JP2024095408A - 蛍光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】腹腔内組織とスコープとの間の距離によらず一定の感度で蛍光状態を解析できるようにする。【解決手段】蛍光検出装置１００は、励起光γ０を生成する励起光源３４ａ、励起光源に光接続され且つ被検体１の腹腔１ａ内に少なくとも一部が挿入されて、励起光源から出力される励起光を被検体の腹腔内の組織に照射するとともに、励起光の照射により組織から発せられる蛍光γを集光するスコープ１０、スコープにより集光された蛍光を検出する検出器３５、組織とスコープとの間の距離を検出する距離検出部３６ｅ、検出器による検出結果を距離の検出結果に基づいて補正して組織の蛍光状態を解析する解析部３６ｂを備える。それにより、検査対象の組織とスコープとの間の距離の検出結果に基づいて蛍光γの検出結果を補正することで、スコープの距離によらず一定の感度で蛍光状態を解析することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光検出装置に関する。

被検体内に薬剤を投与し、生体組織に励起光を照射することにより生体組織内から薬剤が発する蛍光を受光することで生体組織内の病原を検出する方法が知られている。例えば特許文献１には、光学視管により熱侵襲を受けた部位に励起光、例えば青色光を照射し、それにより発せられる緑色の自家蛍光を受光することで、白色光で照明した際には視認不可能な熱侵襲の内部領域を映し出すことができる医療用システムが開示されている。しかしながら、斯かる医療用システムを含む従来の腹腔鏡装置では、検査対象の生体組織からの光学視管の距離が変わると蛍光検出の感度が変わってしまい、薬剤が発する蛍光を正確に測定できないことが懸念される。
特許文献１ 国際公開第２０２０／１７４６６６号

本発明の一態様においては、励起光を生成する光源と、前記光源に光接続され且つ被検体の腹腔内に少なくとも一部が挿入されて、前記光源から出力される前記励起光を前記被検体の腹腔内の組織に照射するとともに、前記励起光の照射により前記組織から発せられる蛍光を集光するスコープと、前記スコープにより集光された蛍光を検出する検出器と、前記組織と前記スコープとの間の距離を検出する距離検出部と、前記検出器による検出結果を前記距離の検出結果に基づいて補正して前記組織の蛍光状態を解析する解析部と、を備える蛍光検出装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る蛍光検出装置の概略構成を示す。 変調パターンと反射光の検出時間の関係を表すタイミングチャートを示す。 制御演算装置の機能構成を示す。 蛍光検出装置及び腹腔鏡装置の使用状態を示す。 モニタ装置の画面表示の一例を示す。 蛍光強度を補正した場合のモニタ装置の画面表示の一例を示す。 蛍光検出方法のフローを示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１に、本実施形態に係る蛍光検出装置１００の概略構成を示す。蛍光検出装置１００は、被検体（患者）１に投与した薬剤２が腹腔１ａ内の組織から発する蛍光γを検出する装置であり、検査対象の組織からのスコープ１０の距離を検出し、その検出結果に基づいて蛍光γの検出結果を補正することで、スコープ１０の距離によらず一定の感度で蛍光状態を解析するものである。ここで、薬剤２として、例えばインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を採用することができる。ＩＣＧは、例えば近赤外光（波長約７９０ｎｍ）を照射すると蛍光（波長８２０～８４０ｎｍ）を発する薬剤であり、生体の窓の波長領域（波長６５０～９００ｎｍ）で利用できるため、例えば肝機能検査、循環機能検査、乳癌等の疾患におけるセンチネルリンパ節の同定、血管及び組織の血流評価等の生体検査に好適である。特に、蛍光検出装置１００は、被検体１の腹腔１ａ内を撮影する撮影装置（すなわち、腹腔鏡装置２００）と併用可能であり、スコープ１０、ケーブル２０、及び装置本体３０を備える。

スコープ１０は、被検体１の腹腔１ａ内に少なくとも一部が挿入されて、励起光γ_０（及びガイド光γ_ｇ）を導光して腹腔１ａ内の組織に照射するとともに、励起光γ_０の照射により組織内の薬剤２が発する蛍光γを集光する光学視管である。スコープ１０は、チューブ１１、送光用光ファイバ１２、受光用光ファイバ１３、及びコネクタ１４を含む。

チューブ１１は、送光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３の先端を長手軸の一端面（すなわち、先端面）上に位置合わせして、それらを内部に支持する管状又は柱状部材である。チューブ１１は、例えば完全防水及びオートクレーブ滅菌可能なＳＵＳ管を採用してよく、内部に樹脂等の部材を充填して送光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３を拘束してもよい。或いは、中実なチューブ１１に複数の貫通孔を設け、それぞれに送光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３を通して拘束してもよい。本実施形態ではチューブ１１は、一例として直径１０ｍｍ及び軸長３００ｍｍを有する円管であり、先端が被検体１の腹腔１ａ内に差し込まれ、基端がコネクタ１４に固定される。

送光用光ファイバ１２は、光源３４から出力される励起光γ_０を送るための光学部材である。なお、近赤外波長域の励起光γ_０の照射箇所を視認できるように、可視光波長域のガイド光γ_ｇを励起光γ_０に重畳してもよい。送光用光ファイバ１２は、石英ガラス、他成分ガラス、フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラス、プラスチック等の素材から形成された光ファイバであってよい。また、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）、ダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）等の光ファイバであってよい。

受光用光ファイバ１３は、腹腔１ａ内で組織内の薬剤２が発する蛍光を集光して、検出器３５に送るための光学部材である。受光用光ファイバ１３は、１つに限らず複数であってもよい。受光用光ファイバ１３の素材及び構造は、送光用光ファイバ１２と同様である。

