JP4008184B2 - 蛍光検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腫瘍に対して親和性の強い蛍光を発する光感受性物質が予め注入された生体の観察部に励起光を照射し、そのとき該光感受性物質および生体内在色素から発せられる蛍光の強度により腫瘍の診断を行ったり、あるいは光感受性物質を予め注入することなく生体内在色素から発せられる自家蛍光の強度により腫瘍の診断を行う蛍光診断装置に適用可能な蛍光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般にＰＤＤ（Photodynamic Diagnosis）と称される光力学診断についての研究が種々なされている。このＰＤＤとは、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質(ATX-S10、5-ALA、NPe6、HAT-D01、Photofrin-2、等)を蛍光診断薬として予め生体の癌等の腫瘍部分に吸収させておき、その部分に光感受性物質の励起波長領域にある励起光を照射して腫瘍部分に集積した蛍光診断薬から蛍光を生じさせ、この蛍光を受光することにより病変部の局在・浸潤範囲を画像として表示して腫瘍部分を診断する技術である。
【０００３】
例えば特公昭６３−９４６４号公報、特開平１−１３６６３０号公報、特開平７−５９７８３号公報には、このＰＤＤを行なうための蛍光診断装置が開示されている。この種の蛍光診断装置は基本的に、光感受性物質の励起波長領域にある励起光を生体に対して照射する励起光照射手段と、光感受性物質が発する蛍光を検出して生体の蛍光像を撮像する手段と、この撮像手段の出力を受けて上記蛍光像を表示する画像表示手段とからなるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡や、手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成される。
【０００４】
また、特に光感受性物質を予め生体内に注入することなく、生体内在色素の励起波長領域にある励起光を生体観察部（生体被照射部位）に照射し、生体内在色素が発する蛍光を受光することにより病変部の局在・浸潤範囲を画像として表示して腫瘍部分を診断する技術も提案されている。
【０００５】
さらに、特に上述のような２次元的蛍光像を撮像せずに、生体部位上の一点毎に蛍光強度を検出することにより、その一点が腫瘍部分であるか否かを診断できるようにした蛍光診断装置も提案されている（例えば、特願平７−２５２２９５号等）。
【０００６】
ところで、上述のような蛍光診断装置においては、生体の部位に凹凸が有るため励起光照射系から生体観察部までの距離が均一ではなく、生体の励起光照射部分における励起光照度は一般に不均一である。一般に、蛍光強度は励起光照度にほぼ比例し、励起光照度は距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある病変部よりも近くにある正常部の方が強い蛍光を発したり、励起光に対して傾斜した位置にある病変部からの蛍光が極端に低下したりする。このように励起光照度が不均一であると、励起光照度の高低に応じて蛍光強度が変化するので、それによって腫瘍部分の診断を誤ることも有り得る。
【０００７】
そこで、このような生体観察部との距離の不均一さに起因する蛍光強度の変化を補償するために、例えば特開昭６２−２４７２３２号、特公平３−５８７２９号等に開示されるような蛍光診断装置が提供されている。特公平３−５８７２９号記載の蛍光診断装置では、病変部に対して親和性の強い光感受性物質が予め注入された生体の一部に励起光を照射して生じる蛍光を受光すると共に、励起光の反射光を受光し、これら蛍光成分と反射光成分との除算に基づく画像演算を行っており、このような除算により生体観察部との距離に起因する項は消去される。しかしながら、蛍光成分と反射光成分との除算結果には、励起光被照射部の反射率に関する項が残存するため、結果的に蛍光診断薬の分布を反映した蛍光像が得られないという問題点が依然として残っている。
【０００８】
一方、「FLUORESCENCE IMAGING OF EARLY LUNG CANCER」（Annual International Conference of the IEEE Engineering and Biology Society, Vol.12, No.3,1990) に示される装置においては、励起光が照射されることにより生体観察部の生体内在色素から生じる自家蛍光を緑色の波長領域の成分（以下、「緑色領域成分Ｇ」という。）と赤色の波長領域の成分（以下、「赤色領域成分Ｒ」という。）とに分離して、この赤色領域成分Ｒと緑色領域成分Ｇとの除算に基づく画像演算を行って、除算結果を表示する。これは、正常部と病変部とで自家蛍光のスペクトルが異なること、すなわち正常部における生体内在色素の発する自家蛍光スペクトルが、病変部では正常部と比較して特に緑色領域の強度が極端に低下するため、病変部では自家蛍光の緑色領域成分Ｇの減少率が赤色領域成分Ｒの減少率に比較して非常に大きいことを利用するもので、Ｒ／Ｇなる除算により病変部からの蛍光を特異的に抽出して画像表示することができる。この装置においては、励起光光源および蛍光受光部と生体観察部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされるが、病変部での自家蛍光が極端に小さいためＳＮ比が極端に低いという問題がある。
【０００９】
そこで、平成７年第16回日本レーザ医学会大会において発表された「Red/Green Ratio を用いた癌の蛍光画像診断」（東京医科大学、浜松フォトニクス）においては、病変部に集積して赤い蛍光を発する蛍光診断薬を用いて、病変部における赤色蛍光強度を増幅させ、Ｒ／Ｇなる演算を行うことが提案されている。この結果、前述の「FLUORESCENCE IMAGING OF EARLY LUNG CANCER」において示される装置に比して病変部からの蛍光強度が増幅された蛍光画像が得られる。
【００１０】
この両者のようにＲ／Ｇなる演算を行うことにより、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に依存する蛍光強度の項は無視できることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、病変部における緑色の自家蛍光成分は極端に弱いため、上記いずれの方法においてもゼロ割り算を行う場合が生じ、演算エラーを起こしやすいという問題点が依然として残る。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に依存する蛍光強度を演算エラーを生じないように是正する蛍光検出装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の蛍光検出装置は、蛍光を発する光感受性物質（蛍光診断）が予め注入された生体観察部に励起光を照射して、それにより発生した前記観察部からの蛍光を検出する蛍光検出装置であって、前記蛍光診断薬および蛍光を発する生体内在色素の励起波長領域にある励起光を照射する励起光照射手段と、前記観察部の前記蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光（「エクストリンジックな蛍光」ともいう）の波長領域および前記生体内在色素から発せられる自家蛍光の波長領域を含む全蛍光成分、または前記蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記生体内在色素から発せられる自家蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光和成分の何れかと、前記薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分、または前記薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光差成分の何れかとを抽出する蛍光検出手段と、該蛍光検出手段で抽出された前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとの除算を行う除算手段とを有し、前記蛍光検出手段が、前記観察部から発せられる蛍光を、前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとに分離する色モザイクフィルタと、該色モザイクフィルタを透過した蛍光を２次元的に検出する撮像手段とを備えるものであり、また前記色モザイクフィルタが前記撮像手段の蛍光検出面に装着されていることを特徴とするものである。
【００１４】
この場合において、前記蛍光検出手段により抽出される蛍光成分のＳＮ比を向上させるため、前記励起光として、前記蛍光診断薬の励起ピーク波長近辺の波長領域の光を用いたり、前記蛍光診断薬の励起ピーク波長近辺の波長領域の光と前記生体内在色素の励起ピーク波長近辺の波長領域の光とを用いることが望ましい。
【００１５】
尚、「励起ピーク波長」とは、「前記蛍光診断薬および／または前記生体内在色素から前記励起光により励起されて発せられる蛍光（あるいは自家蛍光）の強度が最強となる励起光の波長」である。以下同様である。
【００１６】
また、本発明による第２の蛍光検出装置は、光感受性物質（蛍光診断薬）が注入されていない生体観察部に励起光を照射して、それにより前記観察部の生体内在色素から発せられる自家蛍光を検出する蛍光検出装置であって、蛍光を発する生体内在色素の励起波長領域にある励起光を生体の観察部に照射する励起光照射手段と、前記観察部の前記生体内在色素から発せられる自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域および比較的長い波長領域を含む可視領域の全自家蛍光成分、または前記観察部の前記生体内在色素から発せられる自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域の内の所定の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光の内の比較的長い波長領域の内の所定の波長領域の蛍光成分との蛍光和成分の何れかと、前記自家蛍光成分の内の比較的長い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分、または前記自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光成分の内の比較的長い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光差成分の何れかとを抽出する蛍光検出手段と、該蛍光検出手段で抽出された前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとの除算を行う除算手段とを有し、前記蛍光検出手段が、前記観察部から発せられる蛍光を、前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとに分離する色モザイクフィルタと、該色モザイクフィルタを透過した蛍光を２次元的に検出する撮像手段とを備えるものであり、また前記色モザイクフィルタが前記撮像手段の蛍光検出面に装着されていることを特徴とするものである。
【００１７】
この場合において、前記蛍光検出手段により抽出される蛍光成分のＳＮ比を向上させるため、前記励起光として、前記生体内在色素の励起ピーク波長近辺の波長領域の光を用いることが望ましい。
【００１８】
【発明の効果】
上述した本発明による第１および第２の蛍光検出装置によれば、所定の波長領域に亘る全自家蛍光成分、または、所望の波長領域の蛍光和成分を分母にして除算演算を行うことにより、除算を行う分母を十分に大きくすることができるので、画像演算においてゼロ割り算をするという演算エラーが発生することがなく、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に起因する蛍光強度の変動の除去を安定に行ことが可能となる。
【００１９】
そして、励起光として、生体内在色素および／または蛍光診断薬の励起ピーク波長近辺の波長領域の光を用いることにより、除算を行う分母や分子を充分に大きくすることができるので、ＳＮ比の高い演算処理が可能となる。
【００２０】
また、蛍光検出手段として撮像素子等の撮像手段を用いて蛍光画像を観察する蛍光診断装置に適用することにより、上記距離に起因する蛍光強度の変動が除去された蛍光画像を得ることができ、またＳＮ比の高い良好な画像を得ることもできるので、診断性能の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
さらに、色モザイクフィルタを用いて、蛍光を所望の波長領域に分離する事により、蛍光検出手段の構成が簡易化される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による蛍光検出装置の基本的な構成を示すものである。この基本的な構成による蛍光検出装置は、生体観察部10に励起光L1を照射する励起光照射手段１、生体観察部10から生じる蛍光L3を集光光学系２により集光した後、所望の波長領域に分離して検出することにより所望の波長領域の蛍光成分を抽出する蛍光検出手段３および励起光に励起された蛍光（あるいは自家蛍光）の所定の波長領域に亘る全蛍光成分または所望の波長領域の蛍光和成分を抽出する蛍光検出手段４、この蛍光検出手段３および４の出力に基づいて除算演算を行う除算手段５より構成されており、この除算手段５の出力は、例えば画像情報として可視画像を表示する表示手段６に入力される。尚、蛍光検出手段３および４は集光光学系２を含む蛍光検出手段として考えて良いことは言うまでもなく、本構成例においては説明の便宜から分離して構成しているに過ぎない。
