ES2252083T3 - Metodos y aparatos para imagenes usando un haz de guias de luz y un modulador espacial de luz. - Google Patents

Abstract

Un sistema de observación para controlar la luz que entra en contacto con una muestra (22), comprendiendo el sistema de observación: un módulo espacial de luz pixelado (8) que comprende una disposición de píxeles individuales de transmisión de luz; un haz de guías de luz (14) que tiene un extremo proximal (16) y un extremo distal (18), comprendiendo el haz de guías de luz una pluralidad de guías de luz (15) correspondiente cada una a al menos una de los píxeles individuales de transmisión de luz; y un controlador donde está operativamente conectado el módulo espacial de luz pixelado (8) al extremo proximal (16) del haz de guías de luz (14) en un mismo plano de imagen conjugado que la muestra (22), y donde el controlador controla la localización de la luz que incide sobre el extremo proximal (16) por medio de la disposición de los píxeles individuales de transmisión de luz, haciendo así que la luz sea transmitida sólo a al menos una guía de luz correspondiente a al menos un píxel de transmisión de luz el cual está en un estado de transmisión de luz.

Description

Métodos y aparatos para imágenes usando un haz de guías de luz y un modulador espacial de luz.

Campo de la invención

El campo de la presente invención es la formación de imágenes usando un haz de guías de luz.

Antecedentes de la invención

Los microscopios magnifican objetos o muestras, los cuales pueden ser estacionarios o móviles. Un tipo de microscopio es un microscopio confocal, que usa un punto o agujero de luz muy pequeño para hacer su imagen sobre el objeto. Típicamente, el punto es barrido a través del objeto en forma puntual, digital y la imagen se hace combinando los puntos de luz de retorno que emana del objeto (la luz de retorno puede ser, por ejemplo, luz reflejada, luz fluorescente o una forma exótica de luz tal como un espectro Raman, y puede encontrase en cualquier región deseable del espectro electromagnético, tal como luz ultravioleta (UV), luz azul, luz visible, luz de infrarrojo cercano (NIR) y luz infrarroja (IR).

La geometría confocal del agujero de iluminación, el objeto, y el agujero de detección dan una imagen de mayor resolución que un microscopio de campo amplio convencional. En algunas modalidades, la microscopía convencional puede mejorar la resolución especial aproximadamente 1.3 veces. Véase, por ejemplo, U.S. Patent No. 5,587,832. La microscopía confocal también mejora la resolución de "arriba y abajo" (esto es, eje z o axial), lo que da lugar a una capacidad de seccionamiento óptico extremadamente útil, lo que significa que pueden obtenerse imágenes a diferentes profundidades, y pueden obtenerse así imágenes 3-D y reconstrucción de volumen.

Para obtener la imagen punto a punto, los microscopios confocales pueden bien mover un espécimen y mantener la óptica fija en un lugar, o pueden mantener el espécimen fijo y mover el haz de luz, por ejemplo barriendo el haz usando discos de apertura rotatoria u otros sistemas de barrido de haces. Véase U.S. Patent No. 4,802,748, U.S. Patent No. 5,067,805, U.S. Patent No. 5,099,363, U.S. Patent No. 5,162,941. Otros sistemas confocales de barrido han usado un rayo láser provisto con espejos rotatorios para barrer un espécimen o un haz de láser que barra una rendija en lugar de un punto; tal barrido de hendidura incrementa la velocidad de formación de imágenes pero degrada ligeramente la resolución. Véase U.S. Patent No. 5,587,832.

Los microscopios confocales típicamente usan un diseño voluminoso en el cual deben mantenerse cuidadosamente en preciso alineamiento diversos componentes grandes –incluyendo un sistema de láser como fuente de luz, agujeros de detección, dispositivos de desplazamiento del haz en x-y, y un detector óptico. En estos sistemas, el espécimen u objeto se coloca sobre una platina como en un microscopio convencional. Estas limitaciones hacen que el microscopio confocal sea aparatoso, inflexible e inconveniente para obtener imágenes de espécimenes que no son fácilmente accesibles o fácilmente colocables en la platina de un microscopio. En otras palabras, los sistemas confocales actuales están diseñados para imágenes in vitro de espécimenes biológicos en el laboratorio, en lugar de imágenes de tejidos en el cuerpo, in vivo.

Se han propuesto diversos intentos para permitir las imágenes in vivo. Véase, por ejemplo, T. Dabbs and M. Glass, "Fiberoptic confocal microscope: FOCON", Applied Óptics, vol. 31, pp. 3030-3035, 1992; L. Giniunas, R. Juskatis, and S. V. Shatalin, "Scanning fiber-optic microscope", Electronic Letters, vol. 27, pp. 724-725, 1991; L. Giniunas, R. Juskatis, and S. V. Shatalin, "Endoscope with optical sectioning capability," Applied Optics, vol. 32, pp. 2888-2890, 1993; D. L. Dickensheets and G. S. Kino, "Micromachined scanning confocal optical microscope", Óptics Letters, vol. 21, pp. 764-766, 1996; D. L. Dickensheets and G. S. Kino, "Miniature scanning confocal microscope", United States Patent 5,907,425 (continuation of 5,742,419), May 1999; A. F. Gmitro and D. Aziz, "Confocal microscopy through a fiber-optic imaging bundle", Óptics Letters, vol. 18, pp. 565-567, 1993; Y. S. Sabharwal, A. R. Rouse, L. Donaldson, M. F. Hopkins, and A. F. Gmitro, "Slit-scanning confocal microendoscope for high-resolution" in vivo imaging, Applied Optics, vol. 38, pp. 7133-7144, 1999; R. Juskaitis, T. Wilson, and T. F. Watson, "Confocal microscopy using optical fibre imaging bundles", Proceedings of SPIE, vol. 2655, pp. 92-94, 1996; United States Patent 5,587,832; PCT/CA98/00993, Publication No. WO 99/22262. Ninguno de estos sistemas provee una alta calidad de imagen como pudiera ser deseada para diversos aspectos de la microscopía.

Además, la WO-A-9 940 471 describe un sistema de imágenes confocal que comprende una fuente de luz que emite luz en comunicación óptica con medios para modulación espacial de la luz y un patrón temporal de luz para barrer a través de una muestra, con medos de división de haces para recibir la luz barrida y dirigir la luz barrida sobre una muestra y pasar la luz reflejada, dispersa y emitida de la muestra a medios de captura de vídeo para recibir la luz reflejada, dispersa y emitida y transferir una imagen digital de la luz reflejada, dispersa y emitida hacia medios de cómputo para crear una apertura virtual y sintetizar una imagen compuesta y desplegar la imagen confocal.

Además, la US-A-5 659 642 describe un microscopio confocal que comprende una fuente de luz, un haz de fibras ópticas para recibir la luz de la fuente de luz y para transmitir la luz a un objeto, y para permitir que la luz retorne desde el objeto a través del haz de fibra óptica, medios de conmutación para conmutar selectivamente fibras seleccionadas en el haz de fibra óptica de manera que permita que a luz sea transmitida y retornada a través de las fibras respectiva en el haz de fibras ópticas, y un detector para recibir la luz retornada de las de fibra óptica para permitir que se produzca una imagen del objeto. El uso de medios de conmutación que permitan que las fibras individuales en el haz sean selectivamente conmutadas para permitir que la luz sea transmitida a través de ellas permite que las fibras seleccionadas sean conmutadas en secuencia de manera que la luz es barrida a través del plano focal sobre o con el objeto y que la luz que retorna confocalmente del objeto para pueda ser enfocada de forma instantánea virtualmente a su regreso del objeto. Preferiblemente, los medios de conmutación comprenden una pluralidad de fibras ópticas conmutables o unos acopladores en árbol de guías de onda, teniendo la pluralidad de los acopladores en árbol un primer extremo que recibe la luz de un primer camino de luz y una pluralidad de segundos extremos que están acoplados o integrados con fibras respectivas del haz de fibras. En una modalidad adicional los medios de conmutación comprenden una pluralidad de conmutadores en las respectivas fibras del haz de fibras ópticas. En esta modalidad se provee un elemento óptico en un extremo de imagen del haz de fibras ópticas para lanzar simultáneamente luz a las fibras individuales del haz de fibras ópticas y para recoger la luz que retorna del haz de fibras ópticas.

Además, la EP-A-0 022 220 revela la observación de una imagen de un endoscopio por dos observadores, por ejemplo un doctor y un interno, usando un accesorio de visión múltiple con tal construcción, el doctor observa a través de un ocular principal, mientras que el interno observa a través de un ocular auxiliar. De esta forma, dos observadores pueden observar simultáneamente la imagen. Para la formación de imagen, la luz L transmitida a través de una guía de luz ilumina un objeto, de modo que una luz reflectante L1 del objeto es transmitida través de un objetivo, para ser recreada en el extremo incidente de la guía de imagen, como una imagen del objeto. La imagen aparece en la superficie del extremo de la guía de imagen, tal que se superpone sobre el patrón de disposición de las fibras ópticas de la guía de imágenes. La imagen compuesta de la imagen del objeto y el patrón de disposición de fibras ópticas se forma como imagen sobre el medio espejo mediante los lentes oculares. En este caso, el componente del patrón de disposición es removido de la imagen compuesta mediante el filtro espacial. En otras palabras, una porción oscura del patrón de disposición de la fibra óptica, esto es, una imagen interrumpida en la porción entre las fibras ópticas adyacentes es removida por el filtro espacial, de modo que la imagen formada en el medio espejo a través del filtro espacial no incluye el patrón de disposición del patrón de fibra óptica. La imagen sobre el medio espejo es observada por un doctor a través del lente ocular mientras al mismo tiempo la misma imagen se forma en el extremo superficial incidente de la guía de imagen auxiliar por medio del lente y es observada por un interno a través de un lente ocular auxiliar. Como se describió antes, el patrón de disposición de fibras de la guía de imágenes es removido por el filtro espacial. Como resultado, no se incluyen más interferencias en la imagen observada por el
interno.

Finalmente, al WO-A-9 952 416 revela un aparato de imagen confocal que incluye una primera y Segunda Fuentes de luz localizadas en extremos opuestos de un haz de fibras ópticas. Un extremo del haz de fibras ópticas está localizado adyacente al objeto cuya imagen se va a formar, y e extremo opuesto del haz de fibras ópticas se localiza adyacente a una cámara que registra las imágenes recibidas del haz de fibras ópticas. Se usa un analizador para extraer una imagen confocal de la imagen del objeto producida usando la iluminación de la primera fuente de luz y la imagen del objeto producida usando iluminación de la segunda fuente de luz. EN tanto la disposición geométrica de los conductos de luz se preserve a lo largo de la longitud del haz, las imágenes recibidas en un extremo del haz son transmitidos confiablemente con mínimas pérdidas de información al extremo opuesto del haz. La luz que cae de la matriz de interferencia entre los conductos de luz no es guiada a lo largo del haz y en vez de ello la luz es atenuada a través de absorción por el manguito externo. Esta atenuación de la luz que cae sobre la matriz de interferencia se usa para mantener el contraste de la imagen recibida por la cámara en el extremo opuesto del haz de fibras
ópticas.