コネクタ１４は、チューブ１１の基端に設けられ、これをケーブル２０の把持部２４に着脱可能に固定するための部材である。

上述の構成により、スコープ１０は、その長手軸の先端を被検体１の腹腔１ａ内に挿入して先端から励起光γ_０を出力し、先端から励起光γ_０の照射により組織内の薬剤２が発する蛍光γを集光することができる。ここで、スコープは、励起光γ_０に重畳して可視光波長域のガイド光γ_ｇを出力して、腹腔１ａ内の組織に照射してもよい。それにより、スコープ１０の先端を腹腔１ａ内の関心箇所に接近させてその関心箇所のみを検査することができる。

ケーブル２０は、スコープ１０を装置本体３０に接続して、送光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３をそれぞれ光源３４及び検出器３５に光接続するための器具である。ケーブル２０は、フレキシブルチューブ２１、送光用光ファイバ２２及び受光用光ファイバ２３、及び把持部２４を含む。

フレキシブルチューブ２１は、送光用光ファイバ２２及び受光用光ファイバ２３を束ねてそれらを内部に保持する可撓性の管状部材である。フレキシブルチューブ２１は、例えば直径５ｍｍ及び長さ３００ｃｍを有するシース付ＳＵＳ管であってよい。フレキシブルチューブ２１の一端は、スコープ１０のコネクタ１４に接続され、感電防止のために樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂）のような絶縁部材を用いて形成される。フレキシブルチューブ２１の他端は、装置本体３０のコネクタ２９に接続される。

送光用光ファイバ２２及び受光用光ファイバ２３は、先述の送光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３と同様に構成される。

把持部２４は、ケーブル２０の一端に設けられ、ユーザがこれを把持してスコープ１０を操作するための部材である。スコープ１０のコネクタ１４が着脱可能に把持部２４に固定される。なお、把持部２４の側面には、防水性のモメンタリスイッチ（ＳＷ）２４ａが設けられている。ユーザがＳＷ２４ａを手指で押す及び離すことで、励起光γ_０の生成の開始及び停止を操作することができる。

上述の構成により、ケーブル２０の把持部２４にスコープ１０のコネクタ１４を適切に接続し、ケーブル２０の基端を装置本体３０のコネクタ２９に適切に接続すると、送光用光ファイバ２２及び受光用光ファイバ２３が、それぞれスコープ１０の送光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３と同軸上に位置決めされるとともに、それぞれ装置本体３０の光ファイバ３２，３３と同軸上に位置決めされる。それにより、スコープ１０の送光用光ファイバ１２が光源３４（励起光源３４ａ及びガイド光源３４ｂ）に光学的に接続（光接続ともいう）され、受光用光ファイバ１３が検出器３５に光接続される。

装置本体３０は、筐体３１内に各種機能装置を備えるユニットであり、光源３４、検出器３５、レーザ距離計３５１、制御演算装置３６、記録装置３７、入出力装置３８、及び通信装置３９を含む。なお、これらの機能装置は、互いに通信線を介して通信可能に接続されている。

なお、筐体３１は、光源３４等の機能装置を収容する。前面には、フレキシブルチューブ２１が接続されるコネクタ２９が樹脂（例えば、ポリカーボネート）のような絶縁部材を介して固定されている。背面には電源コネクタ（不図示）が固定され、これを介して商用電源（ＡＣ１００Ｖ）から電力が各機能装置に送られる。なお、筐体３１は、フレームグランドとして接地される。背面には、さらにユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、デジタルビジュアルインタフェース（ＤＶＩ）－Ｄ、ＤＶＩ―Ｉ等のコネクタが設けられている。

また、筐体３１の前面にエアーを内部に取り込むための吸気口が設けられ、背面にはエアーを送り出すための排気口が設けられ、ファン（不図示）を稼働することで前面から背面に向かってエアーが筐体内を流れることで各機能装置が冷却される。また、筐体３１の前面に、動作中であること、異常が発生したこと等を光で知らせるランプ（不図示）、音声で知らせるスピーカ（不図示）が設けられている。その他、筐体３１の前面にレーザｋｅｙスイッチ、レーザ緊急停止ボタン、及び起動スイッチ（それぞれ不図示）、筐体３１の背面にＡＣインレットのスイッチ、レーザインターロック、及び等電位化端子（それぞれ不図示）が設けられている。

光源３４は、励起光γ_０等を生成する装置であり、励起光源３４ａ及びガイド光源３４ｂを有する。励起光源３４ａは、励起光γ_０として近赤外光（例えば、波長７８５ｎｍ）を出力するレーザダイオード（例えば、４０ｍＷ可変）を採用する。ここで、励起光源３４ａは、制御演算装置３６（制御部３６ａ）から送信される駆動信号に従って励起光γ_０を生成する。駆動信号は、予め定められた変調パターンに従って生成され、励起光γ_０を変調するために使用される。励起光γ_０の変調についてはさらに後述する。なお、変調パターンは、後述する制御部３６ａにより生成される。

ガイド光源３４ｂは、ガイド光γ_ｇとして可視光（可視光波長域の光であり、例えば波長５２０ｎｍの緑色光）を出力するレーザダイオード（例えば、１０ｍＷ可変）を採用する。ここで、近赤外光は視認困難であるため、励起光γ_０の照射箇所を視認できるように光源３４は可視光を含むガイド光γ_ｇを励起光γ_０に重畳して出力する。

なお、光源３４は、励起光γ_０の強度、励起光源３４ａの温度、電源の異常等を検出し、それらの検出結果を制御演算装置３６に送信してもよい。

励起光源３４ａ及びガイド光源３４ｂは、励起光γ_０及びガイド光γ_ｇをそれぞれ光ファイバ３２ａ，３２ｂに送り出し、光ファイバカプラ（不図示）を介してそれらを合波し、光ファイバ３２を介してそれらをケーブル２０の送光用光ファイバ２２に送り込む。なお、励起光源３４ａ及びガイド光源３４ｂは、制御演算装置３６から送信される駆動信号に従って励起光γ_０及びガイド光γ_ｇを生成する。ここで、励起光源３４ａは、励起光γ_０を周期的に出力（オンオフ）してもよい。