【００２３】
以下、上記の基本的な構成を有する蛍光検出装置において、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に依存する蛍光強度を是正する方法について詳細に説明する。
【００２４】
最初に、光感受性物質（蛍光診断薬）が予め注入されている生体観察部に励起光を照射して、それにより生じた蛍光診断薬からの薬剤蛍光および生体内在色素からの自家蛍光を検出する蛍光検出装置（以下「薬剤蛍光検出の場合」という。）であって、薬剤蛍光成分Exと、薬剤蛍光成分Exと自家蛍光成分Inとの蛍光和成分（Ex＋In）との除算に適用する場合について説明する。
【００２５】
励起光照射手段１から励起波長λｅｘの励起光を発し、予め蛍光診断薬を投与された生体の病変部を含む生体観察部に照射する。それにより生体観察部10から生じた蛍光L3を集光光学系２で集光し、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって生体観察部10の蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光成分と、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分との蛍光和成分に波長分離され、蛍光検出手段３が薬剤蛍光成分を検出し、蛍光検出手段４が蛍光和成分を検出する。尚、蛍光検出手段３および４に用いられる光検出素子は、蛍光L3を一点毎に検出するフォトダイオード等の光検出素子でよいのは言うまでもなく、蛍光L3を２次元的に検出し蛍光像を撮像するＣＣＤ撮像素子等でも良い。以下同様である。
【００２６】
また、「薬剤蛍光成分」の波長領域と「蛍光和成分に含まれる薬剤蛍光成分」の波長領域とは必ずしも同一である必要はない。さらに、薬剤蛍光成分を検出する手段および蛍光和成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良い。例えば、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分に波長分離して、蛍光検出手段３により薬剤蛍光成分を検出し、蛍光検出手段４により自家蛍光成分を検出し、それぞれの出力を加算することにより蛍光和成分を求めても良い。また、自家蛍光成分と、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分との蛍光和成分に波長分離して、蛍光検出手段３により自家蛍光成分を検出し、蛍光検出手段４により蛍光和成分を検出し、蛍光和成分からを自家蛍光成分を減算することにより薬剤蛍光成分を求めるものであってもかまわない。
【００２７】
以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について説明する。観察部10に励起光L1が照射されているとき、観察部10からは図２にスペクトルを示すような蛍光L3が発せられる。この蛍光L3は、FAD やNADH等の生体内在色素による自家蛍光成分Ifλ２ と、病変部に集積した蛍光診断薬による薬剤蛍光成分Ifλ１ とからなる。一般に、自家蛍光成分Ifλ２ は波長500nm 前後に極大ピークを有し、波長600nm 以上で大きく減衰する。一方、薬剤蛍光成分Ifλ１は、波長600nm 以上に極大ピークを有する。
【００２８】
蛍光検出手段３および４により検出された各々の波長成分は以下のように表される。
【００２９】
薬剤蛍光成分Ifλ１は、
Ifλ１＝kλ１・Iλｅｘ・ηFλ１・N・ηD
見かけ上の自家蛍光成分Ifλ２は、
Ifλ２＝kλ２・Iλｅｘ・ηFλ２・n・ηD
蛍光和成分Ifλ＋ は、
Ifλ＋ ＝Ifλ１＋Ifλ２
ここで用いられる記号は、特に断りのない限り、それぞれ次に記載の意味を有する。以下、薬剤蛍光検出の場合について同様である。
【００３０】
λｅｘ ： 励起光波長
Iλｅｘ ： 励起光光源から生体観察部までの距離L、励起光限のパワーP、励起光光束と観察部との成す角度θとに依存する生体観察部での励起光強度，Iλｅｘ＝Iλｅｘ (L,P,θ)
n ：見かけ上の自家蛍光分子濃度（自家蛍光分子は複数種存在することが考えられるが、仮想的に1種の分子が存在していると扱えるという意味でここでは「見かけ上の」という言葉を用いている。）
N ：薬剤蛍光分子濃度
kλ１ ：励起光波長λｅｘと薬剤蛍光分子とに依存する定数
kλ２ ：励起光波長λｅｘと見かけ上の自家蛍光分子とに依存する定数
kλ１２ ：励起光波長λｅｘと全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
ηFλ１ ：薬剤蛍光分子の励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ２ ：見かけ上の自家蛍光分子の励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ１２ ：全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηD ：発光部位と集光光学系との距離L'と、集光系の開口の大きさD と、検出器の効率ξとに依存する蛍光の検出効率，ηD＝ηD(L',ξ,D)（厳密には自家蛍光に対する検出効率と、薬剤蛍光に対する検出効率とは異なるが、ここでは両者を近似的に等しいとして扱うことができる。）
である。
【００３１】
次いで、薬剤蛍光成分Ifλ１ と蛍光和成分Ifλ＋ との除算を除算手段５で行う。薬剤蛍光Ifλ１と蛍光和Ifλ＋ との除算を行うと、
Ifλ１ / Ifλ＋＝(kλ１ ・ηFλ１・N ) / (kλ１ ・ηFλ１・N＋kλ２・ηFλ２・n )
ここで、 (kλ１ ・ηFλ１) / (kλ２・ηFλ２)＝C ，N / n＝X
とすると、
Ifλ１ / Ifλ＋＝(C・X) / (C・X+1)
となり、C は定数項であるからIfλ１ / Ifλ＋ は図3 のグラフのように表される。即ち、励起光照度の場所による不均一さIλｅｘ がキャンセルされる。Xの値は自家蛍光分子濃度で規格化した薬剤蛍光分子濃度を表しており、Ifλ１ / Ifλ＋ が大きいということは病変部であることを意味する。このように蛍光和成分Ifλ＋ と薬剤蛍光成分Ifλ１ との間で除算演算を行うことにより、病変部を特異的に抽出することが可能となる。この際、分母に蛍光和成分Ifλ＋ を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。従って、例えば蛍光検出手段３および４として撮像素子を用いることで、表示手段６に蛍光強度の補正された蛍光像を可視画像として表示することができる。
【００３２】
上記励起光として、蛍光診断薬の励起ピーク波長λｅｘ１ 近辺の波長領域の光と、生体内在色素の励起ピーク波長λｅｘ２ 近辺の波長領域の光とを用いる場合、生体観察部からは図４に示す蛍光スペクトルが得られる。ここで、
Ifλ１ ：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ１ の励起光の薬剤蛍光への寄与分
Ifλ１'：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ２ の励起光の薬剤蛍光への寄与分
Ifλ２ ：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ１ の励起光の自家蛍光への寄与分
Ifλ２'：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ２ の励起光の自家蛍光への寄与分
Iλｅｘ１：波長λｅｘ１ の励起光の生体観察部での励起光強度
Iλｅｘ２：波長λｅｘ２ の励起光の生体観察部での励起光強度
但し、Iλｅｘ１とIλｅｘ２とは配光分布が同一とし、生体観察部においてIλｅｘ２＝ｍ・Iλｅｘ１（ｍは任意定数）が成立しているとする。
【００３３】
上記同様に所定の波長領域に波長分離して、蛍光検出手段３により薬剤蛍光成分Ifλ１＋Ifλ１’を検出し、蛍光検出手段４により蛍光和成分Ifλ＋ ＝Ifλ１＋Ifλ１'＋Ifλ２＋Ifλ２' を検出する。
【００３４】
ここで、Ifλ１, Ifλ１', Ifλ２, Ifλ２' はそれぞれ、
Ifλ１ ＝k１λ１・Iλｅｘ１ ・ηFλ１・N・ηD
Ifλ１'＝k１λ１’・Iλｅｘ１・ηFλ１’・N・ηD
Ifλ２ ＝k２λ２・Iλｅｘ２・ηFλ２・n・ηD
Ifλ２'＝k２λ２’・Iλｅｘ２・ηFλ２’・n・ηD
と表される。ここで、
k１λ１ ：励起光波長λｅｘ１と薬剤蛍光分子とに依存する定数
k１λ１'：励起光波長λｅｘ２と薬剤蛍光分子とに依存する定数
ηFλ１ ：薬剤蛍光分子の励起光波長λｅｘ１に対する蛍光量子収率
ηFλ１’：薬剤蛍光分子の励起光波長λｅｘ２に対する蛍光量子収率
k２λ２ ：励起光波長λｅｘ１と自家蛍光分子とに依存する定数
k２λ２'：励起光波長λｅｘ２と自家蛍光分子とに依存する定数
ηFλ２ ：見かけ上の自家蛍光分子の励起光波長λｅｘ１に対する蛍光量子収率
ηFλ２' ：見かけ上の自家蛍光分子の励起光波長λｅｘ２に対する蛍光量子収率
である。
【００３５】
次いで、薬剤蛍光成分 Ifλ１＋Ifλ１’と、蛍光和成分 Ifλ＋＝Ifλ１＋Ifλ１’＋Ifλ２＋Ifλ２’との除算を除算手段５で行うと、
(Ifλ１＋Ifλ１’) / (Ifλ１＋Ifλ１'＋Ifλ２＋Ifλ２’)＝C・X / (1＋C・X)
但し、
C＝(k１λ１・ηFλ１＋k１λ１’・m・ηFλ１’) / (k２λ２・ηFλ２＋k２λ２’・m・ηFλ２’)
X＝N / n
となり、C は定数項であるから(Ifλ１＋Ifλ１’) / (Ifλ１＋Ifλ１’＋Ifλ２＋Ifλ２’)は図５ のグラフのように表される。即ち、励起光照度の場所による不均一さ Iλｅｘ１ ，Iλｅｘ２ がキャンセルされる。X の値は自家蛍光分子濃度で規格化した薬剤蛍光分子濃度を表しており、(Ifλ１＋Ifλ１’) / (Ifλ１＋Ifλ１’＋Ifλ２＋Ifλ２’)が大きいことは病変部であることを意味する。
【００３６】
従って、この場合においても、蛍光和成分Ifλ＋ に基づく蛍光画像と、薬剤蛍光成分Ifλ１＋Ifλ１’に基づく蛍光画像との間で画像間除算を行うことにより、病変部からの蛍光を特異的に画像として抽出できる。このように蛍光和成分Ifλ＋ と薬剤蛍光成分Ifλ１＋Ifλ１’との間で除算演算を行うことにより、病変部を特異的に抽出することが可能となる。この際、分母に蛍光和成分Ifλ＋ を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。従って、例えば蛍光検出手段３および４として撮像素子を用いることで、表示手段６に蛍光強度の補正された蛍光像を可視画像として表示することができる。また、上記励起光として、蛍光診断薬の励起ピーク波長λｅｘ１ 近辺の波長領域の光と生体内在色素の励起ピーク波長λｅｘ２ 近辺の波長領域の光を用いることにより、蛍光強度を十分大きくでき、ＳＮ比の高い良好な蛍光画像を得られる。
【００３７】
上記説明は薬剤蛍光検出の場合であって、薬剤蛍光成分と、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分との蛍光和成分との除算に適用する場合について説明したが、蛍光診断薬を注入していない生体観察部から発せられる自家蛍光を検出する蛍光検出装置（以下、「自家蛍光検出の場合」という）にも同様に適用が可能である。この場合は、生体観察部に励起光を照射して、それにより生じた生体内在色素からの自家蛍光の内の比較的長い波長領域の蛍光成分（例えば、赤色領域成分Ｒ。以下「長波長成分」という。）と、長波長成分と比較的短い波長領域の蛍光成分（例えば、緑色領域成分Ｇ。以下「短波長成分」という。）との蛍光和成分との除算を行う。以下に、この場合について詳細に説明する。
【００３８】
上述の薬剤蛍光検出の場合と同様に、生体観察部10の生体内在色素から生じる自家蛍光L3は、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって長波長成分Ifλ１ と、長波長成分Ifλ１ と短波長成分Ifλ２ との蛍光和成分Ifλ＋ とに波長分離され、蛍光検出手段３が生体観察部10の生体内在色素から生じる自家蛍光L3の内の長波長成分を検出し、蛍光検出手段４が生体観察部10の生体内在色素から生じる自家蛍光L3の内の蛍光和成分を検出する。その他の構成は、上述の薬剤蛍光検出の場合と同様である。尚、長波長成分を検出する手段および蛍光和成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良い。例えば、長波長成分と短波長成分に波長分離して、蛍光検出手段３により長波長成分を検出し、蛍光検出手段４により短波長成分を検出し、それぞれの出力を加算することにより蛍光和成分を求めても良い。また、短波長成分と、長波長成分と短波長成分との蛍光和成分に波長分離して、蛍光検出手段３により短波長成分を検出し、蛍光検出手段４により蛍光和成分を検出し、蛍光和成分から短波長成分を減算することにより長波長成分を求めるものであってもかまわない。
【００３９】