No se ha satisfecho hasta ahora la necesidad por sistemas mejorados de microscopía, incluyendo sistemas de microscopía confocales, donde los sistemas pueden proveer imágenes de alta calidad de objetos deseados en localizaciones donde el posicionamiento del objeto podría no ser controlado cuidadosamente, incluyendo objetos in vivo. La presente invención provee estas y otras ventajas.

Resumen de la invención

De acuerdo con la presente invención, el objetivo anterior es resuelto mediante un sistema de observación de acuerdo con la reivindicación 1 y un método para hacer un sistema de observación de acuerdo con la reivindica-
ción 23.

La presente invención comprende microscopios y métodos que tienen ventajas significativas para controlar la luz que entra en contacto con una muestra y/o que es detectada emanando de una muestra. Los microscopios y métodos, los cuales preferiblemente se relacionan con microscopios confocales y además preferiblemente endoscopios confocales para imágenes in vivo, comprenden un modulador espacial de luz en el camino de luz de iluminación y/o detección de modo que la luz transmitida al objeto, por ejemplo vía un haz de fibras ópticas, es transmitida sustancialmente sólo en los núcleos del haz de guía de luz y no entre las áreas centrales tales como los bordes que rodean las guías de luz o los rellenos entre las guías de luz en el haz. Esto puede reducir la cantidad de ruido o luz fugaz en la imagen del tejido objeto, mejorando por tanto la sensibilidad, contraste o resolución de la imagen, en al menos una de las direcciones
x-y y en la dirección z, y provee otras ventajas relacionadas. La presente invención puede también proveer sistemas que comprenden solo un haz de guías de luz sencillo en un microendoscopio y puede reducir el entrecruzamiento entre las guías de luz.

En un aspecto, la presente invención provee un sistema de observación que comprende un modulador espacial de luz y un haz de guías de luz que tiene un extremo proximal y un extremo distal, donde el modulador de luz espacial está ópticamente conectado al extremo proximal del haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugado así como el extremo proximal tal que el modulador espacial de luz controla la localización de luz que recae sobre el extremo proximal. En algunas modalidades, el sistema de observación comprende un endoscopio o el haz de guías de luz comprende al menos 100 guías de luz. El endoscopio puede ser un endoscopio de microscopía confocal. El modulador espacial de luz puede estar operablemente conectado a un controlador que comprende programación implementada por computación capaz de seleccionar píxeles de estado del modulador espacial de luz correspondiente a los núcleos de guías de luz correspondientes a las áreas ínter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles desactivados.

En otras modalidades, una pluralidad de grupos seleccionados de los píxeles activados está en estado, estando los grupos seleccionados separados de tal forma que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer grupo seleccionado de píxeles activados, y sustancialmente todos los otros píxeles del modulador espacial de luz están en estado desactivado. Típicamente, al menos 3 diferentes píxeles del modulador especial de luz corresponde a cada núcleo de sustancialmente todas las correspondientes guías de luz. El sistema de observación puede comprender además un detector con píxeles ópticamente conectado para recibir luz que emane del extremo proximal del haz de guías de luz y el controlador comprende además que distingue entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activados del modulador espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz. La programación implementada por computación puede además ignorar la luz que emana de las otras guías de luz.

En modalidades adicionales, el controlador comprende adicionalmente programación implementada por computación que detecta la luz que emana de otras guías de luz para proveer datos fuera del foco y la programación incorpora los datos fuera de foco con la luz que emana de las guías de luz correspondiente a los píxeles activados para proveer una imagen mejorada. Los datos fuera de foco pueden ser ajustados usando la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos usando una distribución gaussiana 2-D u usando funciones de distribución de puntos deseadas como se describe aquí.

El sistema de observación puede ser un sistema de observación de paso sencillo o paso doble, y el sistema de observación puede comprender adicionalmente una fuente de luz ópticamente conectada al extremo proximal del haz de guías de luz y el modulador espacial de luz está conectado ópticamente con la fuente de luz y el extremo proximal del haz de guías de luz. Cuando el sistema de observación es un sistema de observación de doble paso, y el sistema de observación puede comprender adicionalmente una fuente de luz y un detector estando ambos conectados ópticamente al extremo proximal del haz de guías de luz, y el modulador espacial de luz está conectado ópticamente entre a)la fuente de luz y el detector, y b)el extremo proximal del haz de guías de luz. E algunas modalidades, el controlador comprenden además programación implementada por computación que mapea los píxeles del modulador espacial de luz a los correspondientes núcleos de las correspondientes guías de luz en el haz de guías de luz para proveer un mapa que comprende píxeles correspondientes y píxeles no correspondientes.

El sistema de observación puede además comprender un escáner que controla la localización de la luz transmitida al modalidad y sobre el extremo proximal del haz de guías de luz, y el controlador comprende además programación implementada por computación que dirige el escáner para que barra el modulador espacial de luz y simultáneamente fije al menos uno de los píxeles correspondientes a uno activado y fija otros píxeles del modulador espacial de luz a un estado inactivo, causando con ello que la luz de la fuente de luz sea transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las correspondientes guías de luz. El sistema de observación también puede comprender una fuente de luz ópticamente conectada a un modulador espacial de luz tal que la fuente de luz ilumine una porción sustancial de los píxeles del modulador espacial de luz, y el controlador adicionalmente una programación implementada por computación que fija píxeles correspondientes seleccionados para un estado activado y fija otros píxeles del modulador espacial de luz en un estado inactivado, haciendo que la luz de la fuente de luz sea transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las guías de luz correspondientes a los píxeles correspondientes. El controlador puede además comprender una programación implementada por computación que selecciona los píxeles correspondientes seleccionados que se fijan en estado activo tal que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer pixel correspondiente seleccionado no interfiere sustancialmente con la luz que emana del extremo distal de una segunda guía de luz correspondiente a un segundo pixel correspondiente seleccionado, y los píxeles correspondientes seleccionados que se van a fijar en estado activo son variados con el tiempo de tal manera que sustancialmente todas las guías de luz en el haz de guías de luz son iluminadas.

En otro aspecto, la presente invención provee un sistema de endoscopio flexible que provee microscopía confocal de un tejido objeto, comprendiendo el sistema un endoscopio que comprende un haz de guías de luz que comprende a menos 100 guías de luz y que tiene un extremo proximal y un extremo distal, comprendiendo además el sistema un modulador espacial de luz que está ópticamente conectado al extremo proximal del haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugado que el extremo proximal de tal forma que el modulador espacial de luz controla la localización de luz que impacta sobre el extremo proximal, y un controlador que comprende una programación implementada por computación que está operativamente conectada al modulador espacial de luz y que es capaz de fijar un grupo de píxeles activos del modulador espacial de luz correspondientes a los núcleos de las guías de luz correspondientes en el haz de guías de luz para proveer grupos de píxeles activos y capaz de fijar píxeles inactivos correspondientes a áreas ínter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos. Una pluralidad de grupos seleccionados de los píxeles activos puede estar en estado activo, estando espaciados los grupos seleccionados de tal forma que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer grupo seleccionado de píxeles activos no interfiere sustancialmente con la emanación del extremo distal de una segunda guía de luz correspondiente a un segundo grupo de píxeles activos, y otros píxeles del modulador espacial de luz están en el estado inactivo.

El endoscopio puede comprender además un detector pixelado conectado ópticamente para recibir la luz que emana del extremo proximal del haz de guías de luz y el controlador comprende además una programación implementada por computación que distingue entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del modulador espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz.

La presente invención también provee métodos para hacer un sistema de observación que comprende: a) proveer un modulador espacial de luz; b) proveer un haz de guías de luz que tiene un extremo proximal y un extremo distal: y c) coloca el módulo espacial de luz en conexión óptica con el extremo proximal del haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugada que el extremo proximal de tal forma que el módulo espacial de luz controla la localización de luz que impacta sobre el extremo proximal. El sistema de observación puede ser un endoscopio microscopio confocal y el método comprende además proveer el haz de guías de luz que comprende al menos 100 guías de luz. Lo métodos pueden comprender además conectar operativamente el modulador espacial de luz a un controlador que comprende programación implementada por computación capaz de fijar píxeles activos del módulo espacial de luz correspondientes a los núcleos de las guías de luz correspondientes en el haz de guías de luz para proveer píxeles activos y capaz e fijar píxeles inactivos correspondientes a áreas ínter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos.

Los métodos pueden comprender además conectar ópticamente un detector pixelado al sistema para recibir la luz que emana del extremo proximal del haz de guías de luz y proveer además el controlador con programación implementada por computación que distingue entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del módulo espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz. El método puede ser dirigido a hacer un sistema de observación de paso simple o paso doble, y puede además comprender proveer un escáner que controle la localización de la luz transmitida al módulo espacial de luz y sobre el extremo proximal del haz de guías de luz o conectarse ópticamente a la fuente de luz del módulo espacial de luz de manera que la fuente de luz ilumine una porción sustancial de los píxeles del módulo espacial de luz.

La presente invención provee además métodos para hacer un sistema de endoscopio flexible que comprende: a) proveer un modulador espacial de luz; b) proveer un haz de guías de luz que comprende al menos 100 guías de luz que tienen un extremo proximal y un extremo distal, al menos un extremos distal del haz de guías de luz dispuesto con un endoscopio; c) poner el modulador espacial de luz en conexión óptica con el extremo proximal del haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugada que el extremo proximal, de modo que el modulador espacial de luz controle la localización del impacto de luz sobre el extremo proximal; y d) conectar operativamente un controlador que comprende una programación implementada por computación al modulador espacial de luz donde el controlador es capaz de fijar un grupo activo de píxeles del modulador espacial de luz correspondiente a los núcleos de las correspondientes guías de luz en el haz de guías de luz para proveer grupos de píxeles activos y capaz de fijar píxeles inactivos correspondientes a áreas ínter-núcleo de l haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos. Tales métodos pueden comprender adicionalmente conectar un detector pixelado al sistema para recibir luz que emana del extremo terminal del haz de guías de luz y proveer además al controlador con programación implementada por computación que distinga entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del modulador espacial de luz y la luz que emana de otras guías.