検出器３５は、蛍光γを検出する装置である。検出器３５は、スコープ１０により集光された蛍光γをケーブル２０の受光用光ファイバ２３及び装置本体３０の光ファイバ３３を介して受光する。検出器３５は、光学フィルタ及び分光器（それぞれ不図示）を有する。

光学フィルタは、腹腔１ａ内の組織に励起光γ_０を照射した際に組織の表面で反射して蛍光γとともにスコープ１０により集光される励起光γ_０、腹腔鏡装置２００の照明光Ｗ等の不要光をカットするバンドパスフィルタである。光学フィルタは、分光器の前段に配置される。

分光器は、蛍光γをスペクトル分解して波長（或いは周波数）ごとに蛍光強度を測定する光学装置であり、例えば感度波長範囲５００～１１００ｎｍ及び波長分解能２．５～３．５ｎｍを有する。

検出器３５は、制御演算装置３６（制御部３６ａ）から送信される駆動信号に従って、すなわち励起光γ_０の周期的なオンオフに応じて照射中（オン信号時）及び非照射中（オフ信号時）の検出データを交互に取得する。検出結果は、制御演算装置３６に送信される。制御演算装置３６により、オン信号時及びオフ信号時の検出データをそれぞれ積算し、積算されたそれらの検出データの差分を算出する。それにより、背景光に由来するノイズをキャンセルすることができる。

なお、検出器３５の前段にダイクロイックミラー（不図示）が配置される。ダイクロイックミラーは、蛍光γの波長域を含む波長域の光を透過し、少なくとも励起光γ_０の波長域を含む波長域の光を反射するミラー素子である。これにより、スコープ１０によって集光された光のうち、励起光γ_０の照射によって組織内の薬剤２が発した蛍光γはダイクロイックミラーを透過して検出器３５に送られ、組織の表面で反射された励起光γ_０の反射光はダイクロイックミラーによって反射されて光ファイバ３３ｂを介して後述するレーザ距離計３５１に送られる。

レーザ距離計３５１は、腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離を検出する測定器である。レーザ距離計３５１は、一例として、タイム・オブ・フライト法によりスコープ１０の先端から組織までの距離を検出する。レーザ距離計３５１は、フォトダイオード等の光センサを有し、これを用いて腹腔１ａ内の組織に励起光γ_０を照射した際に組織の表面で反射してスコープ１０により蛍光γとともに集光される励起光γ_０の反射光を検出する。レーザ距離計３５１は、励起光γ_０がスコープ１０の先端から射出された時刻からその反射光をスコープ１０の先端で集光された時刻までの光の飛行時間ｔをタイマ（不図示）で計測し、飛行時間ｔに基づいて組織とスコープ１０との間の距離Ｄ（＝ｔ／２ｃ、ｃは光速）を検出する。この距離の検出は、制御演算装置３６から送信される駆動信号、すなわち励起光の変調パターンに従って、励起光γ_０の照射の度に行われる。

図２に、励起光γ_０の射出（変調パターン）と反射光の検出の関係を表すタイミングチャートを示す。図中最上段に示すように、光源用変調パターンは、時間的に連続するオン状態及びオフ状態を１つのサイクルに含み、これを周期的に繰り返すように予め定められる。ここで、オン状態の時間長さＴ１、オフ状態の時間長さＴ２、１つのサイクルの時間長さＴ１＋Ｔ２である。また、本例ではＴ１＝Ｔ２とする。制御部３６ａは、この変調パターンに従って駆動信号を生成し、光源３４（特に、励起光源３４ａ）及びレーザ距離計３５１に送信する。

図中第２段に示すように、駆動信号（変調パターン）の立ち上がりに従って励起光源３４ａが駆動されて励起光γ_０が出力されるとともに、レーザ距離計３５１がタイマを駆動して時間測定を開始する。

図中第３段に示すように、励起光γ_０がスコープ１０を介して腹腔１ａ内の組織に照射されると、組織内の薬剤２が励起光γ_０の一部を吸収して蛍光γを発するとともに、励起光γ_０の別の一部が組織の表面で反射されて反射光が発生する。ここで、反射光の発生は、励起光γ_０が光源３４ａから出力されて励起光γ_０が送光用光ファイバ３２ａ，３２，２２，１２を通ってスコープ１０の先端に到達するまでの時間と、励起光γ_０がスコープ１０の先端から射出されて組織に到達するまでの時間と、の合計（τ_３）の遅れを伴う。

図中最下段に示すように、レーザ距離計３５１は、スコープ１０によって集光された反射光を受光する。ここで、反射光の受光は、反射光が組織の表面で反射されてスコープ１０の先端に到達するまでの時間と、反射光が受光用光ファイバ１３，２３，３３，３３ｂを通ってレーザ距離計３５１に到達し、検出されるまでの時間と、の合計（τ_４）の遅れを伴う。

レーザ距離計３５１は、タイマを用いて、駆動信号の立ち上がりから反射光の検出までの経過時間τ_３＋τ_４を測定し、その測定結果から、励起光γ_０が励起光源３４ａから出力されて送光用光ファイバ３２ａ，３２，２２，１２を通ってスコープ１０の先端に到達するまでの時間及び反射光がスコープ１０の先端に集光されて受光用光ファイバ１３，２３，３３，３３ｂを通ってレーザ距離計３５１により検出されるまでの時間を減算する。それにより、励起光γ_０がスコープ１０の先端から射出されてから反射光がスコープ１０の先端に集光されるまでの飛行時間ｔが得られる。なお、飛行時間ｔ＝τ_３＋τ_４－Ｌ／ｃ'と表される。ここで、Ｌは送光用光ファイバ１２，２２，３２，３２ａ及び受光用光ファイバ１３，２３，３３，３３ｂのそれぞれの長さの合計であり、ｃ'は光ファイバ中での光速である。Ｌ／ｃ'は、スコープ１０の先端に回帰反射板を設けて予め測定してもよい。得られた飛行時間ｔより組織とスコープ１０との間の距離Ｄが上述のとおり算出される。