以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について説明する。観察部10に励起光L1が照射されているとき、観察部10からは、図１１にスペクトルを示すような自家蛍光L3が発せられる。この自家蛍光L3は、ＦＡＤ、コラーゲン、ファイブロネクチン、ポルフィリン、等の種々の生体内在色素からの蛍光が重畳したものと推測されており、図１１に蛍光スペクトルを示すように、正常部と病変部とでは、蛍光スペクトルの大きさが異なると共に形状も異なり、正常部は自家蛍光L3が全体的に大きいが病変部は自家蛍光L3が全体的に減少し、また特にこの病変部については、青色〜緑色の蛍光成分の減少の程度に比して、赤色より長波長の蛍光成分の減少の程度が小さい（尚、病変部と正常部とで蛍光スペクトルが異なる理由は解明されていない）。すなわち、病変部と正常部とでは、赤色近傍蛍光成分（長波長成分）Ifλ１ と緑色近傍蛍光成分（短波長成分）Ifλ２ の比率が変化し、除算により求められたIfλ１ / Ifλ＋ の値が大きい部位は病変部であり、小さい部位は正常部であると判断できる。それぞれの波長成分は以下のように表される。
【００４０】
励起光L1を照射しているときの見かけ上の長波長成分Ifλ１ は、
Ifλ１ ＝kλ１・Iλｅｘ・ηFλ１・n・ηD
励起光L1を照射しているときの見かけ上の短波長成分Ifλ２ は、
Ifλ２ ＝kλ２・Iλｅｘ・ηFλ２・N・ηD
であるので、短波長成分と長波長成分との蛍光和成分Ifλ＋は、以下のように表される。
【００４１】
Ifλ＋ ＝(kλ１・Iλｅｘ・ηFλ１・n・ηD)＋(kλ２・Iλｅｘ・ηFλ２・N・ηD)
ここで用いられる記号は、特に断りのない限り、それぞれ次に記載の意味を有する。以下、自家蛍光検出の場合について同様である。
【００４２】
λｅｘ ：励起光波長
Iλｅｘ ：励起光光源から生体観察部までの距離L、励起光源のパワーP、励起光光束と観察部との成す角度θとに依存する生体観察部での励起光強度,Iλｅｘ＝Iλｅｘ (L,P,θ)
n ：長波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の自家蛍光分子濃度（自家蛍光に寄与する蛍光分子は複数種存在することが考えられるが、仮想的に1種の分子が存在していると扱えるという意味でここでは「見かけ上の」という言葉を用いている。以下、同様である。）
N ：短波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の自家蛍光分子濃度
M ：全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の自家蛍光分子濃度
kλ１ ：励起光波長λｅｘと長波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
kλ２ ：励起光波長λｅｘと短波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
kλ１２ ：励起光波長λｅｘと全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
ηFλ１ ：長波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ２ ：短波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ１２ ：全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηD ：発光部位と受光系との距離L'と、受光系の開口の大きさD と、検出器の効率ξとに依存する蛍光の検出効率，ηD＝ηD(L',ξ,D)（厳密には短波長領域の蛍光に対する検出効率と、長波長領域の蛍光に対する検出効率とは異なるが、ここでは両者を近似的に等しいとして扱うことができる。）
次に、除算手段５により長波長蛍光成分Ifλ１と蛍光和成分Ifλ＋（Ifλ１＋Ifλ２) との除算を行う。除算値 Ifλ１ / (Ifλ１＋Ifλ２) は以下のように表される。
【００４３】
Ifλ１ / (Ifλ１＋Ifλ２)＝(kλ１・ηFλ１・n) / (kλ１・ηFλ１・N＋kλ２・ηFλ２・n)
この除算演算により、励起光照度の場所による不均一さIλｅｘ がキャンセルされる。従って、自家蛍光の内の長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）と、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分との蛍光和成分（Ｇ＋Ｒ）、との除算に適用した場合においても、分母に蛍光和成分Ifλ＋ を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。従って、例えば蛍光検出手段３および４として撮像素子を用いることで、表示手段６に蛍光強度の補正された蛍光像を可視画像として表示することができる。
【００４４】
また、本発明による蛍光検出装置は、蛍光差成分と蛍光和成分との除算に適用することも可能である。最初に、薬剤蛍光検出の場合であって、自家蛍光成分Inと薬剤蛍光成分Exとの蛍光差成分（In−Ex）と、自家蛍光成分Inと薬剤蛍光成分Exとの蛍光和成分（Ex＋In）との除算に適用する場合について説明する。
【００４５】
上述の場合と同様に、生体観察部10から生じた蛍光L3を集光光学系２で集光し、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって生体観察部10から発せられる自家蛍光成分と薬剤蛍光成分との蛍光差成分と、自家蛍光成分と薬剤蛍光成分との蛍光和成分に波長分離され、蛍光検出手段３が蛍光差成分を検出し、蛍光検出手段４が蛍光和成分を検出する。その他の構成は、上述の場合と同様である。尚、蛍光差成分に含まれる「自家蛍光成分」および「薬剤蛍光成分」の各波長領域と、蛍光和成分に含まれる「自家蛍光成分」および「薬剤蛍光成分」の各波長領域とは必ずしも同一である必要はない。さらに、上述の場合と同様に、蛍光差成分を検出する手段および蛍光和成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良いのは言うまでもない。以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について詳細に説明する。
【００４６】
蛍光検出手段３および４により検出された各々の波長成分は以下のように表される。上記説明で明らかなように、蛍光和成分Ifλ＋ は、
一方、蛍光差成分Ifλ−は、
次いで、蛍光差成分Ifλー と蛍光和成分Ifλ＋ との除算を除算手段５で行う。蛍光差成分Ifλー と蛍光和成分Ifλ＋ との除算を行うと、
となる。即ち、本構成においても励起光照度の場所による不均一さIλｅｘ がキャンセルされる。X の値は自家蛍光分子濃度で規格化した薬剤蛍光分子濃度を表しており、Ifλー / Ifλ＋ が大きいということは薬剤蛍光が弱いことを示し正常部位であることを示し、逆にIfλー / Ifλ＋ が小さくなると薬剤蛍光が強いことを示し病変部であることを意味する。このように蛍光差成分Ifλー と蛍光和成分Ifλ＋ との間で除算演算を行うことによっても、病変部を特異的に抽出することが可能となる。この際、分母に蛍光和成分Ifλ＋ を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。
【００４７】
上記説明は、薬剤蛍光検出の場合について説明したが、自家蛍光検出の場合にも同様に適用が可能であるのは言うまでもない。この場合において、上記説明における「蛍光差成分」は、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光差成分（Ｇ−Ｒ）」と、「蛍光和成分」は、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光和成分（Ｇ＋Ｒ）」として考える。
【００４８】
上記説明は、いずれも蛍光和成分との除算を行う場合について説明したが、励起光によって励起されたおよそ全領域の蛍光成分（全蛍光成分）との除算を行う場合についても同様に適用が可能である。以下に、この場合について詳細に説明する。最初に、自家蛍光検出の場合であって、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光差成分（Ｇ−Ｒ）と、全蛍光成分との除算に適用する場合について説明する。
【００４９】
上述の蛍光和成分の場合と同様に、生体観察部10から生じた蛍光L3を集光光学系２で集光し、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって生体観察部10から発せられる短波長成分と長波長成分との蛍光差成分と、短波長成分から長波長成分までの全蛍光成分に波長分離され、蛍光検出手段３が蛍光差成分を検出し、蛍光検出手段４が全蛍光成分を検出する。その他の構成は、上述の場合と同様である。尚、上述の場合と同様に、蛍光差成分を検出する手段および全蛍光成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良いのは言うまでもない。特に、全蛍光成分を検出する手段としては、短波長成分と長波長成分との波長分離特性を工夫する（例えば短波長成分の長波長側の遮断特性と長波長成分の短波長側の遮断特性とを同一にする等）ことによって、短波長成分と長波長成分に波長分離して検出しその結果を加算して蛍光和成分を求めることにより、この蛍光和成分を全蛍光成分として考えることも可能である。すなわち、この場合は、上記説明の蛍光和成分との除算を行う構成がそのまま全蛍光成分との除算を行う構成として機能させることができることとなる。以下同様である。
【００５０】
以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について詳細に説明する。蛍光検出手段３および４により検出された各々の波長成分は以下のように表される。上記説明で明らかなように、蛍光差成分Ifλ− は、
一方、短波長領域から長波長領域までの全蛍光成分Ifλ１２は、
Ifλ１２＝ kλ１２・Iλｅｘ・ηFλ１２・M・ηD
次いで、蛍光差成分Ifλー と全蛍光成分Ifλ１２との除算を除算手段５で行う。蛍光差成分Ifλー と蛍光和成分Ifλ１２ との除算を行うと、
となる。但し、C１ および C２ は定数である。
【００５１】
即ち、本構成においても、励起光照度の場所による不均一さIλｅｘ がキャンセルされる。ここで、Ifλー / Ifλ１２が大きいということは短波長領域の蛍光が強いことを示し正常部位であることを示し、逆にIfλー / Ifλ１２が小さくなると短波長領域の蛍光が弱いことを示し病変部であることを意味する。このように蛍光差成分Ifλー と全蛍光成分Ifλ１２との間で除算演算を行うことによっても、病変部を特異的に抽出することが可能となる。この際、分母に全蛍光成分Ifλ１２を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。
【００５２】
上記説明は、自家蛍光検出の場合であって、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光差成分（Ｇ−Ｒ）と、全蛍光成分との除算に適用する場合について説明したが、長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）と全蛍光成分との除算を行う場合についても同様に適用が可能であるのは言うまでもない。この場合において、上記説明における「蛍光差成分」は「長波長成分」として考える。
【００５３】
また、上記説明は自家蛍光検出の場合についてのものであるが、薬剤蛍光検出の場合についても同様に適用が可能であるのは言うまでもない。この場合において、上記説明における「短波長成分と長波長成分との蛍光差成分と全蛍光成分との除算」は「自家蛍光成分Inと薬剤蛍光成分Exとの蛍光差成分（In−Ex）と全蛍光成分との除算」と、「長波長成分と全蛍光成分との除算」は、「薬剤蛍光成分Exと全蛍光成分との除算」として考える。
【００５４】
次に本発明による蛍光検出装置を適用した具体的な実施の形態の一例について説明する。図６は本発明による蛍光検出装置を適用した内視鏡装置の概略構成図であり、本内視鏡は、蛍光診断薬が予め注入された生体観察部に励起光を照射することにより発せられる蛍光を検出し、赤色蛍光成分と、青色蛍光成分、緑色蛍光成分および赤色蛍光成分との蛍光和成分との除算を行うものである。
【００５５】
本発明の第三の実施の形態にかかる上記内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡100 、通常観察用白色光および蛍光像観察用励起光を発する光源を備える照明装置110 、通常観察時に前記白色光の生体被照射部位からの反射光および蛍光像観察時に前記励起光の生体被照射部位からの蛍光を検出する蛍光検出手段としての高感度カメラユニット300 、検出された反射光像あるいは蛍光像の画像処理を行う画像処理装置310 、および該画像処理装置310 で処理された画像情報を可視画像として表示するディスプレイ160 から構成されている。
【００５６】