La presente invención aun adicionalmente provee métodos para iluminar aun objeto, que comprenden: a) transmitir luz desde una fuente de luz a un extremo proximal de un haz de guías de luz a través de un modulador espacial de luz donde el modulador espacial de luz transmite la luz sustancialmente sólo a núcleos de guías de luz en el haz de guías de luz; b) transmitir la luz desde el extremo proximal del haz de guías de luz hasta un extremo distal del haz de guías de luz y emitir la luz desde el extremo distal del haz de guías de luz; y c) iluminar el objeto con la luz emitida desde el extremo distal del haz de guías de luz. Los métodos pueden comprender barrer un haz de luz a través del modulador espacial de luz y simultáneamente fijar al menos un pixel del modulador espacial de luz que corresponde a un núcleo de una de las guías de luz a un estado activo para proveer al menos un pixel activo y fijar otros píxeles del modulador espacial de luz a un estado activo, por lo cual el haz de luz es transmitido sustancialmente sólo al núcleo de la guía de luz cuando el haz de luz se pone en contacto con el pixel activo y el haz de luz no es transmitido a áreas ínter-núcleo del otro haz de guías de luz o a guías de luz adyacentes a la guía de luz. El haz de luz puede ser un rayo láser u otro haz de luz deseado.

En algunas otras modalidades, los métodos comprenden barrer el haz de luz a través sustancialmente de todos los píxeles que son fijados en estado activo con el tiempo tal que sustancialmente todas las guías de luz en el haz de guías de luz sean iluminadas, por lo tanto iluminando sustancialmente todas todo el objeto dentro de un campo de visión del haz de guías de luz sin mover el haz de guías de luz. En modalidades adicionales, los métodos comprenden conectar ópticamente la fuente de luz al modulador espacial de luz tal que la fuente de luz ilumine una porción sustancial de los píxeles del modulador espacial de luz, y fijar píxeles correspondientes seleccionados en estado activo y fijar otros píxeles del modulador espacial de luz a un estado inactivo tales que la luz de la fuente de luz sea trasmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las guías de luz correspondientes a los píxeles correspondientes. El método puede comprender variar los píxeles correspondientes seleccionados que están fijados en estado activo con el tiempo de tal manera que todas las guías de luz en el haz de guías de luz son iluminadas, iluminando por tanto sustancialmente todo el objeto dentro de un campo de visión del haz de guías de luz sin mover el haz de guías de luz.

Los métodos pueden comprender seleccionar los correspondientes píxeles seleccionados que se fijan en estado activo de tal forma que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer pixel correspondiente seleccionado no interfiere sustancialmente con la luz que emana del extremo distal de una segunda guía de luz que corresponde a un asegundo pixel correspondiente seleccionado.

La presente invención también provee métodos de obtener una imagen de un objeto comprendiendo: a) transmitir luz desde una fuente de luz a través de un modulador espacial de luz a un haz de guías de luz, emitiendo entonces la luz desde un extremo distal del haz de guías de luz para iluminar el objeto y hacer por tanto que la luz emane desde el objeto para proveer luz emanante; b) recoger la luz que emana que entre en contacto con el extremo distal del haz de guías de luz; y c) transmitir la luz emanante a través del haz de guías de luz a un detector para proveer una imagen del objeto en el detector. El detector puede comprender, por ejemplo, un lente ocular o un detector con píxeles, y la imagen puede ser una imagen confocal.

Los métodos pueden comprender fijar píxeles activos del modulador espacial de luz que correspondan a áreas ínter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos. Los métodos también pueden comprender fijar una pluralidad de grupos seleccionados de los píxeles activos a un estado activo donde los grupos seleccionados están separados de tal forma que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer grupo seleccionado de píxeles no interfieren sustancialmente en el objeto con luz que emana del extremo distal de al menos una segunda guía de luz correspondiente a al menos un segundo grupo seleccionado de píxeles activos, y sustancialmente todos los otros píxeles del modulador espacial de luz están en estado inactivo. Los métodos también pueden comprender distinguir entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del modulador espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz, ignorando entonces la luz que emana de otras guías de luz o evaluando la luz que emana de las otras fuentes de luz para proveer datos fuera de foco y luego incorporando los datos fuera de foco con la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos para proveer una imagen mejorada.

Los métodos pueden ser efectuados usando un sistema de paso de luz simple tales que el módulo espacial de luz actúe como una máscara de iluminación tal que la luz de iluminación es transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de guía de luz correspondientes a píxeles activos del módulo espacial de luz, o un sistema de observación de doble paso, tal que el módulo espacial de luz actúa como una máscara de iluminación tal que la luz de iluminación es transmitida sustancialmente sólo a las guías de luz correspondientes y como una máscara de detección que sustancialmente previene luz de guías de luz diferentes de las guías de luz correspondientes para que alcancen el detector.

Los métodos pueden comprender el mapeo de píxeles del módulo espacial de luz a los correspondientes núcleos de guías de luz correspondientes en el haz de guías de luz para proveer un mapa que comprende los píxeles correspondientes y los píxeles no correspondientes.

Éstos y otros aspectos, rasgos y modalidades se fijan en esta solicitud, incluyendo la siguiente descripción detallada y los dibujos anexos. Además, se establecen aquí diversas referencias, incluyendo la Referencia Cruzada con las Aplicaciones Relacionadas, que describe en más detalle ciertas composiciones, aparatos, métodos y otras informaciones (por ejemplo, módulos espaciales de luz, etc.); todas tales referencias se incorporan aquí como referencia en su totalidad y para todas sus enseñanzas y revelaciones, con independencia de dónde puedan aparecer las referencias en esta solicitud.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 provee una vista esquemática de un dispositivo de observación de paso simple que comprende un módulo espacial de luz y un haz de guías de luz.

La Figura 2 provee una vista esquemática con vistas esquemáticas expandidas de un dispositivo de observación de doble paso que comprende un módulo espacial de luz y un haz de guías de luz.

La Figura 2 provee una vista esquemática con vistas esquemáticas expandidas de un dispositivo de observación de doble paso que comprende un módulo espacial de luz y un haz de guías de luz donde la luz de iluminación es barrida a través del módulo espacial de luz.

La Figura 4 provee una vista esquemática con una vista esquemática expandida de un sistema definido sustancialmente de la misma forma que los sistemas en las figures 1 a 3, desde la fuente de luz hasta el extreme terminal del haz de guías de luz, para mapear píxeles y guías de luz.

La Figura 5 provee una vista esquemática con vistas esquemáticas expandidas de un sistema para mapeo de píxeles de un módulo espacial de luz y guías de luz.

La Figura 6 provee una vista esquemática de haces de guías de luz coherentes y no coherentes.

La Figura 7 provee fotomicrografías de un microprocesador que comprende imágenes de campo amplio ((a) a (c)) tomadas usando un microscopio de campo amplio e imágenes confocales ((d) a (e)) tomadas usando un microscopio confocal de acuerdo con la presente invención.

La Figura 8 es un gráfico que representa la respuesta axial de un espejo plano barrido a través del foco, con un FWHM de 1.6 \mum.

Descripción detallada de la invención

La presente invención provee endoscopios y otros dispositivos de observación que controlan la luz que entra en contacto con una muestra y/o que es detectada emanando de una muestra. Los dispositivos de observación son particularmente bien adecuados para imágenes in vivo, aunque también se incluyen otros usos. Los dispositivos de observación, y los métodos relacionados, comprenden un módulo espacial de luz en el camino de luz de iluminación y/o detección de modo que la luz transmitida a un objeto a través de un haz de guías de luz es transmitida sustancialmente sólo en los núcleos del haz de guías de luz y no en los bordes que rodean las guías de luz, el relleno entre las guías de luz, o en guías de luz indeseadas. Esto mejora la resolución de la imagen resultante, en direcciones laterales y axiales (Figurativamente, de lado a lado y de arriba abajo), y provee otras ventajas relacionadas. La presente invención también provee métodos y aparatos para mapear los píxeles del módulo espacial de luz en los núcleos de guías de luz en el haz (preferiblemente al menos e píxeles, (esto es, al menos 3 píxeles para un dispositivo de microespejo digital) por cada núcleo), así como para mapear las guías de luz de un haz de guías de luz a otro.

Definiciones

Los siguientes parágrafos proveen definiciones de algunos de los términos usados aquí. Todos los términos usados aquí, incluyendo los que se describen específicamente a continuación en esta sección, se usan de acuerdo con sus significados ordinarios a menos que el contexto o la definición indiquen otra cosa. También a menos que se indique de otra manera, excepto en las reivindicaciones, el uso de "o" incluye "y" y viceversa. Los términos no limitantes no deberán ser considerados como limitantes a menos que se establezca expresamente (por ejemplo, "incluyendo" significa "incluyendo sin limitación" a menos que se establezca expresamente otra cosa).

Un "módulo espacial de luz" (SLM) es un dispositivo que es capaz de modular selectivamente la luz. La presente invención comprende uno o más módulos espaciales de luz dispuestos en el camino de la luz de un sistema de observación, generalmente un sistema de magnificación o transmisión de imágenes tal como un endoscopio o un microscopio. Típicamente, un módulo espacial de luz comprende una disposición de píxeles de transmisión de luz individuales, los cuales son una pluralidad de puntos que tienen características transmisoras tales que pueden bien transmitir o pasar la luz a lo largo del camino de luz o bloquear la luz y evitar que continúe a lo largo del camino de luz (por ejemplo, absorbiendo la luz o reflejándola fuera del camino de luz). Tales disposiciones pixeladas son bien conocidas en la técnica, siendo también denominadas como dispositivo de apertura de patrón múltiple, y pueden estar formadas por una disposición de de dispositivos de cristal líquido ferroeléctrico, por un dispositivo de microespejo digital o por microobturadores electrostáticos. Véase U.S. Patent No. 5,587,832; R. Vuelleumier, Novel Electromechanical Microshutter Display Device, Proc. Eurodisplay '84, Display Research Conference September 1984. Disspositivos de microespejo digital pueden obtenerse en Texas Instruments, Inc., Dallas, Texas, U.S.A. "Píxeles activos" son píxeles o elementos ópticos, bien individualmente o en grupos, que han sido fijados en un "estado activo" y así transmiten la luz a lo largo del camino de luz entre una fuente de luz y una muestra o entre una muestra y un detector; los "píxeles inactivos" son píxeles o elementos ópticos, bien individualmente o en grupos, que han sido fijados en un "estado inactivo" y así transmiten la luz fuera de tal camino(s) óptico(s).