一度の蛍光検出において、励起光γ_０のオンオフは数百～数千サイクル繰り返される。そこで、レーザ距離計３５１は、励起光γ_０がオンになるたびに距離Ｄを検出し、検出結果を算術平均して測定結果として制御演算装置３６に送信する。

制御演算装置３６は、各機能装置を制御するとともに検出器３５による蛍光γの検出結果を用いて蛍光状態を解析するコンピュータデバイスであり、中央処理装置（ＣＰＵ）を有する。ＣＰＵは、専用プログラムを実行することにより、制御演算装置３６に制御演算機能を発現させる。制御演算装置３６の機能構成については後述する。なお、専用プログラムは、例えば、ＲＯＭ（不図示）に記憶され、それをＣＰＵが読み出す、或いはＣＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶され、それをＣＰＵが読み取り装置（不図示）を用いて読み出してＲＡＭに展開することで起動される。

記録装置３７は、検出器３５による蛍光γの検出結果及び制御演算装置３６による蛍光状態の解析結果等の各種データを非一時的記憶媒体（不図示）に記録するデバイスである。記録装置３７は、さらに、腹腔鏡装置２００により撮影される被検体１の腹腔１ａ内の撮影画像（すなわち、腹腔鏡画像）を記録してもよい。非一時的記憶媒体は、例えば、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ等の有形な記憶媒体を含む。記録装置３７は、装置本体３０内に組み込まれているとするが、これに限らず、例えばＳＣＳＩ、ＳＡＴＡ等のインタフェース或いはネットワークを介して通信可能に装置本体３０外に配置されてもよい。

入出力装置３８は、ユーザ入力を受信して制御演算装置３６に送るとともに、検出器３５による蛍光γの検出結果、制御演算装置３６による蛍光状態の解析結果等の各種データをユーザに向けて出力するためのデバイスである。入出力装置３８は、筐体３１の前面に設けられた入力パネルから又は筐体３１の背面のインタフェースを介してキーボード、マウス、タッチパネル（いずれも不図示）等の外部デバイスから、ユーザ入力を受信することができる。また、入出力装置３８は、各種データを筐体３１の背面のインタフェースを介して外部のモニタ装置４０に送信し、その表示画面４１に表示させることができる。

通信装置３９は、外部装置、特に腹腔鏡装置２００と通信するためのデバイスであり、ＵＳＢ、ＤＶＩ－Ｄ、ＤＶＩ―Ｉ等のケーブルを介して腹腔鏡装置２００に接続され、後述する腹腔鏡画像等の各種データを受信することができる。受信した各種データは、入出力装置３８、これを介して制御演算装置３６等に送信される。

図３に、制御演算装置３６が専用プログラムを実行することにより発現する機能構成を示す。制御演算装置３６は、制御部３６ａ、解析部３６ｂ、表示部３６ｃ記録部３６ｄ、及び距離検出部３６ｅを含む。

制御部３６ａは、光源３４等の機能装置の動作を制御するユニットである。制御部３６ａは、ＳＷ２４ａを介したユーザ入力に応答して予め定められた変調パターンに基づいて駆動信号を生成し、光源３４、検出器３５及びレーザ距離計３５１に送信する。ここで、変調パターンは、励起光γ_０を発するオン状態及び励起光γ_０を発しないオフ状態を周期的に繰り返す。従って、駆動信号は、周期的にオン信号及びオフ信号を繰り返すように生成される。それにより、光源３４（特に、励起光源３４ａ）は励起光γ_０を周期的に生成（オンオフ）し、検出器３５は励起光γ_０の照射中（オン信号時）及び非照射中（オフ信号時）の検出データを交互に取得することで、背景光に由来するノイズをキャンセルすることができる。また、レーザ距離計３５１は複数回の励起光γ_０の照射で検出された組織とスコープ１０との間の距離Ｄを算術平均することで、より正確に距離Ｄを決定することができる。

解析部３６ｂは、検出器３５による蛍光γの検出結果を処理して組織の蛍光状態を解析するユニットである。ここで、蛍光状態は、蛍光γのスペクトル及び強度、並びに蛍光γのスペクトル及び強度の時間変化のうちの少なくとも１つを含む。

なお、薬剤２は、例えば血液と結合して異なる蛍光スペクトルを呈することが知られており、蛍光γを発する際の場所或いは薬剤２が位置する組織に応じて蛍光スペクトルの形状が変わることが予想される。そこで、解析部３６ｂは、蛍光γのスペクトル形状を解析して蛍光γを発する腹腔１ａ内の場所或いは組織、すなわち薬剤２が位置する腹腔１ａ内の場所或いは組織を特定してもよい。

なお、腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離が大きくなると、励起光γ_０が照射されるスポット面積が大きくなり、組織に吸収される励起光γ_０の量が減少し、組織内の薬剤２が発する蛍光γの量も減少する。逆に、距離が小さくなると蛍光γの発生量は増大する。そこで解析部３６ｂは、後述する距離検出部３６ｅによる組織とスコープ１０との間の距離の検出結果が大きくなるほど蛍光状態の検出結果における蛍光強度を増大させるように補正してもよい。なお、解析部３６ｂは、制御部３６ａを介して、距離の検出結果に基づいて励起光γ_０の強度を制御してもよい。例えば、距離の検出結果が大きいほど励起光γ_０の強度を増大してもよい。

励起光γ_０が照射されるスポットの形状は円又は楕円であり、円の半径又は楕円の長半径及び短半径は組織とスコープ１０との間の距離に比例し、照射スポットの面積は距離の二乗に比例する。