内視鏡100 は、内視鏡挿入部101 内部に該内視鏡挿入部101 の先端まで延びるライトガイド106 およびイメージファイバ104 を備えており、該ライトガイド106 とイメージファイバ104 の先端部即ち内視鏡挿入部101 先端部には、それぞれ、照明レンズ102 、対物レンズ103 を備えている。前記ライトガイド106 の一端は照明装置110 から操作部105 をつなぐ接続部107 を通り照明装置110 内へ達している。前記イメージファイバ104 の一端は操作部105 内に延び、接眼レンズ109 を有する接眼部108 に接している。
【００５７】
前記照明装置110 は、通常像観察用の白色光L2を発するキセノンランプ118 、蛍光観察用の励起光L1を発する水銀ランプ111 、該水銀ランプ111 から発せられた励起光L1の透過波長を設定する光学フィルタ112 、および通常観察時と蛍光観察時とで白色光L2と励起光L1を切り換えるためドライバ116 により駆動される切換ミラー115 からなる。
【００５８】
高感度カメラユニット300 は、透過する反射光および蛍光L3の励起光成分をカットする励起光シャープカットフィルタ302 と、該フィルタ302 を透過した反射光および蛍光L3による像を結像する撮像手段としての冷却CCD カメラ303 とからなり、冷却CCD カメラ303 の検出面には図７にその模式図を示す色モザイクフィルタ304 が装着されている。色モザイクフィルタ304 は蛍光をＲ、Ｇ、Ｂの各色の波長領域に分離する微少なフィルタＲ、Ｇ、Ｂから構成され、各フィルタの光学的透過特性は図８に示す通りである。
【００５９】
画像処理装置310 は、冷却CCD カメラ303 で得られた映像信号をデジタル化するA/D 変換回路311 、デジタル化されたRGB 各々の画像信号を保存するR 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 、各画像メモリの出力を加算処理して得られる蛍光和成分を反映する加算信号を保存する加算メモリ315 、R 画像メモリ314 の出力と加算メモリ315 の出力との除算処理を行い除算結果を保存する除算メモリ316 、該除算メモリ316 に保存された除算画像信号をディスプレイ160 に可視画像として表示するための画像処理を行うビデオ信号発生回路317 、照明装置110 と光路切換ユニット120 との切換ミラー115,121 を駆動するドライバ116,123 に信号を送るタイミングコントローラ319 、および該タイミングコントローラ319 を制御するビデオプロセッサ318 からなる。
【００６０】
以下、本発明による蛍光検出装置を適用した上記構成の内視鏡装置の作用について説明する。最初に、本内視鏡装置の通常像観察時の作用を説明する。
【００６１】
通常観察時には、照明装置110 内の切換ミラー115 は、タイミングコントローラ158 からの信号に基づきドライバ116 によって駆動されて白色光L2の進行を妨害しないように破線の位置に移動する。キセノンランプ118 から出力される白色光L2は、レンズ117 を経て切換ミラー115 へ向かう。前記白色光L2はレンズ114 によってライトガイド106 に入力され、内視鏡先端部まで導光された後、照明レンズ102 から病変部11を含む観察部10へ照射される。
【００６２】
生体に照射された白色光L2の反射光は対物レンズ103 よって集光され、イメージファイバ104 、接眼部108 内に設けられた接眼レンズ109 を経て、高感度カメラユニット300 へ向かう。接眼レンズ109 を透過した白色光L2の反射光は、レンズ301 、および励起光シャープカットフィルタ302 を透過し、冷却CCD カメラ303 へ結像する。なお、冷却CCD カメラ303 の検出面には、色モザイクフィルタ304 が装着されているため、色モザイクフィルタ304 を透過した光は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の波長領域に分離される。冷却CCD カメラ303 からの映像信号はA/D 変換回路311 へ入力され、RGB の各映像信号成分についてデジタル化された後、それぞれ、R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 へ保存される。R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 へ保存された通常画像信号は、ビデオ信号発生回路317 によってDA変換後にカラーマトリックス処理およびエンコード処理され、NTSC信号としてディスプレイ160 へ入力され、該ディスプレイ160 に可視画像として表示される。
【００６３】
次いで、蛍光像観察時の作用を説明する。ここでは、蛍光診断薬としてλｅｍ＝635nm 前後の蛍光を発する5-ALA を用いる場合について説明する。生体の被照射部には予め前記蛍光診断薬5-ALA が投与される。
【００６４】
切換ミラー115 はタイミングコントローラ158 からの信号に基づき、ドライバ116 によって駆動されて白色光L2の通過を遮断すると共に励起光L1を反射するように実線の位置に移動する。水銀ランプ111 から出力される励起光L1は、光学フィルタ112 およびレンズ113 を透過し、切換ミラー115 へ向かう。切換ミラー115 で反射された励起光L1は、レンズ114 によってライトガイド106 に入力され、内視鏡先端部まで導光された後、照明レンズ102 から病変部11を含む観察部10に照射される。なお、光学フィルタ112 は、図９に示すような透過特性をしており光学フィルタ112 を透過した水銀ランプ111 から発せられる励起光L1は、波長405nm の輝線スペクトルとなる。
【００６５】
励起光を照射されることにより生じる生体観察部10からの蛍光L3は、対物レンズ103 よって集光され、イメージファイバ104 および接眼レンズ109 を経て、励起光シャープカットフィルタ302 を透過し励起光成分が除去された後、冷却CCD カメラ303の検出面に装着された色モザイクフィルタ304 によりＲ、Ｇ、Ｂの各色の波長領域に分離されて、冷却CCD カメラ303 へ結像される。なお、通常観察光に比べて蛍光強度は弱いので、蛍光像観察時においては冷却CCD カメラ303 の撮像レートを通常像観察時より充分遅くする。冷却CCD カメラ303 からの蛍光映像信号はA/D 変換回路311 へ入力され、R 画像、G 画像、B 画像各々についてデジタル化された後、それぞれ、R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 へ保存される。RGB 蛍光像を反映する各々の映像信号が取得された後、加算メモリ315 において、R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 およびB 画像メモリ312 の出力の加算処理が行われ、加算結果が蛍光和成分を反映する加算信号として加算メモリ315 に保存される。生体からの蛍光はR 映像信号が主として薬剤蛍光を反映し、BG映像信号が主として自家蛍光を反映するため、前記加算結果が、自家蛍光と薬剤蛍光との和を表す。
【００６６】
次いで、除算メモリ316 において、R 画像メモリ314 の出力と加算メモリ315 の出力との除算処理が行われ、除算結果が除算メモリ316 に保存される。除算メモリ316 へ保存された除算画像信号は、ビデオ信号発生回路317 によってDA変換後にエンコード処理され、ディスプレイ160 に可視画像として表示される。なお、通常画像を保存するメモリを上記RGB メモリと別に設けることにより、除算画像と通常画像をオーバーレイ表示することもできる。
【００６７】
また、水銀ランプ111 に対しては、上記光学フィルタ112 とは異なる透過特性の光学フィルタを用いることが可能であり、例えば、図10に示すように405nm と365nm の輝線を選択的に透過させることができる光学フィルタを用いてもよい。405nm は蛍光診断薬を高効率で励起することができる波長λｅｘ１ 、365nm は自家蛍光分子を高効率で励起することができる波長λｅｘ２ であるので、このような２種の光を併せて用いることはＳＮ比向上のために望ましい。以下薬剤蛍光検出の場合において同様である。
【００６８】
尚、本構成にあっては、自家蛍光はG 領域が強いので、自家蛍光成分と薬剤蛍光成分との和を求める際に、G 画像メモリ313 の出力とR 画像メモリ314 の出力との加算処理に代えても良い。
【００６９】
さらに、本構成における色モザイクフィルタ304 の波長分離特性が図８に示すものであり、蛍光和成分を求めることは全蛍光成分を求めることと実質的に等価と考えることができる。この場合において、色モザイクフィルタ304 の波長分離特性を変えることにより（例えば各色の遮断特性がオーバーラップしないようにする等）、全蛍光成分と等価とならない蛍光和成分との除算を行うものとして機能させることもできる。
【００７０】
また、本内視鏡装置は蛍光検出手段である高感度カメラユニット300 の蛍光検出面に色モザイクフィルタ304 が装着され、該色モザイクフィルタ304 により、蛍光が所望の波長領域に分離されているので、高感度カメラユニット300 の構成を簡易化することができる。
【００７１】
またそのため、内視鏡先端部に色モザイクフィルタ304 が装着されたCCD カメラを配置することが容易に可能であり、すなわち内視鏡先端部に撮像素子を具備する電子内視鏡として適用することができる。
【００７２】
さらに、上記実施の形態にかかる装置に使用されているシャープカットフィルタは所望の励起光波長に応じて適宜変更可能である。
【００７３】
また、上記実施の形態の説明は、いずれも薬剤蛍光検出を行う場合についてのものであるが、自家蛍光検出を行う自家蛍光画像診断装置に適用可能なことは言うまでもなく、上記実施の形態の構成にほぼそのまま適応できる。但し、励起光としては、生体内在色素の励起ピーク波長近辺の領域の波長の光を用いればよい。
【００７４】
また、上記具体的な実施の形態の説明は薬剤蛍光成分又は長波長成分（例えば赤色成分Ｒ）を除算する場合についてのものであるが、蛍光差成分（（In−Ex）又は（Ｇ−Ｒ））を除算する場合についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蛍光検出装置の基本構成図
【図２】励起波長λｅｘと、自家蛍光Ifλ２と、薬剤蛍光Ifλ１との関係を示す原理説明図
【図３】薬剤蛍光Ifλ１と全蛍光Ifλ との除算Ifλ１/ Ifλと、自家蛍光分子濃度で薬剤蛍光分子濃度を規格化した変数 N/n＝X との関係を示す原理説明図
【図４】励起波長λｅｘ１および励起波長λｅｘ２における自家蛍光Ifλ２，Ifλ２'と薬剤蛍光Ifλ１，Ifλ１'との関係を示す原理説明図
【図５】薬剤蛍光Ifλ１と全蛍光Ifλとの除算Ifλ１/If＝(Ifλ１+Ifλ１')/(Ifλ１+Ifλ１'+Ifλ２+Ifλ２')と、自家蛍光分子濃度で薬剤蛍光分子濃度を規格化した変数 N/n＝X との関係を示す原理説明図
【図６】本発明による蛍光検出装置を適用した具体的な実施の形態である内視鏡装置の概略構成図
【図７】上記実施の形態にかかる内視鏡装置に使用される高感度カメラに用いられる色モザイクフィルタを示す説明図
【図８】上記色モザイクフィルタの光透過特性図
【図９】上記実施の形態の励起光光源の励起光スペクトルを示す説明図
【図１０】上記実施の形態の励起光光源の励起光スペクトルの他の態様を示す説明図
【図１１】自家蛍光の蛍光スペクトルを示す説明図
【符号の説明】
１ 励起光照射手段
２ 集光光学系
３ 蛍光検出手段
４ 蛍光検出手段
５ 除算手段
６ 表示手段
L1 励起光
L3 蛍光
100 内視鏡
104 イメージファイバ
106 ライトガイド
110 照明装置
111 水銀ランプ
115 切換ミラー
118 キセノンランプ
160 ディスプレイ
300 高感度カメラユニット
303 冷却CCD カメラ
304 色モザイクフィルタ
310 画像処理装置
311 Ａ／Ｄ変換回路
316 除算画像メモリ
317 ビデオ信号発生回路
318 ビデオプロセッサ
319 タイミングコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、腫瘍に対して親和性の強い蛍光を発する光感受性物質が予め注入された生体の観察部に励起光を照射し、そのとき該光感受性物質および生体内在色素から発せられる蛍光の強度により腫瘍の診断を行ったり、あるいは光感受性物質を予め注入することなく生体内在色素から発せられる自家蛍光の強度により腫瘍の診断を行う蛍光診断装置に適用可能な蛍光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般にＰＤＤ（Photodynamic Diagnosis）と称される光力学診断についての研究が種々なされている。このＰＤＤとは、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質(ATX-S10、5-ALA、NPe6、HAT-D01、Photofrin-2、等)を蛍光診断薬として予め生体の癌等の腫瘍部分に吸収させておき、その部分に光感受性物質の励起波長領域にある励起光を照射して腫瘍部分に集積した蛍光診断薬から蛍光を生じさせ、この蛍光を受光することにより病変部の局在・浸潤範囲を画像として表示して腫瘍部分を診断する技術である。
【０００３】
例えば特公昭６３−９４６４号公報、特開平１−１３６６３０号公報、特開平７−５９７８３号公報には、このＰＤＤを行なうための蛍光診断装置が開示されている。この種の蛍光診断装置は基本的に、光感受性物質の励起波長領域にある励起光を生体に対して照射する励起光照射手段と、光感受性物質が発する蛍光を検出して生体の蛍光像を撮像する手段と、この撮像手段の出力を受けて上記蛍光像を表示する画像表示手段とからなるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡や、手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成される。
