６９ａ，６９ｂへのデータの読み書きを制御するメモリコントローラ６９ｃと、画像メモリ６９ａ，６９ｂから読み出したデータによりモニター７１に表示すべき画像を形成するスキャンコンバータ６９ｄとを備えている。なお、分光器４７の出力は、レジスタ４７ａを介して第２画像メモリ６９ｂに入力される。
【００３４】
さらに、内視鏡挿入部に接続される操作部には、動作モードを通常観察モード、蛍光観察モード、通常観察／分光測定モード、蛍光観察／ＰＤＴモードとの間で切り替えるためのモード切替スイッチ７２が設けられている。このスイッチは、内視鏡による観察、治療時に操作者(術者)により操作される。
【００３５】
次に、上記のように構成された電子内視鏡システム１の動作を説明する。システムの電源が投入されると、システムコントローラ６０が起動し、白色光源３１が点灯する。システムコントローラ６０は、モード切替スイッチ７１の設定を読み込み、各観察モードに合わせて各部を制御する。以下、通常観察モード、蛍光観察モード、通常観察／分光測定モード、蛍光観察／ＰＤＴモードの順に動作を図８に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００３６】
通常観察モードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第２ドライバ６２を介して第２モータ５２を制御してロータリーシャッター３５を光路外に待避させ、第３ドライバ６３を介して第３モータ５３を制御して絞り３６を開く。これにより、白色光源２１から発した照明光が連続的にライトガイド２２を介して内視鏡先端部に届き、配光レンズ２１を介して体腔内の組織を照明する。白色光により照明された組織からの反射光は、撮像光学系１０に取り込まれて組織のカラー画像を形成する。通常観察モードにおける撮像素子１２による撮像のタイミングは図８のＡに示されている。ＮＴＳＣのインターレース方式に準拠し、１秒間に３０フレーム、６０フィールド分の画像を撮像し、次のフィールドの撮像中に前のフィールドのデータを転送する。画像データは、フィールド毎に画像メモリ６９ａ、６９ｂに順次記憶され、１フィールド分のデータが揃った時点でスキャンコンバータ６９ｄにより合成されて１フレーム分の画像データとして出力される。この結果、通常撮影モードでは、体腔内の組織のカラー映像がモニター７１上に動画で表示される。
【００３７】
蛍光観察モードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第２ドライバ６２を介して第２モータ５２を制御してロータリーシャッター３５を光路中に設定し、第３ドライバ６３を介して第３モータ５３を制御して絞り３６を開き、第５ドライバ６５を介して第５モータを制御して第２光路切替ユニット４３を図１に示す第１の位置に設定する。また、タイミングコントローラ６６からの同期信号により、第１ドライバ６１を介して第１モータ５１を駆動してロータリーシャッター３５を回転させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５を透過する間は励起光源３３を消灯させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５により遮断される間は励起光源３３を発光させる。これにより、白色光源３１から発した白色光と、励起光源３３から発した励起光とが交互にライトガイド２２に入射する。
【００３８】
励起光が照射されている期間は励起された組織からの蛍光が励起光と共に撮像光学系１０に入射するが、励起光は励起光カットフィルタ１３により遮断されるため、蛍光のみが撮像素子１２に到達し、蛍光画像の信号が得られる。なお、蛍光画像には、生体組織の励起による緑色の自家蛍光と、ＰＤＤにより癌細胞に滞留した光感受性物質から発生する赤色の蛍光とが含まれる。ＰＤＤを実施する場合には、検査を始める前に光感受性物質(フォトフィリン)を体内に静脈注射投与しておく。フォトフィリンは、一定時間後には正常細胞からは流れ出すが、腫瘍部には滞留する。このため、短波長の励起光を照射してフォトフィリンを励起すると、赤色の蛍光が発生し、腫瘍部の特定が容易となる。
【００３９】
一方、白色光が照射されている期間は、組織からの反射光が撮像素子１２に到達する。撮像素子１２は、図８Ｂに示すようなタイミングでフィールド毎に通常画像(カラー画像)の撮像と、蛍光画像の撮像及びＰＤＤとを繰り返す。これにより、フィールド毎に通常画像のデータと蛍光画像及びＰＤＤのデータとが画像メモリ６９ａ、６９ｂに記憶されるが、これらは通常の画像データのようにインターレースの処理をせず、それぞれ独立した画面を表示するように１フィールド分の画像データで公知の補間処理を行って１フレームの画面データを生成する。
【００４０】
モニター７１には、図９に示すように、通常画像(カラー画像)と蛍光画像とが並べて表示される。図７の蛍光画像では、中央の濃度が濃い部分がフォトフィリンによる赤色の蛍光、その周囲が緑色の自家蛍光を示している。
【００４１】
通常観察／分光測定モードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第２ドライバ６２を介して第２モータ５２を制御してロータリーシャッター３５を光路中に設定し、第４ドライバ６４を介して第４モータ５４を制御して第１光路切替ユニット４０を待避位置に設定し、第５ドライバ６５を介して第５モータを制御して第２光路切替ユニット４３を第２の位置に設定する。また、図示せぬドライバを介して磁気コイル２６ａに通電することによりビーム照射用レンズ２３ａを光路中に設定する。さらに、図８Ｃに示すように、タイミングコントローラ６６からの同期信号により、第１ドライバ６１を介して第１モータ５１を駆動してロータリーシャッター３５を回転させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５を透過する間はマーカー用光源３４を発光、励起光源３３を消灯させ、白色光が第１ロータリーシャッタ３５により遮断される間は励起光源３３を発光、マーカー用光源３４を消灯させる。