Un "camino de luz de iluminación" es el camino de luz desde una fuente de luz hasta un objeto o muestra, mientras que un "canino de detección de luz" es una camino de luz para una luz que emana desde una muestra hasta un detector. La luz que emana de una muestra incluye luz que se refleja en una muestra, se transmite a través de una muestra o se crea dentro de la muestra, por ejemplo, espectros Raman o luz fluorescente que se crea dentro de una muestra siguiendo una excitación con una longitud de onda apropiada de una luz (típicamente luz UV o azul). La luz de iluminación y de emanación incluye luz ultravioleta (UV), luz azul, luz visible, luz de infrarrojo cercano (NIR) y luz de infrarrojo (IR).

Un "endoscopio" es un dispositivo, usualmente tubular, para inserción dentro de un cuerpo, típicamente a través de canales, vasos, pasajes, o cavidades corporales por cualquiera de una variedad de razones, incluyendo propósitos quirúrgicos o de diagnóstico, así como otros propósitos tales como la inyección o el retiro de fluidos o para mantener un pasaje abierto.

Una "guía de luz" es un dispositivo bien conocido en la técnica, típicamente flexible, que comprende una capa externa y un núcleo transmisor de luz que lleva luz de un lugar a otro, tal como una fibra óptica, una guía líquida de luz o una guía de luz hueca reflectiva. La capa externa puede comprender la superficie externa del mismo material que constituye el núcleo o puede ser un material separado o adicional. Una guía de luz típicamente también comprende un borde no sustancialmente no transmisor de luz. Un "haz de guías de luz" es una pluralidad de tales guías de luz combinadas en una cuerda simple, y puede comprender un adherente o material de relleno entre las guías de luz individuales del haz. Tales bordes y rellenos, así como cualquier otra cosa que pueda estar dispuesta entre los núcleos de las guías de luz de un haz de guías de luz, pueden denominarse como área inter-núcleos

El "extremo proximal" de una guía de luz o endoscopio es el extreme de la guía de luz o endoscopio que recibe la luz de la fuente de luz. EL extremo proximal se mantiene típicamente fuera de cuerpo, y típicamente comprende una o más asas, botones y/u otros dispositivos de control localizados en el extremo distal de la guía de luz o endoscopio. El "extremo distal" de una guía de luz o endoscopio es el extremo de la guía de luz o endoscopio que está típicamente más lejos de la fuente de luz y así emite la luz de la fuente de luz que ha incidido sobre le extremo proximal de la guía de luz o endoscopio y ha sido transmitida hasta el extremo distal. El extremo distal es, en el caso de un endoscopio u otro dispositivo in vivo, el extremo que es insertado dentro del cuerpo y dirigido hacia un objetivo. Tal como se usa aquí, el extremo distal del endoscopio incluye el extremo distal del endoscopio, el cual es la superficie más distal o apertura del endoscopio, y la porción del endoscopio adyacente a la punta distal del endoscopio.

Un "controlador" es un dispositivo que es capaz de controlar un módulo espacial de luz, un detector u otros elementos del aparato y métodos de la presente invención. Por ejemplo, el controlador puede controlar las características transmisoras de los píxeles en un módulo espacial de luz, controlar el estado activo/inactivo de los píxeles de un detector de luz pixelado (tal como un dispositivo acoplado de carga (CCD) o un dispositivo de inyección de carga (CID)), y/o compilar datos obtenidos del detector, incluyendo el uso de tales datos para hacer o reconstruir imágenes o como retroalimentación para controlar un módulo espacial de luz corriente arriba. El detector, u otros componentes de la presente invención, si se desea, pueden también ser usados con un tubo fotomultiplicador (PMT). Típicamente, un controlador es un ordenador u otro dispositivo que comprende un unidad central de procesamiento (CPU y capaz de implementar una programación implementada por computación tal como algoritmos o software. Los controladores son bien conocidos en la técnica y la selección de un controlador deseable para un aspecto particular de la presente invención está dentro del alcance de la técnica a la vista de la presente descripción.

"Corriente arriba" y "corriente abajo" se usan en su sentido tradicional donde corriente arriba indica que un dispositivo dado está más cercano a una fuente de luz, mientras que corriente abajo indica que un objeto dado está más lejos de una fuente de luz.

"Un plano de imagen conjugado de un diafragma de apertura de un lente objetivo" es un plano bien en el camino de una luz de iluminación o bien en el de una de detección donde una imagen del diafragma de apertura de un lente objetivo es recreada. En un sistema de iluminación de Kohler, este plano de imagen también puede contener una recreación de la imagen de la fuente de luz, la cual en la presente invención puede ser cualquier fuente de luz como una luz blanca, una lámpara de arco o un láser. Los planos de imágenes conjugados del diafragma de apertura del lente objetivo definen las localizaciones que controlan el ángulo de la luz de iluminación que es incidido al final sobre una muestra, así como el ángulo de la luz de detección que emana de una muestra (el "ángulo de iluminación" y el "ángulo de detección" se refieren al ángulo de la luz que está bien incidiendo sobre o emanando de una
muestra).

Un "plano de imagen conjugado de la muestra" es un plano bien en el camino de la luz de iluminación o en el camino de la luz de detección donde se recrea la imagen de la muestra. El detector(es) de luz está típicamente localizado en uno de tales sitios en el camino de la luz de detección. Los planos de imagen conjugados definen las localizaciones que pueden controlar el tamaño y localización de puntos sobre la muestra que son iluminados y/o detectados (dependiendo de si el plano conjugado está en el camino de la luz de iluminación o en el camino de luz de detección). El plano de imagen de la muestra es el plano donde se localiza la muestra, aunque el plano de imagen de la muestra puede ser mayor o más pequeño que el tamaño real de la muestra si se proveen bien una pluralidad de caminos de luz o si el área de iluminación es mayor o menor que el tamaño de la muestra.

Un "mismo plano de imagen conjugado" es un plano que está conjugado con otro plano de imagen. Así, las múltiplex localizaciones de los planos de imagen conjugados de una apertura de diafragma del lente objetivo son los mismos planos de imagen conjugados, y las múltiples localizaciones del plano de imagen conjugado de la muestra son los mismos planos de imagen conjugados. Por ejemplo, en algunas modalidades se coloca un módulo espacial de luz en el mismo plano conjugado de imagen que el extremo proximal del haz de guías de luz, la cual es una localización que es como el plano de imagen conjugado de la muestra y define las localizaciones que pueden controlar el tamaño y localización de la luz que incide sobre el extremo proximal del haz de guías de luz, y puede así controlar cuáles guías de luz del haz de guías de luz son iluminadas y/o detectadas (dependiendo de si el módulo espacial de luz está en el camino de luz de iluminación o en el camino de luz de detección); una guía de luz que corresponde emite luz hacia o recibe luz desde) un pixel o grupo de píxeles del módulo espacial de luz en el estado activo puede ser denominada como "guía de luz correspondiente". Una guía de luz individual puede ser conmutada de estado correspondiente a no correspondiente conmutando los píxeles de estado activo a estado inactivo sin mover la guía de luz individual con respecto al módulo espacial de luz.

Los términos citados en esta solicitud no deben ser interpretados en las reivindicaciones como indicadores de una relación "medio más función" a menos que la palabra "medios" sea específicamente citada en una reivindicación. De la misma forma, los términos citados en esta solicitud no deben ser interpretados en reivindicaciones de método o de proceso como indicadores de una relación "paso más función" a menos que la palabra "paso" sea específicamente citada en una reivindicación. La presente invención comprende múltiplex aspectos, rasgos y modalidades que incluyen métodos, aparatos, sistemas y similares; tales múltiples aspectos, rasgos y modalidades pueden ser combinados y permutados en cualquier manera que se desee a menos que otra cosa se establezca expresamente o sea clara a partir del contexto.

Otros términos y frases en esta solicitud están definidos de acuerdo con las anteriores definiciones, y en otras porciones de esta solicitud.

Las Figuras

Regresando a las figures, la Figura 1 provee una vista esquemática con vistas esquemáticas expandidas de un sistema de observación de paso sencillo 2 que comprende que comprende una fuente de luz 4 que emite luz que se refleja en el despejo 6 y luego continúa a través del módulo espacial de luz, del divisor de rayos 10 y del lente objetivo 12 para iluminar el núcleo 26 de una guía de luz 15, aquí una fibra óptica, en un haz de guías de luz 14. Como se demostró en la vista expandida de la Figura 1, en el extremo distal 18 del haz de guías de luz 14 la luz ilumina sustancialmente sólo el núcleo 26 de la guía de luz correspondiente 28 pero no el área inter-núcleo 27 o guías de luz adyacentes 30. La luz es entonces depositada sobre el objeto 22 por el lente 20. En la Figura 1, el sistema de observación 2 es un sistema reflectivo, así que la luz de retorno emana del objeto 22, la cual es transmitida de regreso a través del divisor de rayos 10 de paso del sistema de observación al detector 32, que puede ser un lente ocular, un detector pixelado u otro detector deseado. Los microscopios de luz transmitida también se incluyen en la presente invención. El divisor de rayos 10 puede ser un filtro que refleje la luz que tiene una primera longitud de onda, tal como una luz de la fuente de luz 4, mientras que transmite la luz de otras longitudes de onda, tales como la luz de retorno que emana de la muestra 22.

El sistema de observación 2 de la Figura 1 es un sistema de observación de paso sencillo, lo que significa que la luz pasa por el módulo espacial de luz 8 sólo una única vez y así el módulo espacial de luz 8 está ópticamente conectado sólo dentro del camino de luz de iluminación. Si se desea, uno o más SLM pueden ser provistos en el camino de luz de iluminación o en el camino de luz de detección.

En la Figura 1, el módulo espacial de luz 8 provee una máscara de iluminación. Por ejemplo, la luz de la fuente de luz 4 ilumina una porción sustancial de los píxeles del módulo espacial de luz 8, luego el módulo espacial de luz 8 provee la máscara de iluminación porque un controlador (no mostrado) fija píxeles seleccionados correspondientes al extremo proximal 16 de las guías de luz 15 en el haz de guías de luz 14 en un estado activo y fija otros píxeles del módulo espacial de luz en un estado inactivo, haciendo así que la luz de la fuente de luz 4 sea transmitida sustancialmente sólo a los núcleos 26 de las guías de luz correspondientes a los píxeles correspondientes. EL controlador puede además seleccionar píxeles correspondientes que son fijados en estado activo de manera que la luz que emana del extremo distal 18 de una primera guía de luz correspondiente 28 a una primera área del objeto 22 no interfiera sustancialmente con la luz que emana del extremo distal 18 de una segunda guía de luz correspondiente 28 a una segunda área del objeto 22, lo que significa que las señales de luz transmitidas al objeto están separadas detal manera que las cénales de luz finalmente detectadas o analizadas del objeto 22 no se impactan significativamente
una a otra.