【０００４】
また、特に光感受性物質を予め生体内に注入することなく、生体内在色素の励起波長領域にある励起光を生体観察部（生体被照射部位）に照射し、生体内在色素が発する蛍光を受光することにより病変部の局在・浸潤範囲を画像として表示して腫瘍部分を診断する技術も提案されている。
【０００５】
さらに、特に上述のような２次元的蛍光像を撮像せずに、生体部位上の一点毎に蛍光強度を検出することにより、その一点が腫瘍部分であるか否かを診断できるようにした蛍光診断装置も提案されている（例えば、特願平７−２５２２９５号等）。
【０００６】
ところで、上述のような蛍光診断装置においては、生体の部位に凹凸が有るため励起光照射系から生体観察部までの距離が均一ではなく、生体の励起光照射部分における励起光照度は一般に不均一である。一般に、蛍光強度は励起光照度にほぼ比例し、励起光照度は距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある病変部よりも近くにある正常部の方が強い蛍光を発したり、励起光に対して傾斜した位置にある病変部からの蛍光が極端に低下したりする。このように励起光照度が不均一であると、励起光照度の高低に応じて蛍光強度が変化するので、それによって腫瘍部分の診断を誤ることも有り得る。
【０００７】
そこで、このような生体観察部との距離の不均一さに起因する蛍光強度の変化を補償するために、例えば特開昭６２−２４７２３２号、特公平３−５８７２９号等に開示されるような蛍光診断装置が提供されている。特公平３−５８７２９号記載の蛍光診断装置では、病変部に対して親和性の強い光感受性物質が予め注入された生体の一部に励起光を照射して生じる蛍光を受光すると共に、励起光の反射光を受光し、これら蛍光成分と反射光成分との除算に基づく画像演算を行っており、このような除算により生体観察部との距離に起因する項は消去される。しかしながら、蛍光成分と反射光成分との除算結果には、励起光被照射部の反射率に関する項が残存するため、結果的に蛍光診断薬の分布を反映した蛍光像が得られないという問題点が依然として残っている。
【０００８】
一方、「FLUORESCENCE IMAGING OF EARLY LUNG CANCER」（Annual International Conference of the IEEE Engineering and Biology Society, Vol.12, No.3,1990) に示される装置においては、励起光が照射されることにより生体観察部の生体内在色素から生じる自家蛍光を緑色の波長領域の成分（以下、「緑色領域成分Ｇ」という。）と赤色の波長領域の成分（以下、「赤色領域成分Ｒ」という。）とに分離して、この赤色領域成分Ｒと緑色領域成分Ｇとの除算に基づく画像演算を行って、除算結果を表示する。これは、正常部と病変部とで自家蛍光のスペクトルが異なること、すなわち正常部における生体内在色素の発する自家蛍光スペクトルが、病変部では正常部と比較して特に緑色領域の強度が極端に低下するため、病変部では自家蛍光の緑色領域成分Ｇの減少率が赤色領域成分Ｒの減少率に比較して非常に大きいことを利用するもので、Ｒ／Ｇなる除算により病変部からの蛍光を特異的に抽出して画像表示することができる。この装置においては、励起光光源および蛍光受光部と生体観察部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされるが、病変部での自家蛍光が極端に小さいためＳＮ比が極端に低いという問題がある。
【０００９】
そこで、平成７年第16回日本レーザ医学会大会において発表された「Red/Green Ratio を用いた癌の蛍光画像診断」（東京医科大学、浜松フォトニクス）においては、病変部に集積して赤い蛍光を発する蛍光診断薬を用いて、病変部における赤色蛍光強度を増幅させ、Ｒ／Ｇなる演算を行うことが提案されている。この結果、前述の「FLUORESCENCE IMAGING OF EARLY LUNG CANCER」において示される装置に比して病変部からの蛍光強度が増幅された蛍光画像が得られる。
【００１０】
この両者のようにＲ／Ｇなる演算を行うことにより、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に依存する蛍光強度の項は無視できることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、病変部における緑色の自家蛍光成分は極端に弱いため、上記いずれの方法においてもゼロ割り算を行う場合が生じ、演算エラーを起こしやすいという問題点が依然として残る。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に依存する蛍光強度を演算エラーを生じないように是正する蛍光検出装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の蛍光検出装置は、蛍光を発する光感受性物質（蛍光診断）が予め注入された生体観察部に励起光を照射して、それにより発生した前記観察部からの蛍光を検出する蛍光検出装置であって、前記蛍光診断薬および蛍光を発する生体内在色素の励起波長領域にある励起光を照射する励起光照射手段と、前記観察部の前記蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光（「エクストリンジックな蛍光」ともいう）の波長領域および前記生体内在色素から発せられる自家蛍光の波長領域を含む全蛍光成分、または前記蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記生体内在色素から発せられる自家蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光和成分の何れかと、前記薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分、または前記薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光差成分の何れかとを抽出する蛍光検出手段と、該蛍光検出手段で抽出された前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとの除算を行う除算手段とを有し、前記蛍光検出手段が、前記観察部から発せられる蛍光を、前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとに分離する色モザイクフィルタと、該色モザイクフィルタを透過した蛍光を２次元的に検出する撮像手段とを備えるものであり、また前記色モザイクフィルタが前記撮像手段の蛍光検出面に装着されていることを特徴とするものである。
【００１４】
この場合において、前記蛍光検出手段により抽出される蛍光成分のＳＮ比を向上させるため、前記励起光として、前記蛍光診断薬の励起ピーク波長近辺の波長領域の光を用いたり、前記蛍光診断薬の励起ピーク波長近辺の波長領域の光と前記生体内在色素の励起ピーク波長近辺の波長領域の光とを用いることが望ましい。
【００１５】
尚、「励起ピーク波長」とは、「前記蛍光診断薬および／または前記生体内在色素から前記励起光により励起されて発せられる蛍光（あるいは自家蛍光）の強度が最強となる励起光の波長」である。以下同様である。
【００１６】
また、本発明による第２の蛍光検出装置は、光感受性物質（蛍光診断薬）が注入されていない生体観察部に励起光を照射して、それにより前記観察部の生体内在色素から発せられる自家蛍光を検出する蛍光検出装置であって、蛍光を発する生体内在色素の励起波長領域にある励起光を生体の観察部に照射する励起光照射手段と、前記観察部の前記生体内在色素から発せられる自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域および比較的長い波長領域を含む可視領域の全自家蛍光成分、または前記観察部の前記生体内在色素から発せられる自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域の内の所定の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光の内の比較的長い波長領域の内の所定の波長領域の蛍光成分との蛍光和成分の何れかと、前記自家蛍光成分の内の比較的長い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分、または前記自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光成分の内の比較的長い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光差成分の何れかとを抽出する蛍光検出手段と、該蛍光検出手段で抽出された前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとの除算を行う除算手段とを有し、前記蛍光検出手段が、前記観察部から発せられる蛍光を、前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとに分離する色モザイクフィルタと、該色モザイクフィルタを透過した蛍光を２次元的に検出する撮像手段とを備えるものであり、また前記色モザイクフィルタが前記撮像手段の蛍光検出面に装着されていることを特徴とするものである。
【００１７】
この場合において、前記蛍光検出手段により抽出される蛍光成分のＳＮ比を向上させるため、前記励起光として、前記生体内在色素の励起ピーク波長近辺の波長領域の光を用いることが望ましい。
【００１８】
【発明の効果】
上述した本発明による第１および第２の蛍光検出装置によれば、所定の波長領域に亘る全自家蛍光成分、または、所望の波長領域の蛍光和成分を分母にして除算演算を行うことにより、除算を行う分母を十分に大きくすることができるので、画像演算においてゼロ割り算をするという演算エラーが発生することがなく、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に起因する蛍光強度の変動の除去を安定に行ことが可能となる。
【００１９】
そして、励起光として、生体内在色素および／または蛍光診断薬の励起ピーク波長近辺の波長領域の光を用いることにより、除算を行う分母や分子を充分に大きくすることができるので、ＳＮ比の高い演算処理が可能となる。
【００２０】
また、蛍光検出手段として撮像素子等の撮像手段を用いて蛍光画像を観察する蛍光診断装置に適用することにより、上記距離に起因する蛍光強度の変動が除去された蛍光画像を得ることができ、またＳＮ比の高い良好な画像を得ることもできるので、診断性能の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
さらに、色モザイクフィルタを用いて、蛍光を所望の波長領域に分離する事により、蛍光検出手段の構成が簡易化される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による蛍光検出装置の基本的な構成を示すものである。この基本的な構成による蛍光検出装置は、生体観察部10に励起光L1を照射する励起光照射手段１、生体観察部10から生じる蛍光L3を集光光学系２により集光した後、所望の波長領域に分離して検出することにより所望の波長領域の蛍光成分を抽出する蛍光検出手段３および励起光に励起された蛍光（あるいは自家蛍光）の所定の波長領域に亘る全蛍光成分または所望の波長領域の蛍光和成分を抽出する蛍光検出手段４、この蛍光検出手段３および４の出力に基づいて除算演算を行う除算手段５より構成されており、この除算手段５の出力は、例えば画像情報として可視画像を表示する表示手段６に入力される。尚、蛍光検出手段３および４は集光光学系２を含む蛍光検出手段として考えて良いことは言うまでもなく、本構成例においては説明の便宜から分離して構成しているに過ぎない。
【００２３】
以下、上記の基本的な構成を有する蛍光検出装置において、励起光光源および蛍光受光部と励起光の照射された生体観察部との距離に依存する蛍光強度を是正する方法について詳細に説明する。
【００２４】
最初に、光感受性物質（蛍光診断薬）が予め注入されている生体観察部に励起光を照射して、それにより生じた蛍光診断薬からの薬剤蛍光および生体内在色素からの自家蛍光を検出する蛍光検出装置（以下「薬剤蛍光検出の場合」という。）であって、薬剤蛍光成分Exと、薬剤蛍光成分Exと自家蛍光成分Inとの蛍光和成分（Ex＋In）との除算に適用する場合について説明する。
【００２５】
励起光照射手段１から励起波長λｅｘの励起光を発し、予め蛍光診断薬を投与された生体の病変部を含む生体観察部に照射する。それにより生体観察部10から生じた蛍光L3を集光光学系２で集光し、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって生体観察部10の蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光成分と、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分との蛍光和成分に波長分離され、蛍光検出手段３が薬剤蛍光成分を検出し、蛍光検出手段４が蛍光和成分を検出する。尚、蛍光検出手段３および４に用いられる光検出素子は、蛍光L3を一点毎に検出するフォトダイオード等の光検出素子でよいのは言うまでもなく、蛍光L3を２次元的に検出し蛍光像を撮像するＣＣＤ撮像素子等でも良い。以下同様である。