【００４２】
これにより、白色光源３１から発した白色光がライトガイド２２及び配光レンズ２１を介して体腔内の組織を照明している期間には、マーカー用光源３４から発したマーカー光が治療用プローブ２４及びビーム照射用レンズ２３ａを介して組織の一部を照射する。白色光が遮断されている期間には、励起光源３３から発した励起光が治療用プローブ２４及びビーム照射用レンズ２３ａを介して組織の一部を照射し、この部分の組織を励起する。そして、励起された部位から発した蛍光が、治療用プローブ２４、第２ハーフミラー４４、ミラー４５、励起光カットフィルタ４６を介して分光器４７に入射する。
【００４３】
撮像素子１２は、図８Ｃに示すようなタイミングで１フレーム内の一方のフィールドでのみ通常画像(カラー画像)を撮像する。他方のフィールドでは、分光器４７により測定されたスペクトル分布のデータがレジスタ４７ａを介して出力される。これにより、フィールド毎に通常画像のデータが第１画像メモリ６９ａに記憶され、スペクトル分布のデータが第２画像メモリ６９ｂに記憶される。通常画像のデータは、インターレースの処理をせず、１フィールド分の画像データで公知の補間処理を行って１フレームの画面データを生成する。また、スペクトル分布のデータは、図１０に示すようなグラフデータに変換される。
【００４４】
モニター７１には、図１１に示すように、マーカー光による赤色のポイントを含む通常画像(カラー画像)とスペクトル分布(分光特性)のグラフとが並べて表示される。
【００４５】
蛍光観察／ＰＤＴモードが選択されている場合には、システムコントローラ６０は、第３ドライバ６３を介して第３モータ５３を制御して絞り３６を閉じて白色光を遮断し、第４ドライバ６４を介して第４モータ５４を制御して第１光路切替ユニット４０を光路中に設定し、第５ドライバ６５を介して第５モータを制御して第２光路切替ユニット４２を図１に示した第１の位置に設定する。また、図示せぬドライバを介して磁気コイル２６ｂに通電することにより狭角照射用レンズ２３ｂを光路中に設定する。さらに、タイミングコントローラ６６からの同期信号により、フィールド毎に治療用光源３２と励起光源３３とを交互に発光させる。
【００４６】
これにより、治療用光源３２は、図８Ｄに示すタイミングでフィールド毎にオンオフを繰り返し、治療光が治療用プローブ２４及び狭角照射用レンズ２３ｂを介して体腔内の組織に高出力で照射され、治療用光束が照射されない期間には励起光源３２から発した励起光がライトガイド２２及び配光レンズ２１を介して組織を照射する。
【００４７】
このように、フィールド毎に治療光と励起光とのオンオフを切り換え、励起光が照射される期間に撮像する。ＰＤＴの治療用光束が高出力で照射されている間は、撮像光学系１０に入射する反射光量が極めて大きく、撮像素子１２の出力は飽和するため、この期間は撮像素子１２の電荷は蓄積せずに捨てる。この間、生体組織の癌細胞に滞留しているフォトフィリンが照射された治療用光束の光エネルギーを吸収し、癌細胞を壊死させる。
【００４８】
励起光が照射されている期間は、励起された組織からの蛍光と励起光とが撮像光学系１０に入射する。ただし、励起光は励起光カットフィルタ１３により遮断されるため、蛍光のみが撮像素子１２に到達し、蛍光画像の信号が得られる。これにより、１フィールドおきに蛍光画像のデータが画像メモリ６９ａに記憶される。そして、１フィールド分の画像データで公知の補間処理を行って１フレームの画面データを生成する。
【００４９】
モニター７１には、ＰＤＴの開始時には、図１２に示すような画像が表示される。中心にはＰＤＤによる赤色の蛍光、その周囲には自家蛍光による緑色の蛍光画像が表示される。治療が進み、癌細胞が壊死すると、図１３に示すように、その部分の蛍光が弱くなり、黒く表示される。したがって、このモードでは、術者は治療部位の状態を観察しながら治療を行うことができる。なお、蛍光観察／ＰＤＴモードでは、画面の右上にＰＤＴの高出力の治療用レーザ光が照射されていることを術者が確実に認識できるように表示する。
【００５０】
一方、ＰＤＴの実行中に治療光が照射する範囲を知りたい場合には、図８Ｅに示すように、蛍光撮影のタイミングに合わせて治療用光源３２からの治療光を十分に低い強度で照射する。これにより、モニター上には、図１４に示すように中心部に治療光の照射範囲が赤く表示され、その周囲に緑色の自家蛍光の画像が表示される。ただし、この場合にはＰＤＤによる赤色の蛍光が識別しにくくなる。
【００５１】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、ＰＤＴ用の光源を通常の白色光源や励起光源と同一の光源装置内に格納することができ、システムのサイズをコンパクトにすることができる。また、治療光を照射するための治療用プローブを、分光測定のための励起光の照射と反射光の受光、マーカー光の照射にも利用することができるため、徒にライトガイドの数を増やすことなく、適切なシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による電子内視鏡システムの内部構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電子内視鏡システムに含まれる励起光カットフィルタの特性を示すグラフである。
【図３】図１の電子内視鏡システムに含まれるロータリーシャッタの平面図である。
【図４】図１の電子内視鏡システムに含まれる切替レンズの構成を示す断面図である。
【図５】図４に示した切替レンズの他の例を示す断面図である。
【図６】図５に示した切替レンズの他の状態を示す断面図である。