そこで、解析部３６ｂは、腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離の基準となる基準距離Ｄ_Ｂを記録部３６ｄから取得し、基準距離Ｄ_Ｂに対する腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離Ｄとの比較に基づいて、蛍光強度の検出結果を例えば（Ｄ／Ｄ_Ｂ）^４倍に補正する。基準距離Ｄ_Ｂは、スコープ１０が患部の処置を妨げない位置にあり且つスコープ１０から射出される励起光γ_０が十分な強度で組織に照射される距離であれば任意に定めることができる。一例として、基準距離Ｄ_Ｂが３０ｍｍであり、腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離Ｄが６０ｍｍである場合、励起光γ_０の照射スポットは基準距離Ｄ_Ｂの場合の面積の４倍に広がり、それにより組織が吸収する励起光γ_０の量は４分の１に減少する。さらに、組織内の薬剤２が発する蛍光γも基準距離Ｄ_Ｂの場合の広がりの４倍に広がり、それによりスコープ１０の先端に集光される量も４分の１に減少する。このように、照射される励起光γ_０の量及び集光される蛍光γの量はそれぞれ４分の１に減少する。そこで、解析部３６ｂは、検出された蛍光強度の検出結果を１６倍に補正する。解析部３６ｂによる蛍光状態の補正についてはさらに後述する。

表示部３６ｃは、検出器３５による蛍光γの検出結果及び解析部３６ｂによる蛍光状態の解析結果、検出条件等の各種情報をモニタ装置４０の表示画面４１に表示する表示制御を行う。また、表示部３６ｃは、被検体１の腹腔１ａ内を撮影する腹腔鏡装置２００から被検体１の腹腔１ａ内の撮影画像（腹腔鏡画像とも呼ぶ）を取得し、腹腔鏡画像とともに各種情報を表示する表示制御も行う。各種情報の画面表示についてはさらに後述する。

記録部３６ｄは、検出器３５による蛍光γの検出結果及び解析部３６ｂによる蛍光状態の解析結果、検出条件等の各種情報及び距離検出部３６ｅによる腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離の検出結果を、記録装置３７を用いて記録するユニットである。また、記録部３６ｄは、記録装置３７に記録した各種データを読み出し、解析部３６ｂ等に送信する。

距離検出部３６ｅは、レーザ距離計３５１を用いて腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離を検出する又は腹腔鏡装置２００から腹腔鏡画像を取得し、これに映ったガイド光γ_ｇが照射されるスポットＳｐの特徴に基づいて距離を検出する。レーザ距離計３５１による距離検出については先述したとおりである。スポットＳｐの特徴として、スポットの広がり（面積）、形状等を利用することができる。

スポットの広がり（面積）を利用する場合、距離検出部３６ｅは、腹腔鏡装置２００から腹腔鏡画像を取得し、これを解析してガイド光γ_ｇのスポットＳｐの面積を検出する。ここで、腹腔鏡装置２００のスコープ１１０を組織に向けてセットして腹腔鏡画像を取得する毎に腹腔鏡画像のスケールを判定する。例えば、スコープ１０の側面に予め定められたサイズを有する基準マーク４９を設け（図５及び図６を参照）、そのスコープ１０の長軸方向に関するサイズ（或いは長さ）を基準にしてスポットＳｐの面積を決定することができる。なお、基準マーク４９はスコープ１０の側面の周方向に複数設けてよい。距離検出部３６ｅは、得られたスポット面積を、スコープ１０の先端からガイド光γ_ｇが射出される広がり角（すなわち、立体角）で除算することでスポット中心とスコープ１０の先端との間の距離を算出する。

スポットの形状を利用する場合、距離検出部３６ｅは、腹腔鏡画像に映し出されるガイド光γ_ｇのスポットＳｐの形状を解析してその中心を決定し、それとスコープ１０の中心とを結ぶ直線距離を検出する。図４に示すようにガイドγ_ｇが照射される組織表面は略平面であり、腹腔鏡装置２００のスコープ１１０の端面は撮影する組織にほぼ正対しているものとすると、ガイド光γ_ｇは円形のビーム断面を有するから、腹腔鏡画像に映し出されるスポットＳｐは楕円形となる。そこで、距離検出部３６ｅは、腹腔鏡画像を解析してスポットＳｐの楕円形を検出し、その長軸及び短軸を決定することでスポット中心を検出することができる。スポット中心とスコープ１０の中心とを結ぶ直線距離は、上述のとおり基準マーク４９のサイズを基準にして決定することができる。

図４に、腹腔鏡装置２００と併用した蛍光検出装置１００の使用状態を示す。腹腔鏡装置２００は、本実施形態に係る蛍光検出装置１００とは独立の装置であり、スコープ１１０、ケーブル１２０，１２１、及び装置本体１３０を備える。

スコープ１１０は、被検体１の腹腔１ａ内に少なくとも一部が挿入されて、照明光Ｗを射出して腹腔１ａ内を照明するとともに、反射光を集光する光学視管である。スコープ１１０は、チューブ１１１、送光用光ファイバ及び受光用光ファイバ（不図示）、及びコネクタ１１４を含む。

チューブ１１１は、送光用光ファイバ及び受光用光ファイバの先端を長手軸の一端面（すなわち、先端面）上に位置合わせして、それらを内部に支持する管状部材である。チューブ１１１の先端が被検体１の腹腔１ａ内に差し込まれ、基端がコネクタ１１４に固定される。

送光用光ファイバ及び受光用光ファイバは、先述の送光用光ファイバ１２及び受光用光ファイバ１３と同様に構成される。送光用光ファイバは、光源１３１から出力される照明光（白色光）Ｗを腹腔１ａ内に送り出し、受光用光ファイバは、腹腔１ａ内から反射光を集光してカメラ１３２に送る。