【００２６】
また、「薬剤蛍光成分」の波長領域と「蛍光和成分に含まれる薬剤蛍光成分」の波長領域とは必ずしも同一である必要はない。さらに、薬剤蛍光成分を検出する手段および蛍光和成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良い。例えば、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分に波長分離して、蛍光検出手段３により薬剤蛍光成分を検出し、蛍光検出手段４により自家蛍光成分を検出し、それぞれの出力を加算することにより蛍光和成分を求めても良い。また、自家蛍光成分と、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分との蛍光和成分に波長分離して、蛍光検出手段３により自家蛍光成分を検出し、蛍光検出手段４により蛍光和成分を検出し、蛍光和成分からを自家蛍光成分を減算することにより薬剤蛍光成分を求めるものであってもかまわない。
【００２７】
以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について説明する。観察部10に励起光L1が照射されているとき、観察部10からは図２にスペクトルを示すような蛍光L3が発せられる。この蛍光L3は、FAD やNADH等の生体内在色素による自家蛍光成分Ifλ２ と、病変部に集積した蛍光診断薬による薬剤蛍光成分Ifλ１ とからなる。一般に、自家蛍光成分Ifλ２ は波長500nm 前後に極大ピークを有し、波長600nm 以上で大きく減衰する。一方、薬剤蛍光成分Ifλ１は、波長600nm 以上に極大ピークを有する。
【００２８】
蛍光検出手段３および４により検出された各々の波長成分は以下のように表される。
【００２９】
薬剤蛍光成分Ifλ１は、
Ifλ１＝kλ１・Iλｅｘ・ηFλ１・N・ηD
見かけ上の自家蛍光成分Ifλ２は、
Ifλ２＝kλ２・Iλｅｘ・ηFλ２・n・ηD
蛍光和成分Ifλ＋ は、
Ifλ＋ ＝Ifλ１＋Ifλ２
ここで用いられる記号は、特に断りのない限り、それぞれ次に記載の意味を有する。以下、薬剤蛍光検出の場合について同様である。
【００３０】
λｅｘ ： 励起光波長
Iλｅｘ ： 励起光光源から生体観察部までの距離L、励起光限のパワーP、励起光光束と観察部との成す角度θとに依存する生体観察部での励起光強度，Iλｅｘ＝Iλｅｘ (L,P,θ)
n ：見かけ上の自家蛍光分子濃度（自家蛍光分子は複数種存在することが考えられるが、仮想的に1種の分子が存在していると扱えるという意味でここでは「見かけ上の」という言葉を用いている。）
N ：薬剤蛍光分子濃度
kλ１ ：励起光波長λｅｘと薬剤蛍光分子とに依存する定数
kλ２ ：励起光波長λｅｘと見かけ上の自家蛍光分子とに依存する定数
kλ１２ ：励起光波長λｅｘと全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
ηFλ１ ：薬剤蛍光分子の励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ２ ：見かけ上の自家蛍光分子の励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ１２ ：全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηD ：発光部位と集光光学系との距離L'と、集光系の開口の大きさD と、検出器の効率ξとに依存する蛍光の検出効率，ηD＝ηD(L',ξ,D)（厳密には自家蛍光に対する検出効率と、薬剤蛍光に対する検出効率とは異なるが、ここでは両者を近似的に等しいとして扱うことができる。）
である。
【００３１】
次いで、薬剤蛍光成分Ifλ１ と蛍光和成分Ifλ＋ との除算を除算手段５で行う。薬剤蛍光Ifλ１と蛍光和Ifλ＋ との除算を行うと、
Ifλ１ / Ifλ＋＝(kλ１ ・ηFλ１・N ) / (kλ１ ・ηFλ１・N＋kλ２・ηFλ２・n )
ここで、 (kλ１ ・ηFλ１) / (kλ２・ηFλ２)＝C ，N / n＝X
とすると、
Ifλ１ / Ifλ＋＝(C・X) / (C・X+1)
となり、C は定数項であるからIfλ１ / Ifλ＋ は図3 のグラフのように表される。即ち、励起光照度の場所による不均一さIλｅｘ がキャンセルされる。Xの値は自家蛍光分子濃度で規格化した薬剤蛍光分子濃度を表しており、Ifλ１ / Ifλ＋ が大きいということは病変部であることを意味する。このように蛍光和成分Ifλ＋ と薬剤蛍光成分Ifλ１ との間で除算演算を行うことにより、病変部を特異的に抽出することが可能となる。この際、分母に蛍光和成分Ifλ＋ を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。従って、例えば蛍光検出手段３および４として撮像素子を用いることで、表示手段６に蛍光強度の補正された蛍光像を可視画像として表示することができる。
【００３２】
上記励起光として、蛍光診断薬の励起ピーク波長λｅｘ１ 近辺の波長領域の光と、生体内在色素の励起ピーク波長λｅｘ２ 近辺の波長領域の光とを用いる場合、生体観察部からは図４に示す蛍光スペクトルが得られる。ここで、
Ifλ１ ：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ１ の励起光の薬剤蛍光への寄与分
Ifλ１'：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ２ の励起光の薬剤蛍光への寄与分
Ifλ２ ：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ１ の励起光の自家蛍光への寄与分
Ifλ２'：生体観察部からの蛍光の内、波長λｅｘ２ の励起光の自家蛍光への寄与分
Iλｅｘ１：波長λｅｘ１ の励起光の生体観察部での励起光強度
Iλｅｘ２：波長λｅｘ２ の励起光の生体観察部での励起光強度
但し、Iλｅｘ１とIλｅｘ２とは配光分布が同一とし、生体観察部においてIλｅｘ２＝ｍ・Iλｅｘ１（ｍは任意定数）が成立しているとする。
【００３３】
上記同様に所定の波長領域に波長分離して、蛍光検出手段３により薬剤蛍光成分Ifλ１＋Ifλ１’を検出し、蛍光検出手段４により蛍光和成分Ifλ＋ ＝Ifλ１＋Ifλ１'＋Ifλ２＋Ifλ２' を検出する。
【００３４】
ここで、Ifλ１, Ifλ１', Ifλ２, Ifλ２' はそれぞれ、
Ifλ１ ＝k１λ１・Iλｅｘ１ ・ηFλ１・N・ηD
Ifλ１'＝k１λ１’・Iλｅｘ１・ηFλ１’・N・ηD
Ifλ２ ＝k２λ２・Iλｅｘ２・ηFλ２・n・ηD
Ifλ２'＝k２λ２’・Iλｅｘ２・ηFλ２’・n・ηD
と表される。ここで、
k１λ１ ：励起光波長λｅｘ１と薬剤蛍光分子とに依存する定数
k１λ１'：励起光波長λｅｘ２と薬剤蛍光分子とに依存する定数
ηFλ１ ：薬剤蛍光分子の励起光波長λｅｘ１に対する蛍光量子収率
ηFλ１’：薬剤蛍光分子の励起光波長λｅｘ２に対する蛍光量子収率
k２λ２ ：励起光波長λｅｘ１と自家蛍光分子とに依存する定数
k２λ２'：励起光波長λｅｘ２と自家蛍光分子とに依存する定数
ηFλ２ ：見かけ上の自家蛍光分子の励起光波長λｅｘ１に対する蛍光量子収率
ηFλ２' ：見かけ上の自家蛍光分子の励起光波長λｅｘ２に対する蛍光量子収率
である。
【００３５】
次いで、薬剤蛍光成分 Ifλ１＋Ifλ１’と、蛍光和成分 Ifλ＋＝Ifλ１＋Ifλ１’＋Ifλ２＋Ifλ２’との除算を除算手段５で行うと、
(Ifλ１＋Ifλ１’) / (Ifλ１＋Ifλ１'＋Ifλ２＋Ifλ２’)＝C・X / (1＋C・X)
但し、
C＝(k１λ１・ηFλ１＋k１λ１’・m・ηFλ１’) / (k２λ２・ηFλ２＋k２λ２’・m・ηFλ２’)
X＝N / n
となり、C は定数項であるから(Ifλ１＋Ifλ１’) / (Ifλ１＋Ifλ１’＋Ifλ２＋Ifλ２’)は図５ のグラフのように表される。即ち、励起光照度の場所による不均一さ Iλｅｘ１ ，Iλｅｘ２ がキャンセルされる。X の値は自家蛍光分子濃度で規格化した薬剤蛍光分子濃度を表しており、(Ifλ１＋Ifλ１’) / (Ifλ１＋Ifλ１’＋Ifλ２＋Ifλ２’)が大きいことは病変部であることを意味する。
【００３６】
従って、この場合においても、蛍光和成分Ifλ＋ に基づく蛍光画像と、薬剤蛍光成分Ifλ１＋Ifλ１’に基づく蛍光画像との間で画像間除算を行うことにより、病変部からの蛍光を特異的に画像として抽出できる。このように蛍光和成分Ifλ＋ と薬剤蛍光成分Ifλ１＋Ifλ１’との間で除算演算を行うことにより、病変部を特異的に抽出することが可能となる。この際、分母に蛍光和成分Ifλ＋ を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。従って、例えば蛍光検出手段３および４として撮像素子を用いることで、表示手段６に蛍光強度の補正された蛍光像を可視画像として表示することができる。また、上記励起光として、蛍光診断薬の励起ピーク波長λｅｘ１ 近辺の波長領域の光と生体内在色素の励起ピーク波長λｅｘ２ 近辺の波長領域の光を用いることにより、蛍光強度を十分大きくでき、ＳＮ比の高い良好な蛍光画像を得られる。
【００３７】
上記説明は薬剤蛍光検出の場合であって、薬剤蛍光成分と、薬剤蛍光成分と自家蛍光成分との蛍光和成分との除算に適用する場合について説明したが、蛍光診断薬を注入していない生体観察部から発せられる自家蛍光を検出する蛍光検出装置（以下、「自家蛍光検出の場合」という）にも同様に適用が可能である。この場合は、生体観察部に励起光を照射して、それにより生じた生体内在色素からの自家蛍光の内の比較的長い波長領域の蛍光成分（例えば、赤色領域成分Ｒ。以下「長波長成分」という。）と、長波長成分と比較的短い波長領域の蛍光成分（例えば、緑色領域成分Ｇ。以下「短波長成分」という。）との蛍光和成分との除算を行う。以下に、この場合について詳細に説明する。
【００３８】
上述の薬剤蛍光検出の場合と同様に、生体観察部10の生体内在色素から生じる自家蛍光L3は、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって長波長成分Ifλ１ と、長波長成分Ifλ１ と短波長成分Ifλ２ との蛍光和成分Ifλ＋ とに波長分離され、蛍光検出手段３が生体観察部10の生体内在色素から生じる自家蛍光L3の内の長波長成分を検出し、蛍光検出手段４が生体観察部10の生体内在色素から生じる自家蛍光L3の内の蛍光和成分を検出する。その他の構成は、上述の薬剤蛍光検出の場合と同様である。尚、長波長成分を検出する手段および蛍光和成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良い。例えば、長波長成分と短波長成分に波長分離して、蛍光検出手段３により長波長成分を検出し、蛍光検出手段４により短波長成分を検出し、それぞれの出力を加算することにより蛍光和成分を求めても良い。また、短波長成分と、長波長成分と短波長成分との蛍光和成分に波長分離して、蛍光検出手段３により短波長成分を検出し、蛍光検出手段４により蛍光和成分を検出し、蛍光和成分から短波長成分を減算することにより長波長成分を求めるものであってもかまわない。
【００３９】
以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について説明する。観察部10に励起光L1が照射されているとき、観察部10からは、図１１にスペクトルを示すような自家蛍光L3が発せられる。この自家蛍光L3は、ＦＡＤ、コラーゲン、ファイブロネクチン、ポルフィリン、等の種々の生体内在色素からの蛍光が重畳したものと推測されており、図１１に蛍光スペクトルを示すように、正常部と病変部とでは、蛍光スペクトルの大きさが異なると共に形状も異なり、正常部は自家蛍光L3が全体的に大きいが病変部は自家蛍光L3が全体的に減少し、また特にこの病変部については、青色〜緑色の蛍光成分の減少の程度に比して、赤色より長波長の蛍光成分の減少の程度が小さい（尚、病変部と正常部とで蛍光スペクトルが異なる理由は解明されていない）。すなわち、病変部と正常部とでは、赤色近傍蛍光成分（長波長成分）Ifλ１ と緑色近傍蛍光成分（短波長成分）Ifλ２ の比率が変化し、除算により求められたIfλ１ / Ifλ＋ の値が大きい部位は病変部であり、小さい部位は正常部であると判断できる。それぞれの波長成分は以下のように表される。
【００４０】
励起光L1を照射しているときの見かけ上の長波長成分Ifλ１ は、
Ifλ１ ＝kλ１・Iλｅｘ・ηFλ１・n・ηD
励起光L1を照射しているときの見かけ上の短波長成分Ifλ２ は、
Ifλ２ ＝kλ２・Iλｅｘ・ηFλ２・N・ηD
であるので、短波長成分と長波長成分との蛍光和成分Ifλ＋は、以下のように表される。
【００４１】
Ifλ＋ ＝(kλ１・Iλｅｘ・ηFλ１・n・ηD)＋(kλ２・Iλｅｘ・ηFλ２・N・ηD)
ここで用いられる記号は、特に断りのない限り、それぞれ次に記載の意味を有する。以下、自家蛍光検出の場合について同様である。
【００４２】
λｅｘ ：励起光波長
Iλｅｘ ：励起光光源から生体観察部までの距離L、励起光源のパワーP、励起光光束と観察部との成す角度θとに依存する生体観察部での励起光強度,Iλｅｘ＝Iλｅｘ (L,P,θ)