【図７】図１の電子内視鏡システムに含まれる画像処理装置の詳細を示すブロックズである。
【図８】図１の電子内視鏡システムにおける撮像タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察モードにおいてモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１０】図１の電子内視鏡システムの分光器の出力を示すグラフである。
【図１１】図１の電子内視鏡システムの通常観察／分光測定モードにおいてモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１２】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察／ＰＤＴモードにおいて治療開始時にモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１３】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察／ＰＤＴモードにおいて治療終了時にモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【図１４】図１の電子内視鏡システムの蛍光観察／ＰＤＴモードにおいて治療光の照射範囲を確認する場合にモニター上に表示される画面例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電子内視鏡システム
１ａ 内視鏡挿入部
１ｂ 光源プロセッサ装置
１０ 撮像光学系
１１ 対物レンズ
１２ 撮像素子
１３ 励起光カットフィルタ
２２ ライトガイド
２３ 切替レンズ
２４ 治療用プローブ
３１ 白色光源
３２ 治療用光源
３３ 励起光源
３４ マーカー用光源
３５ ロータリーシャッタ
３７ ハーフミラー
３８ 集束レンズ
４０ 第１光路切替ユニット
４３ 第２光路切替ユニット
５１〜５５ 第１〜第５モータ
６０ システムコントローラ
６１〜６５ 第１〜第５ドライバ
６６ タイミングコントローラ
６８ 前段映像信号処理回路
６９ 画像処理回路
７０ 後段映像信号処理回路
７１ モニター
７２ モード切換スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される体腔内の組織の像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、
照明用の白色光を発する第１光源と、
光線力学治療に用いられる治療光を発する第２光源と、
前記第１，第２光源とは異なる目的で光を発する第３光源と、
前記第１，第２，第３光源を内蔵する単体の光源装置と、
前記第１光源からの光束を前記内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させるライトガイドと、
前記第２光源または前記第３光源からの光束を導いて体腔内の組織に照射させる治療用プローブと、
前記治療用プローブに前記第２光源からの治療光と前記第３光源からの光のいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記第３光源は、体腔内の組織を励起させる励起光を発することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記励起光を前記ライトガイドと前記治療用プローブとのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記治療用プローブと前記第３光源との間に配置され、前記治療用プローブを介して戻る光を励起光の光路から分離する光路分離手段と、分離された光を受光してそのスペクトルを分析する分光器とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項５】
前記第３光源は、可視域のマーカー用の光を発することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記治療用プローブの先端には、当該治療用プローブを介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系が設けられ、該照射範囲切替光学系は、前記第２光源からの治療光を照射する際には照射範囲を広くし、前記第３光源からの光を照射する際には照射範囲を狭くするよう制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される体腔内の組織の像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、
照明用の白色光を発する白色光源と、
体腔内の組織を励起させる励起光を発する励起光源と、
光線力学治療に用いられる治療光を発する治療用光源と、
前記白色光源または前記励起光源からの光束を前記内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させるライトガイドと、
前記励起光源または前記治療用光源からの光束を前記内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させる治療用プローブと、
前記治療用プローブに前記励起光源からの励起光と前記治療用光源からの治療光のいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段と、
前記励起光を前記ライトガイドと前記治療用プローブとのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段と、
前記励起光源からの励起光が前記治療用プローブに入射するよう前記第１，第２の光路選択手段が設定された際に、体腔内の組織から発して前記治療用プローブを介して戻る蛍光を受光してそのスペクトルを分析する分光器とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項８】