コネクタ１１４は、スコープ１１０の基端を支持する部材であり、ケーブル１２０，１２１の一端が着脱可能に固定される。コネクタ１１４にケーブル１２０を接続することにより、スコープ１１０内の送光用光ファイバが光源１３１に光接続され、コネクタ１４にケーブル１２１を接続することにより、スコープ１１０内の受光用光ファイバがカメラ１３２に光接続される。

ケーブル１２０，１２１は、スコープ１１０を装置本体１３０に接続して、スコープ１１０の送光用光ファイバ及び受光用光ファイバをそれぞれ光源１３１及び検出器１３２に光接続するための器具である。ケーブル１２０，１２１は、フレキシブルであり、それぞれ、光源１３１から出力される照明光Ｗをスコープ１１０の送光用光ファイバに送り、スコープ１１０の受光用光ファイバに集光される反射光をカメラ１３２に送る。

装置本体１３０は、筐体１３０ａ内に各種機能装置を備えるユニットであり、光源１３１、カメラ１３２、及び通信装置１３３を含む。なお、これらの機能装置は、互いに通信線を介して通信可能に接続されている。

なお、筐体１３０ａは、光源１３１等の機能装置を収容する。前面には、ケーブル１２０，１２１が接続されるコネクタが固定されている。背面には電源コネクタ（不図示）が固定され、これを介して商用電源（ＡＣ１００Ｖ）から電力が各機能装置に送られる。背面には、さらにＵＳＢ、ＤＶＩ－Ｄ、ＤＶＩ―Ｉ等のコネクタが設けられている。

光源１３１は、照明光Ｗを生成する装置であり、例えば白色光を出力するＬＥＤを採用することができる。照明光Ｗは、ケーブル１２０を介してスコープ１１０に送られる。

カメラ１３２は、腹腔１ａ内を撮影する装置であり、例えばＣＣＤカメラを採用することができる。カメラ１３２は、スコープ１１０により集光された反射光をケーブル１２１を介して受光する。なお、カメラ１３２の前段に、励起光γ_０及び蛍光γの波長域を含む近赤外光をカットする光学フィルタ（バンドパスフィルタ）を配置してもよい。得られた腹腔鏡画像は、通信装置１３３に送信される。

通信装置１３３は、蛍光検出装置１００と通信するためのデバイスであり、ＵＳＢ、ＤＶＩ－Ｄ、ＤＶＩ―Ｉ等のケーブルを介して蛍光検出装置１００に接続され、腹腔鏡画像等の各種データを送信することができる。

ＤＶＩ－Ｄケーブル（不図示）等を用いて腹腔鏡装置２００及び蛍光検出装置１００を接続する。また、蛍光検出装置１００にモニタ装置４０を接続する。それにより、腹腔鏡装置２００（カメラ１３２）で撮影された腹腔１ａ内の映像（すなわち、腹腔鏡画像）が蛍光検出装置１００に送信され、蛍光検出装置１００において処理された蛍光状態の解析結果等とともにモニタ装置４０の表示画面４１に表示することができる。

上述の構成の腹腔鏡装置２００及び蛍光検出装置１００において、ユーザが、腹腔鏡装置２００のスコープ１１０の長手軸の先端及び蛍光検出装置１００のスコープ１０の長手軸の先端をそれぞれ被検体１の腹腔１ａ内に挿入する。ここで、被検体１の腹部の外皮に円筒状のホルダを嵌め込み、それを介してスコープ１１０，１０を腹腔１ａ内に挿入してもよい。次いで、ユーザが、腹腔鏡装置２００の光源１３１を稼働して照明光Ｗを生成し、ケーブル１２０を介してスコープ１１０に送る。それにより、スコープ１１０の先端から照明光Ｗが射出されて腹腔１ａ内が照明され、これと同時にスコープ１１０により腹腔１ａ内からの反射光が集光され、ケーブル１２１を介してカメラ１３２に送られる。カメラ１３２は、反射光を受光することで腹腔１ａ内を撮影し、その映像は通信装置１３３により蛍光検出装置１００に逐次送信され、蛍光検出装置１００の通信装置３９により受信され、入出力装置３８により処理されてモニタ装置４０の表示画面４１上に逐次表示される。

図５に、モニタ装置４０の画面表示の一例を示す。モニタ装置４０の表示画面４１は、左に腹腔鏡画像を表示するエリア４２、中央上に励起光γ_０が照射されていることを表示するエリア４４、中央右に蛍光スペクトルのピーク値（蛍光強度）を表示するエリア４３及び腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離を表示するエリア４８、右に蛍光スペクトルを表示するエリア４５、下に検出条件等を表示するエリア４７が配置されている。

エリア４２には、表示部３６ｃにより、腹腔鏡装置２００から送信された被検体１の腹腔１ａ内の腹腔鏡画像が表示される。ここで、スコープ１０の先端からガイド光γ_ｇが射出されることで、ユーザは、表示画面４１より、励起光γ_０が照射されるスポットＳｐの位置及び拡がり、さらにスポットＳｐの形状より励起光γ_０が照射される方向を確認することができる。

エリア４４には、表示部３６ｃにより、一例として、励起光γ_０が照射されていることを示す「レーザ照射中」が表示される。これにより、表示画面４１より、スコープ１０から励起光γ_０がガイド光γ_ｇに重ねて射出され、腹腔１ａ内の組織に励起光γ_０が照射されていることがわかる。

なお、表示部３６ｃは、例えば、励起光γ_０の強度が閾値を超えた場合に、エリア４４の表示「レーザ照射中」を赤色で表示する又は表示を点滅させてユーザに通知してもよい。また、例えば励起光γ_０の強度に応じて大きくなる又は周期が速くなるビープ音を発することで、ユーザに音声通知してもよい。