n ：長波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の自家蛍光分子濃度（自家蛍光に寄与する蛍光分子は複数種存在することが考えられるが、仮想的に1種の分子が存在していると扱えるという意味でここでは「見かけ上の」という言葉を用いている。以下、同様である。）
N ：短波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の自家蛍光分子濃度
M ：全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の自家蛍光分子濃度
kλ１ ：励起光波長λｅｘと長波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
kλ２ ：励起光波長λｅｘと短波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
kλ１２ ：励起光波長λｅｘと全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子とに依存する定数
ηFλ１ ：長波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ２ ：短波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηFλ１２ ：全波長領域の蛍光に寄与する見かけ上の蛍光分子の、励起光波長λｅｘに対する蛍光量子収率
ηD ：発光部位と受光系との距離L'と、受光系の開口の大きさD と、検出器の効率ξとに依存する蛍光の検出効率，ηD＝ηD(L',ξ,D)（厳密には短波長領域の蛍光に対する検出効率と、長波長領域の蛍光に対する検出効率とは異なるが、ここでは両者を近似的に等しいとして扱うことができる。）
次に、除算手段５により長波長蛍光成分Ifλ１と蛍光和成分Ifλ＋（Ifλ１＋Ifλ２) との除算を行う。除算値 Ifλ１ / (Ifλ１＋Ifλ２) は以下のように表される。
【００４３】
Ifλ１ / (Ifλ１＋Ifλ２)＝(kλ１・ηFλ１・n) / (kλ１・ηFλ１・N＋kλ２・ηFλ２・n)
この除算演算により、励起光照度の場所による不均一さIλｅｘ がキャンセルされる。従って、自家蛍光の内の長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）と、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分との蛍光和成分（Ｇ＋Ｒ）、との除算に適用した場合においても、分母に蛍光和成分Ifλ＋ を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。従って、例えば蛍光検出手段３および４として撮像素子を用いることで、表示手段６に蛍光強度の補正された蛍光像を可視画像として表示することができる。
【００４４】
また、本発明による蛍光検出装置は、蛍光差成分と蛍光和成分との除算に適用することも可能である。最初に、薬剤蛍光検出の場合であって、自家蛍光成分Inと薬剤蛍光成分Exとの蛍光差成分（In−Ex）と、自家蛍光成分Inと薬剤蛍光成分Exとの蛍光和成分（Ex＋In）との除算に適用する場合について説明する。
【００４５】
上述の場合と同様に、生体観察部10から生じた蛍光L3を集光光学系２で集光し、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって生体観察部10から発せられる自家蛍光成分と薬剤蛍光成分との蛍光差成分と、自家蛍光成分と薬剤蛍光成分との蛍光和成分に波長分離され、蛍光検出手段３が蛍光差成分を検出し、蛍光検出手段４が蛍光和成分を検出する。その他の構成は、上述の場合と同様である。尚、蛍光差成分に含まれる「自家蛍光成分」および「薬剤蛍光成分」の各波長領域と、蛍光和成分に含まれる「自家蛍光成分」および「薬剤蛍光成分」の各波長領域とは必ずしも同一である必要はない。さらに、上述の場合と同様に、蛍光差成分を検出する手段および蛍光和成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良いのは言うまでもない。以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について詳細に説明する。
【００４６】
蛍光検出手段３および４により検出された各々の波長成分は以下のように表される。上記説明で明らかなように、蛍光和成分Ifλ＋ は、
【００４７】
上記説明は、薬剤蛍光検出の場合について説明したが、自家蛍光検出の場合にも同様に適用が可能であるのは言うまでもない。この場合において、上記説明における「蛍光差成分」は、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光差成分（Ｇ−Ｒ）」と、「蛍光和成分」は、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光和成分（Ｇ＋Ｒ）」として考える。
【００４８】
上記説明は、いずれも蛍光和成分との除算を行う場合について説明したが、励起光によって励起されたおよそ全領域の蛍光成分（全蛍光成分）との除算を行う場合についても同様に適用が可能である。以下に、この場合について詳細に説明する。最初に、自家蛍光検出の場合であって、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光差成分（Ｇ−Ｒ）と、全蛍光成分との除算に適用する場合について説明する。
【００４９】
上述の蛍光和成分の場合と同様に、生体観察部10から生じた蛍光L3を集光光学系２で集光し、ダイクロイックミラーや光学フィルタ等によって生体観察部10から発せられる短波長成分と長波長成分との蛍光差成分と、短波長成分から長波長成分までの全蛍光成分に波長分離され、蛍光検出手段３が蛍光差成分を検出し、蛍光検出手段４が全蛍光成分を検出する。その他の構成は、上述の場合と同様である。尚、上述の場合と同様に、蛍光差成分を検出する手段および全蛍光成分を検出する手段は本構成例に限定されるものではなく、所定の波長領域に波長分離して検出し、その検出結果を加減算等の演算を行うことによって最終的に必要とする波長領域の蛍光成分を求めても良いのは言うまでもない。特に、全蛍光成分を検出する手段としては、短波長成分と長波長成分との波長分離特性を工夫する（例えば短波長成分の長波長側の遮断特性と長波長成分の短波長側の遮断特性とを同一にする等）ことによって、短波長成分と長波長成分に波長分離して検出しその結果を加算して蛍光和成分を求めることにより、この蛍光和成分を全蛍光成分として考えることも可能である。すなわち、この場合は、上記説明の蛍光和成分との除算を行う構成がそのまま全蛍光成分との除算を行う構成として機能させることができることとなる。以下同様である。
【００５０】
以下、上記構成の蛍光検出装置の作用について詳細に説明する。蛍光検出手段３および４により検出された各々の波長成分は以下のように表される。上記説明で明らかなように、蛍光差成分Ifλ− は、
Ifλ１２＝ kλ１２・Iλｅｘ・ηFλ１２・M・ηD
次いで、蛍光差成分Ifλー と全蛍光成分Ifλ１２との除算を除算手段５で行う。蛍光差成分Ifλー と蛍光和成分Ifλ１２ との除算を行うと、
【００５１】
即ち、本構成においても、励起光照度の場所による不均一さIλｅｘ がキャンセルされる。ここで、Ifλー / Ifλ１２が大きいということは短波長領域の蛍光が強いことを示し正常部位であることを示し、逆にIfλー / Ifλ１２が小さくなると短波長領域の蛍光が弱いことを示し病変部であることを意味する。このように蛍光差成分Ifλー と全蛍光成分Ifλ１２との間で除算演算を行うことによっても、病変部を特異的に抽出することが可能となる。この際、分母に全蛍光成分Ifλ１２を用いることにより分母を大きくすることができ、ゼロ割り算に伴う演算エラーの発生を抑えることができる。
【００５２】
上記説明は、自家蛍光検出の場合であって、短波長成分（例えば、緑色領域成分Ｇ）と長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）との蛍光差成分（Ｇ−Ｒ）と、全蛍光成分との除算に適用する場合について説明したが、長波長成分（例えば、赤色領域成分Ｒ）と全蛍光成分との除算を行う場合についても同様に適用が可能であるのは言うまでもない。この場合において、上記説明における「蛍光差成分」は「長波長成分」として考える。
【００５３】
また、上記説明は自家蛍光検出の場合についてのものであるが、薬剤蛍光検出の場合についても同様に適用が可能であるのは言うまでもない。この場合において、上記説明における「短波長成分と長波長成分との蛍光差成分と全蛍光成分との除算」は「自家蛍光成分Inと薬剤蛍光成分Exとの蛍光差成分（In−Ex）と全蛍光成分との除算」と、「長波長成分と全蛍光成分との除算」は、「薬剤蛍光成分Exと全蛍光成分との除算」として考える。
【００５４】
次に本発明による蛍光検出装置を適用した具体的な実施の形態の一例について説明する。図６は本発明による蛍光検出装置を適用した内視鏡装置の概略構成図であり、本内視鏡は、蛍光診断薬が予め注入された生体観察部に励起光を照射することにより発せられる蛍光を検出し、赤色蛍光成分と、青色蛍光成分、緑色蛍光成分および赤色蛍光成分との蛍光和成分との除算を行うものである。
【００５５】
本発明の第三の実施の形態にかかる上記内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡100 、通常観察用白色光および蛍光像観察用励起光を発する光源を備える照明装置110 、通常観察時に前記白色光の生体被照射部位からの反射光および蛍光像観察時に前記励起光の生体被照射部位からの蛍光を検出する蛍光検出手段としての高感度カメラユニット300 、検出された反射光像あるいは蛍光像の画像処理を行う画像処理装置310 、および該画像処理装置310 で処理された画像情報を可視画像として表示するディスプレイ160 から構成されている。
【００５６】
内視鏡100 は、内視鏡挿入部101 内部に該内視鏡挿入部101 の先端まで延びるライトガイド106 およびイメージファイバ104 を備えており、該ライトガイド106 とイメージファイバ104 の先端部即ち内視鏡挿入部101 先端部には、それぞれ、照明レンズ102 、対物レンズ103 を備えている。前記ライトガイド106 の一端は照明装置110 から操作部105 をつなぐ接続部107 を通り照明装置110 内へ達している。前記イメージファイバ104 の一端は操作部105 内に延び、接眼レンズ109 を有する接眼部108 に接している。
【００５７】
前記照明装置110 は、通常像観察用の白色光L2を発するキセノンランプ118 、蛍光観察用の励起光L1を発する水銀ランプ111 、該水銀ランプ111 から発せられた励起光L1の透過波長を設定する光学フィルタ112 、および通常観察時と蛍光観察時とで白色光L2と励起光L1を切り換えるためドライバ116 により駆動される切換ミラー115 からなる。
【００５８】
高感度カメラユニット300 は、透過する反射光および蛍光L3の励起光成分をカットする励起光シャープカットフィルタ302 と、該フィルタ302 を透過した反射光および蛍光L3による像を結像する撮像手段としての冷却CCD カメラ303 とからなり、冷却CCD カメラ303 の検出面には図７にその模式図を示す色モザイクフィルタ304 が装着されている。色モザイクフィルタ304 は蛍光をＲ、Ｇ、Ｂの各色の波長領域に分離する微少なフィルタＲ、Ｇ、Ｂから構成され、各フィルタの光学的透過特性は図８に示す通りである。
【００５９】
画像処理装置310 は、冷却CCD カメラ303 で得られた映像信号をデジタル化するA/D 変換回路311 、デジタル化されたRGB 各々の画像信号を保存するR 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 、各画像メモリの出力を加算処理して得られる蛍光和成分を反映する加算信号を保存する加算メモリ315 、R 画像メモリ314 の出力と加算メモリ315 の出力との除算処理を行い除算結果を保存する除算メモリ316 、該除算メモリ316 に保存された除算画像信号をディスプレイ160 に可視画像として表示するための画像処理を行うビデオ信号発生回路317 、照明装置110 と光路切換ユニット120 との切換ミラー115,121 を駆動するドライバ116,123 に信号を送るタイミングコントローラ319 、および該タイミングコントローラ319 を制御するビデオプロセッサ318 からなる。
【００６０】
以下、本発明による蛍光検出装置を適用した上記構成の内視鏡装置の作用について説明する。最初に、本内視鏡装置の通常像観察時の作用を説明する。
【００６１】
通常観察時には、照明装置110 内の切換ミラー115 は、タイミングコントローラ158 からの信号に基づきドライバ116 によって駆動されて白色光L2の進行を妨害しないように破線の位置に移動する。キセノンランプ118 から出力される白色光L2は、レンズ117 を経て切換ミラー115 へ向かう。前記白色光L2はレンズ114 によってライトガイド106 に入力され、内視鏡先端部まで導光された後、照明レンズ102 から病変部11を含む観察部10へ照射される。
【００６２】