En otras palabras, varias guías de luz 15 pueden ser iluminadas en paralelo (referidas como iluminación de un patrón de guías de luz). Preferiblemente, el mínimo espaciado centro a centro de las guías de luz en el patrón es suficientemente grande de manera que las distribuciones de intensidad detectadas de las guías de luz no se superponen significativamente. La iluminación de núcleos de guías de luz paralelas ofrece una rápida ventaja sobre la iluminación de núcleos de guías de luz sencilla. La iluminación de núcleos de guías de luz paralelas puede iluminar un patrón de núcleos de guías de luz, detectar y registrar los datos de intensidad para cada guía de luz, incluyendo datos confocales si se desea, luego iluminar un diferente conjunto de núcleos de guías de luz usando un patrón de iluminación diferente, detectar y registrar los datos, así hasta que todos los núcleos de guías de luz deseados en el haz (el cual puede ser si se desea todo núcleos de guías de luz) hayan sido iluminados y los datos registrados. Los datos registrados pueden entonces procesarse para generar una imagen.

Adicionalmente el módulo espacial de luz 8 puede proveer una mascara de iluminación dinámica variando los píxeles seleccionados correspondientes que están fijados en un estado activo que pueden ser variados con el tiempo. Esto proporciona una ventaja porque sustancialmente todas las guías de luz 15 en el haz de guías de luz 14 pueden ser iluminadas sin necesidad de mover la fuente de luz 4, ni el módulo espacial de luz 8 ni el haz de guías de luz 14. Así el módulo espacial de luz 8 provee una mascara que permite la iluminación selectiva de de los núcleos de guía de luz individual 26 (o patrones de núcleos de guías de luz 26) en un haz de guías de luz 14. Para facilidad de entendimiento, en la figura 1 el haz de guías de luz 14 está representado sólo con 7 núcleos 26 mientras que el módulo espacial de luz 8 tiene 141 píxele. Una modalidad típica puede emplear un haz de fibras con cientos de decenas de miles de fibras en un módulo espacial de luz con miles de cientos de miles de píxeles. Preferiblemente, el módulo espacial de luz 8 provee al menos 3 píxeles para cada núcleo 26, además preferiblemente, 4, 5 6 o más píxeles.

En el extremo distal 18 del haz de guías de luz 14, los fotones de una guía de luz iluminada 15 se depositan sobre el objeto 22 a través del lente 20. El objeto 22 es dispuesto en el plano de imagen 24 de la muestra, también conocido como plano del objeto. Típicamente, el extremo distal del haz de guías de luz 14 es un plano de imagen conjugado de la muestra. El objeto puede ser cualquier estructura o muestra deseada, incluyendo por ejemplo materiales industriales tales como chips de ordenador en una línea de ensamblaje, o inspección industrial y control de calidad, por ejemplo en las industrias aeroespacial, aérea o del automóvil. En una modalidad preferida, el objeto es un objeto in vivo, además preferiblemente un objeto in vivo interno lo que significa que el objeto no se encuentra en el exterior del cuerpo y así se encuentra dentro de una cavidad corporal, tal como el sistema digestivo, pulmones, oídos o sistema reproductor, o al cual se tiene acceso transcutáneamente, tal como una rodilla, corazón, cerebro o vísceras. A tales objetos se puede tener acceso utilizando una aguja de diámetro interno grande, un canal de biopsia de un endoscopio (en cuyo caso el dispositivo de observación de la presente invención puede realmente ser utilizado dentro de otro endoscopio), un catéter o un paquete de configuración independiente a la medida, tal como un estilo; todas estos artículos están incluidos dentro del término endoscopio para los propósitos de la presente invención hasta el grado de que todos permiten hacer imágenes utilizando los dispositivos y métodos de la presente invención. Estructuras en foco localizadas dentro de la muestra 22 en el plaño de objeto retrodispersan o de otra manera emanan fotones a la guía de luz de iluminación 26, guía de luz que funciona entonces simultáneamente como fibra de detección. Las estructuras fuera del foco, por encima o por debajo del plano de objeto o laterales al objeto iluminado, retrodispersan o de otra manera emanan fotones a las guías de luz adyacentes 30 que rodean la correspondiente guía de
luz 28.

Una imagen confocal puede ser construida detectando, ya analizando si se desea, los fotones en foco (aquellos que son retrodispersados en la misma guía de luz desde la cual fueron lanzados) y descartando o ignorando (por ejemplo, dejando de detector tal luz o detectándola y luego eliminándola) los fotones fuera de foco. Alternativamente, la luz de guías de luz adyacentes 30 pueden proveer datos fuera de foco y la programación puede incorporar los datos de fuera de foco con la luz que emana de la correspondiente guía de luz 28 para proveer una imagen mejorada.

Por ejemplo, los datos de fuera de foco y los datos en foco pueden ajustarse a una distribución gaussiana 2D o de acuerdo con cualquier otra función de ajuste adecuada. Véase PCT/CA98/00993; PCT/US00/11548; solicitud provisional de patente de los Estados Unidos, No. 60/244,427presentada el 30 de octubre de 2000.

Una imagen confocal que comprende información de fuera del foco puede construirse como sigue. Una revisión de los antecedentes sera útil.

La suposición en microscopía general es que un microscopio es un sistema lineal no variable desplazable (LSI). En la microscopía de desconvolución, la suposición LSI significa que el PSF (función de dispersión de punto) es independiente de la posición dentro del campo visual (o de uso) del microscopio. Así, la imagen realmente recogida por el microscopio (bien en modo de campo amplio o confocal) puede ser representada como una convolución de la distribución del fluoróforo físico real (o luz reflejada, o transmitida o otra luz emanada) (Ia(x,y,z)) con el PSF h(x,y,z) de los sistemas de iluminación óptica y detección.

1

\hskip-1,8cm

Im (x,y,z) = \int\int\int Ia(xi, yi, zi,) h(x-xi, y-yi, z-zi) dxidyidz1

2

\hskip2,5cm

= \int\int\int Ia(xi, yi, zi,) hI(x-xi, y-yi, z-zi) hD(x-xi, y-yi, z-zi) dxidyidzi

hI \Box función de dispersión de puntos de óptica iluminadora

hD \Box función de dispersión de puntos de óptica detectora

Para iluminación en campo amplio, hI(x,y,z) es esencialmente una constante sobre el volumen medido. Para una microscopía confocal convencional correctamente fijada, ignorando los efectos de la longitud de onda, hI(x,y,z) ;
hD(x,y,z).

Para una microscopía confocal que comprende un módulo espacial de luz en el camino de luz de iluminación, para los puntos del objeto directamente iluminados por los píxeles activos del módulo espacial de luz, la condición hI ; hD es generalmente verdadera. Para puntos adyacentes sobre el objeto, hD \neq hI. Asumiendo un sistema LSI e ignorando los efectos de la longitud de onda,

3hD(x,y,z) ; hI(x-xi, y-yi, z-zi)

También, las localizaciones en el plano x-y de la muestra, zi = 0. Así, la ecuación 3 puede ser reducida a:

4hD(x,y,z) ; hI(x-xi, y-yi, z)

Puesto que puede detectarse una pluralidad de puntos para cada punto iluminado por los píxeles activos del módulo espacial de luz, la mayor parte de la imagen consiste de píxeles de fuera del foco para los cuales hD \neq hI. Así, la siguiente ecuación se aplica en general para un sistema confocal como el aquí descrito:

\zeta,\beta=0 en foco

Im (x,y,z,\zeta,\beta)= \int\int\int Ia(xi, yi, zi) hI(x-xi, y-yi, z-zi) hD(x-xi, y-yi, z-zi,\zeta,\beta)dxi,dyi,dzi

\zeta,\beta\neq0 fuera de foco.

Un dimensiones 2 adicional, (colineal con x e y), que representa la luz fuera de foco recogida de la muestra y generada por el iluminador confocal asociado con el punto confocal, está asociado con cada conjunto de localizaciones x, y, z iluminadas confocalmente. Generalmente, para intervalos de puntos ampliamente espaciados, tales como un patrón 10x10, \zeta y \beta van desde -5 a +5 en unidades de los píxeles DMD proyectados en el mismo plano. El espaciado de los puntos y el intervalo de \zeta y \beta no contaminado por información de puntos fuera de foco adyacentes puede ser dependiente del espesor de la muestra que está siendo medida.

En general, los métodos de desconvolución tales como los métodos de desconvolución iterativos comparan los resultados de la desconvolución con la imagen medida convolviendo la función de puntos dispersos con la imagen desconvuelta para generar una imagen.

Im (x,y,z) debería ser la convolución de Ia guess (x,y,z) con el PSF.

Ia guess (x,y,z) convuelta con PSF da Im guess (x,y,z).

Así, se mide la diferencia entre Im guess(x,y,z) e Im(x,y,z), se actualiza Ia guess (x,y,z) y se itera hasta que se alcance una condición deseada de rendimiento de la medición.

De acuerdo con la presente invención, para encontrar Ia (x,y,z), sse puede comparar Im guess (x,y,z) con Im (x,y,z) y también Im guess (x,y,z,\zeta,\beta) con Im (x,y,z,\zeta,\beta). Esto puede mejorar el resultado, en parte porque Im(x,y,z,\zeta,\beta) para \zeta,\beta\neq0 es altamente dependiente del PSF y y probablemente no se mezcla con la información confocal de Im (x,y,z,0,0). Así, la presente invención comprende métodos y dispositivos que sacan ventaja de las mediciones adicionales que son dependientes de la disposición espacial de Ia(x,y,z). Además, estos métodos y dispositivos usan sustancialmente todos los fotones recolectados del objeto y no sólo los fotones que emanan directamente en la correspondiente guía de luz de modo que se mejora la señal frente al ruido.

En la información confocal en foco y en la información confocal fuera del foco puede obtenerse las direcciones x-y y en la dirección z, por ejemplo, si la cámara o el módulo espacial de luz se mueve a lo largo del eje óptico (z) o proveyendo múltiples cámaras en posiciones de plano focal primario diferentes por encima y por debajo del plano focal del plano focal de iluminación.