可視域のマーカー用の光を発するマーカー用光源を備え、該マーカー用光源から発した光を前記第１の光路選択手段に導いて選択的に前記治療用プローブに入射させることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【請求項９】
前記治療用プローブの先端には、当該治療用プローブを介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系が設けられ、該照射範囲切替光学系は、前記治療用光源からの治療光を照射する際には照射範囲を広くし、前記励起光源または前記マーカー用光源からの光を照射する際には照射範囲を狭くするよう制御されることを特徴とする請求項７または８に記載の電子内視鏡システム。
【請求項１】
内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される体腔内の組織の像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、
照明用の白色光を発する第１光源と、
光線力学治療に用いられる治療光を発する第２光源と、
前記第１，第２光源とは異なる目的で光を発する第３光源と、
前記第１，第２，第３光源を内蔵する単体の光源装置と、
前記第１光源からの光束を前記内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させるライトガイドと、
前記第２光源または前記第３光源からの光束を導いて体腔内の組織に照射させる治療用プローブと、
前記治療用プローブに前記第２光源からの治療光と前記第３光源からの光のいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記第３光源は、体腔内の組織を励起させる励起光を発することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記励起光を前記ライトガイドと前記治療用プローブとのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記治療用プローブと前記第３光源との間に配置され、前記治療用プローブを介して戻る光を励起光の光路から分離する光路分離手段と、分離された光を受光してそのスペクトルを分析する分光器とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項５】
前記第３光源は、可視域のマーカー用の光を発することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記治療用プローブの先端には、当該治療用プローブを介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系が設けられ、該照射範囲切替光学系は、前記第２光源からの治療光を照射する際には照射範囲を広くし、前記第３光源からの光を照射する際には照射範囲を狭くするよう制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
内視鏡挿入部の先端に配置された対物レンズにより形成される体腔内の組織の像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、
照明用の白色光を発する白色光源と、
体腔内の組織を励起させる励起光を発する励起光源と、
光線力学治療に用いられる治療光を発する治療用光源と、
前記白色光源または前記励起光源からの光束を前記内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させるライトガイドと、
前記励起光源または前記治療用光源からの光束を前記内視鏡挿入部の先端に導いて体腔内の組織に照射させる治療用プローブと、
前記治療用プローブに前記励起光源からの励起光と前記治療用光源からの治療光のいずれを入射させるかを選択する第１の光路選択手段と、
前記励起光を前記ライトガイドと前記治療用プローブとのいずれに入射させるかを選択する第２の光路選択手段と、
前記励起光源からの励起光が前記治療用プローブに入射するよう前記第１，第２の光路選択手段が設定された際に、体腔内の組織から発して前記治療用プローブを介して戻る蛍光を受光してそのスペクトルを分析する分光器とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項８】
可視域のマーカー用の光を発するマーカー用光源を備え、該マーカー用光源から発した光を前記第１の光路選択手段に導いて選択的に前記治療用プローブに入射させることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【請求項９】
前記治療用プローブの先端には、当該治療用プローブを介して照射される光の照射範囲を切り替える照射範囲切替光学系が設けられ、該照射範囲切替光学系は、前記治療用光源からの治療光を照射する際には照射範囲を広くし、前記励起光源または前記マーカー用光源からの光を照射する際には照射範囲を狭くするよう制御されることを特徴とする請求項７または８に記載の電子内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２２６５３（Ｐ２００９−２２６５３Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９０９１１（Ｐ２００７−１９０９１１）
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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