生体に照射された白色光L2の反射光は対物レンズ103 よって集光され、イメージファイバ104 、接眼部108 内に設けられた接眼レンズ109 を経て、高感度カメラユニット300 へ向かう。接眼レンズ109 を透過した白色光L2の反射光は、レンズ301 、および励起光シャープカットフィルタ302 を透過し、冷却CCD カメラ303 へ結像する。なお、冷却CCD カメラ303 の検出面には、色モザイクフィルタ304 が装着されているため、色モザイクフィルタ304 を透過した光は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の波長領域に分離される。冷却CCD カメラ303 からの映像信号はA/D 変換回路311 へ入力され、RGB の各映像信号成分についてデジタル化された後、それぞれ、R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 へ保存される。R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 へ保存された通常画像信号は、ビデオ信号発生回路317 によってDA変換後にカラーマトリックス処理およびエンコード処理され、NTSC信号としてディスプレイ160 へ入力され、該ディスプレイ160 に可視画像として表示される。
【００６３】
次いで、蛍光像観察時の作用を説明する。ここでは、蛍光診断薬としてλｅｍ＝635nm 前後の蛍光を発する5-ALA を用いる場合について説明する。生体の被照射部には予め前記蛍光診断薬5-ALA が投与される。
【００６４】
切換ミラー115 はタイミングコントローラ158 からの信号に基づき、ドライバ116 によって駆動されて白色光L2の通過を遮断すると共に励起光L1を反射するように実線の位置に移動する。水銀ランプ111 から出力される励起光L1は、光学フィルタ112 およびレンズ113 を透過し、切換ミラー115 へ向かう。切換ミラー115 で反射された励起光L1は、レンズ114 によってライトガイド106 に入力され、内視鏡先端部まで導光された後、照明レンズ102 から病変部11を含む観察部10に照射される。なお、光学フィルタ112 は、図９に示すような透過特性をしており光学フィルタ112 を透過した水銀ランプ111 から発せられる励起光L1は、波長405nm の輝線スペクトルとなる。
【００６５】
励起光を照射されることにより生じる生体観察部10からの蛍光L3は、対物レンズ103 よって集光され、イメージファイバ104 および接眼レンズ109 を経て、励起光シャープカットフィルタ302 を透過し励起光成分が除去された後、冷却CCD カメラ303の検出面に装着された色モザイクフィルタ304 によりＲ、Ｇ、Ｂの各色の波長領域に分離されて、冷却CCD カメラ303 へ結像される。なお、通常観察光に比べて蛍光強度は弱いので、蛍光像観察時においては冷却CCD カメラ303 の撮像レートを通常像観察時より充分遅くする。冷却CCD カメラ303 からの蛍光映像信号はA/D 変換回路311 へ入力され、R 画像、G 画像、B 画像各々についてデジタル化された後、それぞれ、R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 、B 画像メモリ312 へ保存される。RGB 蛍光像を反映する各々の映像信号が取得された後、加算メモリ315 において、R 画像メモリ314 、G 画像メモリ313 およびB 画像メモリ312 の出力の加算処理が行われ、加算結果が蛍光和成分を反映する加算信号として加算メモリ315 に保存される。生体からの蛍光はR 映像信号が主として薬剤蛍光を反映し、BG映像信号が主として自家蛍光を反映するため、前記加算結果が、自家蛍光と薬剤蛍光との和を表す。
【００６６】
次いで、除算メモリ316 において、R 画像メモリ314 の出力と加算メモリ315 の出力との除算処理が行われ、除算結果が除算メモリ316 に保存される。除算メモリ316 へ保存された除算画像信号は、ビデオ信号発生回路317 によってDA変換後にエンコード処理され、ディスプレイ160 に可視画像として表示される。なお、通常画像を保存するメモリを上記RGB メモリと別に設けることにより、除算画像と通常画像をオーバーレイ表示することもできる。
【００６７】
また、水銀ランプ111 に対しては、上記光学フィルタ112 とは異なる透過特性の光学フィルタを用いることが可能であり、例えば、図10に示すように405nm と365nm の輝線を選択的に透過させることができる光学フィルタを用いてもよい。405nm は蛍光診断薬を高効率で励起することができる波長λｅｘ１ 、365nm は自家蛍光分子を高効率で励起することができる波長λｅｘ２ であるので、このような２種の光を併せて用いることはＳＮ比向上のために望ましい。以下薬剤蛍光検出の場合において同様である。
【００６８】
尚、本構成にあっては、自家蛍光はG 領域が強いので、自家蛍光成分と薬剤蛍光成分との和を求める際に、G 画像メモリ313 の出力とR 画像メモリ314 の出力との加算処理に代えても良い。
【００６９】
さらに、本構成における色モザイクフィルタ304 の波長分離特性が図８に示すものであり、蛍光和成分を求めることは全蛍光成分を求めることと実質的に等価と考えることができる。この場合において、色モザイクフィルタ304 の波長分離特性を変えることにより（例えば各色の遮断特性がオーバーラップしないようにする等）、全蛍光成分と等価とならない蛍光和成分との除算を行うものとして機能させることもできる。
【００７０】
また、本内視鏡装置は蛍光検出手段である高感度カメラユニット300 の蛍光検出面に色モザイクフィルタ304 が装着され、該色モザイクフィルタ304 により、蛍光が所望の波長領域に分離されているので、高感度カメラユニット300 の構成を簡易化することができる。
【００７１】
またそのため、内視鏡先端部に色モザイクフィルタ304 が装着されたCCD カメラを配置することが容易に可能であり、すなわち内視鏡先端部に撮像素子を具備する電子内視鏡として適用することができる。
【００７２】
さらに、上記実施の形態にかかる装置に使用されているシャープカットフィルタは所望の励起光波長に応じて適宜変更可能である。
【００７３】
また、上記実施の形態の説明は、いずれも薬剤蛍光検出を行う場合についてのものであるが、自家蛍光検出を行う自家蛍光画像診断装置に適用可能なことは言うまでもなく、上記実施の形態の構成にほぼそのまま適応できる。但し、励起光としては、生体内在色素の励起ピーク波長近辺の領域の波長の光を用いればよい。
【００７４】
また、上記具体的な実施の形態の説明は薬剤蛍光成分又は長波長成分（例えば赤色成分Ｒ）を除算する場合についてのものであるが、蛍光差成分（（In−Ex）又は（Ｇ−Ｒ））を除算する場合についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蛍光検出装置の基本構成図
【図２】励起波長λｅｘと、自家蛍光Ifλ２と、薬剤蛍光Ifλ１との関係を示す原理説明図
【図３】薬剤蛍光Ifλ１と全蛍光Ifλ との除算Ifλ１/ Ifλと、自家蛍光分子濃度で薬剤蛍光分子濃度を規格化した変数 N/n＝X との関係を示す原理説明図
【図４】励起波長λｅｘ１および励起波長λｅｘ２における自家蛍光Ifλ２，Ifλ２'と薬剤蛍光Ifλ１，Ifλ１'との関係を示す原理説明図
【図５】薬剤蛍光Ifλ１と全蛍光Ifλとの除算Ifλ１/If＝(Ifλ１+Ifλ１')/(Ifλ１+Ifλ１'+Ifλ２+Ifλ２')と、自家蛍光分子濃度で薬剤蛍光分子濃度を規格化した変数 N/n＝X との関係を示す原理説明図
【図６】本発明による蛍光検出装置を適用した具体的な実施の形態である内視鏡装置の概略構成図
【図７】上記実施の形態にかかる内視鏡装置に使用される高感度カメラに用いられる色モザイクフィルタを示す説明図
【図８】上記色モザイクフィルタの光透過特性図
【図９】上記実施の形態の励起光光源の励起光スペクトルを示す説明図
【図１０】上記実施の形態の励起光光源の励起光スペクトルの他の態様を示す説明図
【図１１】自家蛍光の蛍光スペクトルを示す説明図
【符号の説明】
１ 励起光照射手段
２ 集光光学系
３ 蛍光検出手段
４ 蛍光検出手段
５ 除算手段
６ 表示手段
L1 励起光
L3 蛍光
100 内視鏡
104 イメージファイバ
106 ライトガイド
110 照明装置
111 水銀ランプ
115 切換ミラー
118 キセノンランプ
160 ディスプレイ
300 高感度カメラユニット
303 冷却CCD カメラ
304 色モザイクフィルタ
310 画像処理装置
311 Ａ／Ｄ変換回路
316 除算画像メモリ
317 ビデオ信号発生回路
318 ビデオプロセッサ
319 タイミングコントローラ
Claims (4)
- 蛍光を発する蛍光診断薬が予め注入された生体の観察部に対し、該蛍光診断薬および蛍光を発する生体内在色素の励起波長領域にある励起光を照射する励起光照射手段と、
前記観察部の前記蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光の波長領域および前記生体内在色素から発せられる自家蛍光の波長領域を含む全蛍光成分、または前記蛍光診断薬から発せられる薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記生体内在色素から発せられる自家蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光和成分の何れかと、前記薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域である部分薬剤蛍光成分、または前記薬剤蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光の波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光差成分の何れかとを抽出する蛍光検出手段と、
該蛍光検出手段で抽出された前記全蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記部分薬剤蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとの除算を行う除算手段とを有し、
前記蛍光検出手段が、前記観察部から発せられる蛍光を複数の蛍光成分に色分離する色モザイクフィルタと、該色モザイクフィルタを透過した蛍光を２次元的に検出する撮像手段とを備え、前記色モザイクフィルタにより色分離され、前記撮像手段により検出された前記複数の蛍光成分から前記全蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記部分薬剤蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとを抽出するものであり、
前記色モザイクフィルタが前記撮像手段の蛍光検出面に装着されていることを特徴とする蛍光検出装置。 - 蛍光を発する生体内在色素の励起波長領域にある励起光を生体の観察部に照射する励起光照射手段と、
前記観察部の前記生体内在色素から発せられる自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域および比較的長い波長領域を含む可視領域の全自家蛍光成分、または前記観察部の前記生体内在色素から発せられる自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域の内の所定の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光の内の比較的長い波長領域の内の所定の波長領域の蛍光成分との蛍光和成分の何れかと、前記自家蛍光成分の内の比較的長い波長領域の内の一部の波長領域であるの部分蛍光成分、または前記自家蛍光成分の内の比較的短い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分と前記自家蛍光成分の内の比較的長い波長領域の内の一部の波長領域の蛍光成分との蛍光差成分の何れかとを抽出する蛍光検出手段と、
該蛍光検出手段で抽出された前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記部分蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとの除算を行う除算手段とを有し、
前記蛍光検出手段が、前記観察部から発せられる蛍光を複数の蛍光成分に色分離する色モザイクフィルタと、該色モザイクフィルタを透過した蛍光を２次元的に検出する撮像手段とを備え、前記色モザイクフィルタにより色分離され、前記撮像手段により検出された前記複数の蛍光成分から前記全自家蛍光成分または前記蛍光和成分の何れかと、前記部分蛍光成分または前記蛍光差成分の何れかとを抽出するものであり、
前記色モザイクフィルタが前記撮像手段の蛍光検出面に装着されていることを特徴とする蛍光検出装置。 - 前記色モザイクフィルタが、 RGB モザイクフィルタであることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光検出装置。
- 挿入部を有する電子内視鏡内に組み込まれ、
前記撮像手段が、前記挿入部の先端部に配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の蛍光検出装置。
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