Una modalidad alternativa provee como sigue. En la microscopía confocal convencional, la muestra es iluminada por una fuente de puntos que se amplía mediante la liu PSF en un patrón de fuente de luz distribuida en la muestra. La luz retornante resultante (tal como la luz fluorescente) que emana de la muestra tiene un patrón de sensibilidad de detección similar (PSF). Las diferencias entre los dos patrones o distribuciones, por ejemplo para la luz fluorescente, puede deberse a las desviaciones de Stokes en la luz emitida porque la luz fluorescente es de longitud de onda más larga que la luz de excitación. En imágenes confocales convencionales, estos dos patrones se multiplican entre sí para proveer una función confocal PFS: Mientras que la mayor parte de la información está en el pico central, la distribución se extiende en ambas direcciones x e y bastante significativamente.

La interacción del PSF de la iluminación con el PSF de del detector y el sistema óptico para la transmisión de la luz que emana al detector los píxeles que está detectando la luz fuera de foco es compleja. Alrededor del pico central de la distribución confocal convencional, los puntos de detección (x-z) trasladados detectan la información del frente y de los lados del pico central convencional así como de los conos del frente (pequeños z) y de atrás
(grandes z) del pico convencional. La sustracción de los datos de fuera de foco de los datos en foco genera resultados en los cuales la anchura y la longitud del pico central son mucho más pequeños que el PSF confocal convencional. En modalidades alternativas, solo los datos fuera de foco laterales son usados. En otras palabras, el PSF ha sido estrechado, lo que significa que la resolución ha sido mejorada. También, la información recogida de los conos antes y después (valore más pequeños y más largos de z) es mucho menor que en el PSF confocal convencional. Otra indicación del mejoramiento es el FWHM del PSF modificado, que es significativamente menor que el FWHM del PSF confocal convencional. Esto indica un poder e resolución especial más alto para los métodos y sistemas de la presente invención.

Una ventaja de usar la información de fuera del foco que rodea los puntos iluminados es que si el PSF cambia de localización a localización en el campo visual (el sistema no es LSI), los métodos y sistemas de la presente invención tienen más baja sensibilidad a los cambios locales en PSF. Otra ventaja es que el post-procesamiento requerido para hacer uso de lo información de fuera el foco puede ser simplificado en algunas modalidades porque puede necesitar sólo una convolución de almendra con las imágenes originales de los patrones de puntos de iluminación, y los métodos y sistemas pueden ser fácilmente reconfigurables para optimizar los aspectos deseados del PSF. Por ejemplo, si se requiere un PSF muy estrecho en la dirección x pero las direcciones y y z no son tan críticas, la información de fuera del foco puede ser usada para maximizar la resolución en el eje x a expensas de la resolución en los ejes y y z. Esto puede ser hecho dinámicamente o después de que las imágenes hayan sido adquiridas.

En microscopía de transmisión, es difícil hacer microscopía confocal porque la luz pasa a través de la totalidad de la muestra que se va a detector. Así, las mediciones localizadas del material absorbente son difíciles de hacer en muestras gruesas. Sin embargo, usando la información de fuera del foco después de una apropiada transformación logarítmica de la imágenes de puntos de iluminación originales (columna), se pueden crear PSFs modificados que tengan contenido reinformación en z localizada. Esto proporciona un PSF modificado y, si se desea, cortes en z.

En modalidades adicionales, los métodos y aparatos se usan para microscopía confocal donde el ajuste óptico del microscopio no es óptimo, lo que significa que los elementos ópticos del microscopio no están apropiadamente alineados o colocados de tal manera que las imágenes reales alcancen una calidad de imagen menor del 95% de la resolución teóricamente alcanzable para el sistema dado o donde el objeto causa artefactos ópticos significativos tales como aberraciones esféricas, debidos al método de preparación (tales como la fijación, el montaje, la tinción, la marcación).

Igual que con otros aspectos de la presente invención, estas modalidades y aspectos pueden ser implementados usando un controlador y una programación implementada por computación apropiada.

Los datos de fuera del foco pueden implicar propiedades acerca de un objeto, tales como coeficientes de dispersión y coeficientes de absorción reducidos o incrementados.

La Figura 2 ilustra una vista esquemática con vistas esquemáticas expandidas de una modalidad de doble paso donde el módulo espacial de luz 8 se emplea simultáneamente como máscara de iluminación y de detección; en la modalidad ilustrada el módulo espacial de luz 8 es una máscara dinámica. La modalidad ilustrada comprende sustancialmente los mismos componentes, más un ensamble de bloque de filtros 34 y un lente de retardamiento 36 dispuestos en el camino de la luz de iluminación/detección. El módulo espacial de luz 8 actúa como una mascara que permite la iluminación y detección selectiva de luz de los núcleos 26de las guías de luz correspondientes 28 (o patrones o grupos de guías de luz correspondientes 28) en el haz de guías de luz 14. La modalidad es denominada como de "doble paso" porque un módulo espacial de luz 8 sencillo está presente tanto en el camino de luz de iluminación (primer paso) como en el detección (segundo paso).

La modalidad de doble paso puede proveer funcionalidad adicional comparada con la modalidad de paso sencillo. Además de iluminar un núcleo 26 de una guía de luz correspondiente 28 (O uno (esto es, grupo) de tales núcleos), la modalidad de doble paso es capaz de aceptar luz emitida por el núcleo 26 de esa misma guía de luz correspondiente 28 a la vez que rechaza (o enmascara) esa luz que es emitida de una región alrededor de la guía(s) de luz. Esto permite que el módulo espacial de luz 8 y núcleos 26 de las correspondientes guías de luz 28 del haz de guías de luz, trabajando en concierto, actúen como los agujeros tanto de iluminación como de detección de un sistema confocal. En una modalidad de paso sencillo, la información de fura del foco es generalmente rechazada usando programación implementada por computación, tal como un algoritmo de software, que enmascara o remueve tal información de cada imagen adquirida por el detector. La modalidad de doble paso desvía la carga de rechazar la información de fuera del foco del software (lo que es relativamente lento e intenso en recursos) al hardware (lo que es relativamente rápido y usa menos recursos). Para varias modalidades, las imágenes confocales pueden ser producidas sumando o integrando el conjunto de distribuciones de intensidad retornados por el haz de guías de luz, conjunto que puede ser filtrado por el módulo espacial de luz en la modalidad de doble paso.

La Figura 3 provee una vista esquemática con vistas esquemáticas expandidas de un sistema de observación de doble paso donde la luz de iluminación es barrida a través del módulo espacial de luz 8 mediante un galvanómetro o un espejo de barrido x-y 38 o un dispositivo de barrido similar; el barrido también puede aplicarse a las modalidades de paso sencillo. En la figura 3, el módulo espacial de luz 8 es empleado como una máscara de iluminación y detección estática para iluminar los núcleos 26 de las correspondientes guías de luz 28 del haz de guías de luz, y luego para detectar la luz emitida solamente desde las correspondientes guías de luz 28. La mascara estática basada en el módulo espacial de luz dibujada en la Figura 3 provee ventajas sobre un dispositivo de agujero simple. Por ejemplo, un haz de guías de luz típico puede usar una estructura de empaquetado aproximadamente hexagonal. Esto hace que el espaciado centro a centro de las guías de luz varíe y la forma de cada núcleo puede ser irregular. Consecuentemente, es difícil construir [un dispositivo de agujero hexagonal espacialmente variable usando técnicas estándar de perforación con láser, por ejemplo porque la disposición de agujero necesitaría ser realineada muy frecuentemente y podría necesitar ser específica para cada haz. Construir tal máscara estática como se describe aquí, usando un modulador espacial de luz, es relativamente fácil. Esta modalidad es particularmente útil para los microscopios confocales tradicionales tales como el microscopio confocal de barrido por láser (CLSM), un microscopio de barrido en tándem (TSM) o un microscopio de disposición programable (PAM), aunque también puede ser usada con otros sistemas de observación.

Muchas de las modalidades discutidas aquí involucran el mapeo de los píxeles de un módulo espacial de luz, núcleos de guías de luz correspondientes, guías de luz adicionales y/o un detector, por ejemplo cuando el detector es un detector pixelado. La presente invención adicionalmente provee métodos y aparatos para tal mapeo, tanto como parte de otros aspectos de la presente invención y para el mapeo mismo. El mapeo también puede ser referido como un registro, particularmente cuando se refiere a la asociación de los píxeles de un módulo espacial de luz o de guías de luz en un haz de guías de luz para los píxeles de un detector pixelado. En una modalidad, un detector pixelado tal como una cámara CCD "toma fotografías" del haz de guías de luz y del módulo espacial de luz. Las "fotografías" indican la disposición especial de los píxeles (esto es, de los conmutadores ópticos) del módulo espacial de luz y núcleos de guías de luz con respecto a los píxeles del detector pixelado. Los píxeles del módulo espacial de luz y del detector pixelado son registrados entonces con los núcleos de las correspondientes guías de luz.

La Figura 4 dibuja un sistema dispuesto sustancialmente lo mismo que los sistemas de las figuras 1 a 3, desde la fuente de luz hasta el extremo proximal del haz de guías de luz. Para mapear los píxeles del módulo espacial de luz 8 en el detector pixelado 32, se reemplaza el haz de guías de luz 14 en la figura 4 con una superficie reflectiva, tal como un espejo plano (no mostrado). Enseguida, se escribe un patrón de registro sobre el módulo espacial de luz, típicamente a través de programación implementada por computación en un controlador (no mostrado)., y luego se adquiere una imagen del patrón de registro usando el detector pixelado. Esta primera imagen de registro mapea los píxeles del módulo espacial de luz en los píxeles del detector pixelado. Una segunda imagen de registro puede ser obtenida reemplazando el espejo plano con el haz de guías de luz 14 como se muestra en la Figura 4 iluminando el haz de guías de luz 14 en su extremo distal. Esto proporciona una imagen correspondiente del haz de guías de luz 14 sobre el detector pixelado. Esta segunda imagen de registro mapea los núcleos 26 de las guías de luz 15 en el haz de guías de luz 14 en los píxeles del detector pixelado. Las dos imágenes de registro pueden ser entonces combinadas para mapear el módulo espacial de luz el en haz de guías de luz. En particular, puesto que la primera imagen de registro mapea los píxeles del módulo espacial de luz en los píxeles del detector pixelado, y la segunda imagen de registro mapea los núcleos de las guías de luz en los píxeles del detector pixelado, los dos pueden ser comparados para mapear los píxeles del módulo espacial de luz en los núcleos de las guías de luz.