エリア４３には、表示部３６ｃにより、検出器３５による蛍光γの検出結果、特に蛍光スペクトルにおけるピーク強度（蛍光強度とも呼ぶ）が表示される。また、蛍光強度の時間変化がリアルタイムで表示される。一例として、蛍光強度がカラーバーで表示される、すなわち蛍光強度が大きくなるとバーが下から上に、青から赤に色調（グラデーション）を変えて延びる。

エリア４５には、表示部３６ｃにより、検出器３５による蛍光γの検出結果が表示される。検出結果として、蛍光γのスペクトル（波長に対する強度分布であり、単に蛍光スペクトルともよぶ）及びそのピーク位置が表示される。さらに、上のエリア４６に、蛍光スペクトルのピーク位置の波長（ピーク波長ともいう）及び強度（ピーク強度ともいう）が表示される。また、蛍光スペクトル及びピーク強度の時間変化がリアルタイムで表示される。

エリア４７には、表示部３６ｃにより、検出条件等が表示される。検出条件は、一例として、被検体１を特定するＩＤ番号、蛍光γを検出するのに使用しているスコープ１０のＩＤ番号、励起光γ_０を照射している照射時間（照射タイマとも呼ぶ）、励起光γ_０の規格強度（光源３４から受信した励起光γ_０の強度でもよい）、ガイド光γ_ｇの規格強度、及び生体検査の年月日時分を含む。

エリア４８には、表示部３６ｃにより、距離検出部３６ｅにより決定された腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離の検出結果が表示される。本例では、組織とスコープ１０との間の距離は３０ｍｍである。

ユーザは、モニタ装置４０（エリア４２）に表示された腹腔鏡画像を見ながら蛍光検出装置１００を操作することができる。特に、ユーザは、スコープ１０の先端を腹腔１ａ内の関心箇所に接近させてその関心箇所に位置するスポットＳｐ内に励起光γ_０を照射し、それによりスポットＳｐ内の組織内の薬剤２が発する蛍光γを集光して検査することができる。

なお、表示部３６ｃは、記録装置３７により記録された腹腔鏡画像、蛍光γの検出結果、蛍光状態の解析結果、検出条件等の各種情報を記録部３６ｄを介して読み出し、それらをモニタ装置４０の表示画面４１上に再生表示してもよい。

図６に、蛍光強度を補正した場合のモニタ装置４０の画面表示の一例を示す。本例ではスコープ１０が組織から、先述の図５の例における距離３０ｍｍから距離６０ｍｍまで離れたとする。

エリア４２には、表示部３６ｃにより、腹腔鏡装置２００から送信された被検体１の腹腔１ａ内の腹腔鏡画像が表示される。本例ではスコープ１０が組織から距離６０ｍｍまで離れたことによりスポットＳＰがさらに広がっている。

エリア４５には、表示部３６ｃにより、検出器３５による蛍光γの検出結果が表示される。一例としてのスコープ１０と腹腔１ａの組織との間の基準距離３０ｍｍに対して、本例における距離６０ｍｍであるため、蛍光強度の検出結果は解析部３６ｂによって（６０／３０）^４倍に補正されている。エリア４５には、補正前の蛍光スペクトルが点線で、補正後の蛍光スペクトルが実線で表示されている。

エリア４８には、表示部３６ｃにより、腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離の検出結果が表示される。本例では、組織とスコープ１０との間の距離６０ｍｍと表示されている。

図７に、蛍光検出方法のフローを示す。フロー開始に先立って、腹腔鏡装置２００及び蛍光検出装置１００は上述のとおり接続され、蛍光検出装置１００にモニタ装置４０が接続されているものとする。ここでは一例として、被検体１の血管に薬剤２を投与し、その薬剤２が腹腔１ａ内の組織を循環するのを評価する血管及び組織の血流評価における蛍光検出フローを説明する。

ステップＳ２では、制御部３６ａは、図５に示すように、腹腔鏡装置２００により撮影された被検体１の腹腔１ａ内の映像（すなわち、腹腔鏡画像）を蛍光検出装置１００に接続されたモニタ装置４０の表示画面４１（エリア４２）に表示する。ここで、スコープ１０の先端が向けられた腹腔１ａ内の位置、すなわち励起光γ_０の照射箇所（スポットＳｐ）及び照射の向きを視認できるように、スコープ１０の先端から可視光波長域のガイド光γ_ｇが出力されている。それにより、ユーザは、モニタ装置４０に表示された腹腔鏡画像においてスポットＳｐの位置を確認し、スコープ１０を動かしてその先端を腹腔１ａ内の関心箇所に向ける及び／又は近接させる。そして、ユーザは、ＳＷ２４ａをオンしてその関心箇所に励起光γ_０を照射する。

ステップＳ３では、制御部３６ａは、ＳＷ２４ａがオンされたか否かを判断する。制御部３６ａは、オンされたと判断した場合、ユーザがＳＷ２４ａをオンしたものとしてステップＳ４に進み、オンされていないと判断した場合、ユーザがＳＷ２４ａをオンしていないとしてステップＳ３を繰り返す。なお、ステップＳ４に移行することなく一定時間経過した場合又はステップＳ３を予め定めた回数繰り返した場合、ステップＳ１に戻ってもよい。

ステップＳ４では、制御部３６ａは、光源３４に駆動信号を送信して励起光γ_０を生成させ、ガイド光γ_ｇに重畳してスコープ１０の先端から射出させてスポットＳｐ内を照射する。このとき、図５に示すように、表示画面４１のエリア４４に「レーザ照射中」が表示される。励起光γ_０の照射により、スポットＳｐ内の組織内に位置する薬剤２が励起光γ_０を吸収して蛍光γを発する。薬剤２が発する蛍光γは、スコープ１０の先端から集光されて検出器３５に送られる。また、光源３４は、励起光γ_０を生成すると同時にその強度の検出し、その検出結果を制御演算装置３６（解析部３６ｂ）に送信する。