La Figura provee una vista esquemática con vistas esquemáticas expandidas de un sistema para el mapeo de píxeles de un modalidad 8 en una o más guías de luz 15 y para mapeo de guía de luz a guía de luz. En esta modalidad, una pluralidad de imágenes de registro, preferiblemente al menos dos o tres, se combinan para mapear los núcleos de las guías de luz en un haz de guías de luz en al menos otro haz de guías de luz, preferiblemente otros dos haces de guías de luz como en la Figura 5. En la Figura 5 el módulo espacial de luz como se describe es un dispositivo de microespejo digital. Sin embargo, también pueden ser adecuados otros módulos espaciales de luz.

Espejos (píxeles) en un dispositivo de microespejo digital pueden ser planos, inclinados +10º (lo que puede representar un estado activo), o inclinados -10º (lo que puede representar un estado inactivo). Así, cuando los espejos en el dispositivo de microespejo digital 8 son planos, o aparcados, el detector pixelado puede adquirir una imagen del Segundo haz de guías de luz 52 (el cual puede ser un haz de salida o de luz emitida). Cuando los espejos en el dispositivo de microespejo digital 8 están inclinados a +10º, el detector pixelado puede adquirir una imagen del primer haz de guías de luz 50 (que puede ser un haz de entrada o aceptación de luz). De la misma manera, cuando el dispositivo de microespejo digital está inclinado a -10º, el detector pixelado puede adquirir una imagen de un tercer haz de guías de luz 54 (que puede ser un haz de entrada o aceptación de luz). Esto provee tres mapas o registros de imágenes. El mapeo fibra-espejo-fibra puede ser determinado para cada camino óptico (por ejemplo, Segundo hag52-a-primer haz de guías de luz 509-a-tercer haz de guías de luz 54) combinando las tres imágenes de registro.

En una modalidad, el mapeo puede proceder como sigue:

1. Iluminar los núcleos de las guías de luz del segundo haz de guías de luz 52. Aparcar los espejos en el dispositivo de microespejo digital 8 y adquirir una imagen de los núcleos de la fibras usando el detector pixelado.

2. Iluminar los núcleos de las guías de luz del primer haz de guías de luz 50. Conmutar los espejos en el dispositivo de microespejo digital 8 a su estado activo de +10º y adquirir la imagen de registro usando el detector pixelado.

3. De la misma forma iluminar los núcleos de las guías de luz del tercer haz de guías de luz 54. Conmutar los espejos del dispositivo de microespejo digital a su estado inactivo -10º y adquirir una imagen usando el detector pixelado.

4. Combinar las imágenes de registro para establecer el mapeo guía de luz-módulo espacial de luz-guía de luz, como por ejemplo el mapeo guía de luz-guía de luz-guía de luz.

Así, la presente invención provee métodos y sistemas relacionados con el mapeo, incluyendo el mapeo de una guía de luz a otra, de un módulo espacial de luz a otro, de una guía de luz a un módulo espacial de luz o de un módulo espacial de luz a un objeto o detector, y combinaciones de los mismos. Generalmente, se obtiene un patrón de registro de una guía de luz, de un módulo espacial de luz o de otro artículo deseado., típicamente usando un detector pixelado u otro detector capaz de distinguir entre diferentes píxeles de incidencia de luz sobre el detector, obteniendo entonces un segundo patrón de registro de una segunda guía de luz, módulo espacial de luz u otro artículo deseado, y luego comparando los dos. En algunas modalidades el método comprende además mover una de las piezas mapeadas con respecto a la otra de tal manera que queden alineadas más cercanamente, o ajustar los píxeles en un módulo espacial de luz de intervención para proveer efectivamente una alineación mejorada, así como dispositivos para llevar a cabo tales ajustes de las piezas o píxeles mapeados.

Volviendo a otro aspecto de la presente invención, una de sus ventajas es que también puede ser usada con un haz de guías de luz no coherente. La Figura 6 provee una vista esquemática de un haz de guías de luz coherente y uno no coherente. En el haz coherente en el panel (a), la localización de las guías de luz individuales 15 en el extremo proximal del haz de guías de luz 14 es sustancialmente la misma que en le extremo distal; en el haz no coherente en el panel (b), la localización de las guías de luz 15 individuales en el extremo proximal del haz de guías de luz 14 varía desde su localización relativa en el extremo distal. Así, en el haz coherente mostrado en el panel (a), el haz de guías de luz transmite una imagen coherente de un extreme del haz a l otro. En el haz no coherente mostrado en el panel (b), las fibras iluminadas son dispuestas de tal forma que se agrupan juntas en el extremo de iluminación pero distribuidas uniformemente sobre el haz entero en el extremo de emisión. El espaciado centro a centro de las fibras iluminadas en el extremo distal, esto es, de emisión, es preferiblemente lo suficientemente grande para que las distribuciones de intensidad detectadas no se superpongan sustancialmente. Tal haz no coherente permite que un haz de guías de luz sea barrido con un punto de luz convencional (por ejemplo, con un punto generado desde un galvanómetro o un dispositivo de barrido similar) para producir un conjunto de puntos de iluminación paralelos que eviten sustancialmente sobreponerse en sus distribuciones de intensidad detectadas aun cuando los píxeles activos de la máscara de iluminación no estén adecuadamente separados. La imagen mejor puede ser construida porque los datos tomados por los píxeles del detector pixelado pueden ser reconstruidos usando el mapa creado usando los caminos de mapeo descritos aquí. Así, pueden obtenerse imágenes coherentes usando haz de guías de luz no coherentes menos costosos.

Regresando a algunos comentarios generales sobre los sistemas y focos, el extremo distal del haz de guías de luz puede ser montado en conjunción con un sistema de lentes (tales como un lente GRIN, un pequeño lente estándar o un juego de lentes, un lente en forma GRIN, un lente difractivo o cualquiera de éstos en combinación) para desmagnificar el patrón de iluminación proyectado en el tejido y magnificar la luz dispersa, la fluorescencia un otra luz emanante que va a ser detectada.

Puede ser deseable mover el plano de imagen confocal a lo largo del eje óptico del sistema de lentes del haz de guías de luz para investigar en diferentes profundidades del tejido. Esto puede llevarse a cabo, por ejemplo, montando un elemento piezo-eléctrico u otro dispositivo o material de extensión de longitud que puede estar en la forma de un cilindro u otra configuración deseada, en el extremo distal del haz de guías de luz. Cambiando el voltaje del elemento piezo-eléctrico cambia su longitud, de modo que la distancia entre el haz de guías de luz y cualquier lente(s) localizado distal al extremo distal también cambiará. Así, la posición del plano focal de la muestra o del plano del objeto en el tejido cambiaría. El elemento piezo-eléctrico podría ser colocado, por ejemplo, a lo largo del extremo distal de la guía de luz o del haz de guías de luz, entre el haz de guías de luz y el lente o entre el lente(s) y el extreme del dispositivo de observación (tal como un endoscopio), a manera de una ventana de observación.

Adicionalmente, puede ser deseable reducir la dispersión a partir de las diferencia en índice de refracción en cualquier extreme del haz de guías de luz, lo que puede reducir el contraste de la imagen y reducir la cantidad de luz transmitida o recibida del objeto. Así, en una modalidad un fluido de acoplamiento óptico con un índice de refracción similar al de los núcleos de las guías de luz en el haz y el lente(s) acopla la luz de la guía de luz en el lente y viceversa. Este ajuste de índices puede ser usado en los extremos proximal y distal del haz de guías de luz.

La presente invención también puede ser útil en la microscopía convencional y en endoscopia. Por ejemplo, un endoscopio convencional tiene un campo visual apropiado para la visualización de órganos internos. Un microendoscopio, sin embargo,. Tiene un campo visual relativamente pequeño (típicamente 100-400 \mum) para imágenes de tejido al nivel celular. Un endoscopio convencional emplea haces de guías de luz separados para iluminación y detección para alcanzar contrastes aceptables. Un microendoscopio típicamente emplea un haz de guías de luzsencillo para iluminación y detección. El método y dispositivos aquí descritos, tales como los relativos a la iluminación y detección pixel a núcleo, y el mapeo guía de luz a guía de luz, pueden ser usados con tales dispositivos convencionales para alcanzar un contraste aceptable o mejorado. Un endoscopio convencional puede por tanto ser construido de manera que requiera sólo una guía de luz sencilla o un haz de guías de luz sencillo para iluminación y detección. Esto permite que tal dispositivo tenga un diámetro externo más pequeño y tenga acceso así a partes del cuerpo que son normalmente difíciles de alcanzar.

La presente invención también puede ser usada para imágenes confocales in vivo de propiedades ópticas de tejidos usando un sistema de imágenes óptico, tal como un endoscopio rígido. Por ejemplo, puede ser empleado un segundo módulo espacial de luz en un plano de imagen conjugado de un diafragma de apertura del lente objetivo de un microscopio tradicional u otro sistema de observación para controlar los ángulos de iluminación. Puesto que la luz que entra inicialmente al tejido se propagará en su dirección inicial por al menos aproximadamente una longitud de camino libre media (un parámetro que depende del tejido u objeto), las imágenes generadas con diferentes ángulos de iluminación pueden ser combinadas para rebuscar información acerca del tejido a diferentes profundidades.

En una modalidad, al enfocar sobre la superficie del tejido usando diferentes ángulos de iluminación, esto es -450, 00 y +450 en el plano x-z, -450 y +45 en el plano y-z, y -450 y +45 en cada uno de los dos planos diagonales x-y, se genera una imagen mejorada de la superficie, Q = 00imagen - (todos los 450imágenes/# de 450imágenes) para cada patrón de puntos de iluminación. Una imagen confocal completa es la suma de todas las imágenes Q. El procedimiento inverso da una imagen que muestra más información de mayor profundidad dentro del tejido.

Así, la presente invención provee métodos y sistemas relativos a la investigación óptica de un objeto tal como un tejido, incluyendo tejido humano, así como objetos no vivientes tales como componentes de ordenadores y dispositivos apropiados para uso en otros campos industriales comprendiendo la iluminación y detección usando una guía de luz de amplio diámetro interior, capaz de transmitir un ángulo de luz, bien luz de iluminación o luz de detección, o ambas. Este aspecto puede generar imágenes mejoradas del objeto a diferentes profundidades. En una modalidad, los métodos comprenden enfocar a un nivel deseado en el objeto usando diferentes ángulos de iluminación para generar una imagen mejorada donde una imagen confocal pueda ser generada sumando sustancialmente todas las imágenes de la profundidad dada.