ステップＳ５では、制御部３６ａは、検出器３５を動作させて集光した蛍光γを検出するとともに、距離検出部３６ｅを動作させて腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離を検出する。それにより、蛍光γが一定時間ごとに検出されるとともに、蛍光γの検出時における組織とスコープ１０との間の距離が検出され、その結果が制御演算装置３６（解析部３６ｂ）に逐次送信される。

ステップＳ６では、解析部３６ｂが、検出器３５による蛍光γの検出結果を用いて蛍光状態を解析し、距離検出部３６ｅによる組織とスコープ１０との間の距離の検出結果を用いて蛍光状態の解析結果を上述のように補正する。蛍光状態は、一例として、蛍光スペクトル、そのピーク波長及びピーク強度、及びそれらの時間変化を含む。

蛍光状態として、蛍光γのスペクトル形状を含んでもよい。解析部３６ｂは、蛍光γのスペクトル形状を解析して蛍光γを発する場所或いは組織、すなわち薬剤が位置する場所或いは組織を特定してもよい。その結果は、次のステップＳ７で表示画面４１に表示されてよい。

ステップＳ７では、表示部３６ｃが、蛍光γの検出結果及び蛍光状態の解析結果、検出条件等の各種情報をモニタ装置４０の表示画面４１に表示する。それにより、図５に示すように、表示画面４１のエリア４３に蛍光強度が表示されるとともに、エリア４５に蛍光スペクトルが表示され、エリア４６に蛍光スペクトルのピーク波長及びピーク強度が表示され、エリア４８に腹腔１ａ内の組織とスコープ１０との間の距離の検出結果が表示される。これらの表示は、蛍光スペクトルが検出される都度、更新される（つまり、リアルタイムで表示される）。

ステップＳ７が完了すると、ステップＳ２に戻る。

蛍光検出フローは、ユーザが、例えば前面パネルのスイッチをオフすることで終了する。

本実施形態に係る蛍光検出装置１００は、励起光γ_０を生成する励起光源３４ａ、励起光源３４ａに光接続され且つ被検体１の腹腔１ａ内に少なくとも一部が挿入されて励起光源３４ａから出力される励起光γ_０を被検体１の腹腔１ａ内の組織に照射するとともに励起光γ_０の照射により組織から発せられる蛍光γを集光するスコープ１０、スコープ１０により集光された蛍光γを検出する検出器３５、組織とスコープ１０との間の距離を検出する距離検出部３６ｅ、検出器３５による検出結果を距離の検出結果に基づいて補正して組織の蛍光状態を解析する解析部３６ｂを備える。検査対象の組織とスコープ１０との間の距離の検出結果に基づいて蛍光γの検出結果を補正することで、スコープ１０の距離によらず一定の感度で蛍光状態を解析することが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１…被検体（患者）、１ａ…腹腔、２…薬剤、１０…スコープ、１１…チューブ、１２…送光用光ファイバ、１３…受光用光ファイバ、１４…コネクタ、２０…ケーブル、２１…フレキシブルチューブ、２２…送光用光ファイバ、２３…受光用光ファイバ、２４…把持部、２４ａ…スイッチ、２９…コネクタ、３０…装置本体、３１…筐体、３２，３３…光ファイバ、３２ａ，３２ｂ…光ファイバ、３３ｂ…光ファイバ、３４…光源、３４ａ…励起光源、３４ｂ…ガイド光源、３５…検出器、３５１…レーザ距離計、３６…制御演算装置、３６ａ…制御部、３６ｂ…解析部、３６ｃ…表示部、３６ｄ…記録部、３６ｅ…距離検出部、３７…記録装置、３８…入出力装置、３９…通信装置、４０…モニタ装置、４１…表示画面、４２～４８…エリア、４９…基準マーク、１００…蛍光検出装置、１１０…スコープ、１１１…チューブ、１１４…コネクタ、１２０，１２１…ケーブル、１３０…装置本体、１３０ａ…筐体、１３１…光源、１３２…カメラ、１３３…通信装置、２００…腹腔鏡装置、Ｓｐ…スポット、γ…蛍光、γ_０…励起光、γ_ｇ…ガイド光。

Claims (6)

1. 励起光を生成する光源と、
   前記光源に光接続され且つ被検体の腹腔内に少なくとも一部が挿入されて、前記光源から出力される前記励起光を前記被検体の腹腔内の組織に照射するとともに、前記励起光の照射により前記組織から発せられる蛍光を集光するスコープと、
   前記スコープにより集光された蛍光を検出する検出器と、
   前記組織と前記スコープとの間の距離を検出する距離検出部と、
   前記検出器による検出結果を前記距離の検出結果に基づいて補正して前記組織の蛍光状態を解析する解析部と、を備える蛍光検出装置。
2. 前記距離検出部はレーザ距離計を用いて前記距離を検出する、請求項１に記載の蛍光検出装置。
3. 前記光源は、ガイド光をさらに生成し、
   前記スコープは、前記腹腔内の前記組織に前記ガイド光を照射し、
   前記距離検出部は、前記被検体の前記腹腔内を撮影する撮影装置から撮影画像を取得し、前記撮影画像に映った前記ガイド光のスポットの特徴に基づいて前記距離を検出する、請求項１に記載の蛍光検出装置。
4. 前記解析部は、前記距離の検出結果が大きいほど前記検出器による前記蛍光の検出結果における蛍光強度を増大させるように補正する、請求項１に記載の蛍光検出装置。
5. 前記解析部は、前記距離の検出結果が大きいほど前記励起光の強度を増大させる、請求項１に記載の蛍光検出装置。
6. 前記被検体の前記腹腔内を撮影する撮影装置から取得した撮影画像の表示制御を行う表示部をさらに備え
   前記距離検出部は、前記距離の検出結果を前記表示部に表示させる、請求項１に記載の蛍光検出装置。

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