La presente invención también Prov. métodos para hacer y usar los dispositivos y sistemas aquí descritos, así como métodos que puedan ser aplicados a otros dispositivos y sistemas. Por ejemplo, sistemas de observación pueden ser hechos conectando ópticamente un módulo espacial de luz al extremo proximal de un haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugado que el extremo proximal tal que el módulo espacial de luz controla la localización de la luz que incide sobre el extremo proximal. El sistema de observación puede ser un endoscopio de microscopía confocal y el haz de guías de luz preferiblemente comprende al menos 100 guías de luz. En otras modalidades, el sistema de observación puede usar un guía de luz sencilla. El módulo espacial de luz puede bien estar localizado en un mismo plano de imagen que el extremo proximal, en cuyo caso el módulo espacial de luz puede controlar la localización de la luz de iluminación en la guía de luz, o el módulo espacial de luz puede estar localizado en un plano de imagen que permita que el módulo espacial de luz controle el ángulo de la luz de iluminación a medida que incide sobre el sistema de imagen óptica. Este y varios otros métodos y rasgos de la presente invención pueden ser implementados usando un controlador y una programación implementada por computación. En una modalidad, la programación fija en un estado activo píxeles del módulo espacial de luz correspondientes a los núcleos de guías de luz correspondientes en el haz de guías de luz para proveer píxeles activos y fija píxeles inactivos correspondientes a áreas inter-núcleos del haz de guías de luz apara proveer píxeles inactivos.

El sistema puede además comprender una fuente de luz ópticamente conectada para proveer luz al haz de guías de luz y un detector pixelado que recibe la luz que emana del extremo proximal del haz de guías de luz. El sistema, típicamente a través del detector, puede ser combinado con el controlador con programación implementada por computación para distinguir entre la luz que emana de las guías de luz correspondiente a los píxeles activos del módulo espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz. El sistema puede ser bien un sistema de observación de paso sencillo o un sistema de observación de doble paso, y el módulo espacial de luz puede actuar como una máscara de iluminación o de detección dinámica, o puede suministrase un escáner que controle la localización de la luz transmitida al módulo espacial de luz y sobre el extremo proximal del haz de guías de luz.

Un objeto puede ser iluminado por luz transmitida desde una fuente de luz a un extremo proximal de un haz de guías de luz a través de un módulo espacial de luz donde el módulo espacial de luz transmite la luz sustancialmente sólo a núcleos de guías de luz en el haz de guías de luz; transmitir la luz desde el extremo proximal del haz de guías de luz a un extremo distal del haz de guías de luz y emitir la luz desde le extremo distal del haz de guías de luz; e iluminar el objeto con la luz emitida desde el extremo distal del haz de guías de luz. Los métodos pueden comprender barrer un haz de luz a través del módulo espacial de luz y simultáneamente fija al menos un pixel del módulo espacial de luz que corresponda aun núcleo de una del as guías de luz a en un estado activo para proveer al menos un pixel activo y fijar otros píxeles del módulo espacial de luz en un estado inactivo, por lo cual el haz de luz es transmitido sustancialmente sólo al núcleo de la guía de luz cuando el haz de luz entra en contacto con el pixel activo y el haz de luz no es transmitido a las áreas inter-núcleo del haz de guías de luz o a guías de luz adyacentes a la guía de luz. En una modalidad, los métodos comprenden iluminar un objeto in vivo interno.

Una imagen de un objeto puede ser obtenida, por ejemplo, transmitiendo luz desde una fuente de luz a través de un módulo espacial de luz a un haz de guías de luz, luego emitiendo la luz desde un extremo distal del haz de guías de luz para iluminar el objeto y hacer así que emane luz del objeto para proveer luz emanante, colectar la luz emanante que entra en contacto con el extremo distal del haz de guías de luz; y transmitir la luz emanante a través del haz de guías de luz hasta un detector para proveer una imagen del objeto en el detector. La imagen puede ser observada, por ejemplo, por un lente ocular o por un detector pixelado y la imagen puede ser una imagen de campo amplio o confocal, u otra imagen deseable. Adicionalmente, la imagen puede ser una imagen interna de un objeto in vivo y puede ser obtenida a a través de un endoscopio.

Ejemplo

Un sistema de acuerdo con la Figura 1 fue construido para demostrar la imagen confocal a través de un haz de fibras. Un dispositivo de microespejo digital (DMD) de Texas Instruments (Dallas, TX) fue empleado como SLM por su alto contraste, alto recuento de píxeles y rápida respuesta temporal. Los microespejos DMD tienen un espaciado centro a centro de 17 \mum y un tiempo de conmutación mecánica de 15 \mus. L.J. Hornbeck, Proc. SPIE 3013, 27 (1997). Una resolución DMD de 640 x 680 con una relación de contraste completa encendido-apagado de 255:1 fue empleada en este trabajo; ahora hay disponibles dispositivos con una mayor resolución (1280x1024) y un contraste incrementado (370:1)

Una guía de imágenes Sumitomo IGN-08/30 (30,000 fibras, 2 \mum diámetro de fibra, 3 \mum de espaciado centro a centro, 0.35 NA) fue posicionada en el plano del objeto de un microscopio convencional configurado para epi-iluminación con luz reflejada. El DMD fue posicionado en el camino de iluminación del microscopio de manera que estaba conjugado con el plano del objeto. El contraste del DMD fue maximizado porque el lado de la imagen NA del objetivo del microscopio era generalmente mucho menor que el valor máximo de 0.18 sugerido por Hornbeck, Proc. SPIE: 3013, 27 (1997), para contraste óptimo. Se posicionó una cámara CCD en el plano de imagen primario del microscopio. El DMD fue iluminado uniformemente con luz azul filtrada (400-500 nm) de una lámpara de arco de mercurio EFOS (Mississauga, ON) X-Cite. El lente de objetivo L1 fue un Nikon 20X Plan Apochromat.

Los espejos del DMD y los píxeles de la CCD fueron registrados con las fibras del haz de imagen en un procedimiento de calibración de dos etapas. Primero, un espejo plano fue posicionado en el plano de objeto del microscopio (el extremo proximal del haz de imagen como se muestra en la Figura 1 fue temporalmente reemplazado con un espejo plano). Se escribió un patrón de registro en el DMD y se adquirió una imagen usando la cámara CCD. Esta primera imagen de registro fue usada para mapear los espejos del DMD y los píxeles de la CCD. El haz de imagen fue colocado entonces en el plano de objeto del microscopio e iluminado en su extremo distal. Se adquirió una imagen del haz de fibras. Esta segunda imagen de registro fue usada para mapear las fibras en el haz en los píxeles de la CCD. Tomadas juntas, las dos imágenes de registro fueron empleadas para mapear los espejos del DMD en fibras individuales. En los resultados experimentales aquí reportados, hubo, en promedio, 6 espejos mapeados en cada fibra del haz. El mapeo de espejos en fibras, para 7 fibras típicas, fue ilustrado en la mascara de iluminación de la Figura 1.

Una fibra en el haz de fibras fue iluminada activando aquellos espejos del DMD que correspondían a esa fibra. En el extremo distal de la fibra, fueron depositados los fotones de una fibra iluminada en el espécimen mediante un sistema de lentes. Este sistema de lentes de doble objetivo estaba compuesto por dos lentes Nikon Plan Achromat (20X 0.75-NA y 60X 1.40-NA inmersión en aceite) colocados respaldo con respaldo alrededor de un lente de campo para proveer una magnificación de 3X. Las estructuras en foco localizadas en el espécimen en el plano del objeto retrodispersaron los fotones a la fibra de iluminación. Las estructuras fuera de foco, por encima o por debajo del plano del objeto, retrodispersaron los fotones al conjunto de fibras adyacentes a la fibra de iluminación. Se construyó una imagen confocal salvando los fotones en foco (aquéllos que fueron retrodispersados a la misma fibra desde la cual fueron lanzados) y se descartaron los fotones de fuera del foco.

La eficiencia óptica del camino de iluminación fue determinada midiendo el poder óptico incidente sobre el extremo proximal del haz de fibras y que emitía desde su extremo distal. Cuando solo aquellos espejos asignados a núcleos de fibras individuales fueron activados, la eficiencia óptica fue del 30%. Esta eficiencia incluye pérdidas debidas a atenuación de la fibra, reflexiones de Fresnel en cada extremo del haz de fibras y cualquier desalineamiento fibra-espejo. Cuando el haz entero de fibras fue iluminado activando todos los espejos, la eficiencia óptica cayó al 19%. La eficiencia cayó bajo total iluminación porque la luz incidente sobre el material inactivo entre los núcleos de las fibras, o el material inter-núcleos, no fue eficientemente transmitido por el haz de fibras. Esta luz perdida fue bien retrodispersada, reduciendo el contraste del sistema, o acoplada en los bordes y luego bien absorbida por la envoltura de la fibra o reacoplada en una fibra cercana.

Las imágenes adquiridas por el sistema se ilustran en la Figura 7. Las partes (a) a (c) muestran imágenes convencionales (de campo amplio) de un microprocesador Intel 80486 en tres diferentes planos focales. Las imágenes confocales correspondientes se muestran en las partes (d) a (f). La distancia axial entre los niveles de foco fue de
2 \mum y la barra de escala sobre cada imagen fue de 10 \mum en longitud. Los rasgos en foco aparecen en ambos juegos de imágenes; los rasgos fuera de foco aparecen sólo en las imágenes de campo amplio y estaban en general ausentes en las imágenes confocales. La estructura de fibra era claramente visible en las imágenes de campo amplio. En el caso confocal, la estructura de fibra no era visible porque la intensidad en foco total integrada sobre el área del núcleo de cada fibra fue escrita en la imagen final como un suave punto gaussiano. Un nivel de gris promedio de 25 fue observado en los núcleos de fibras cuando se bloqueaba la señal reflejada del objeto. La estructuras en foco que hicieron que las fibras saturaran el detector de 8 bits tenían por tanto un contraste de 10;1. Contrastes mucho más altos serán obtenidos cuando el haz de fibras esté adecuadamente acoplado a los lentes objetivo usando un fluido de ajuste del índice.

La respuesta axial del sistema fue caracterizada por el traslado de un espejo plano a través del foco. La respuesta cuando se iluminó una fibra sencilla en el centro del campo se muestra en la Figura 8. El FWHM fue de 1.6 \mum. En este sistema confocal, cada fibra en el haz de imágenes provee la función de un agujero de iluminación y detección. El diámetro efectivo del agujero confocal se determine entonces por el diámetro promedio de las fibras. El diámetro normalizado del agujero, proyectado a través del sistema de lentes en el espacio del objeto, fue \nup = k d_{0} NA/M, donde k = 2\pi/\lambda d_{0} era el diámetro de la fibra, y M era la magnificación. Aquí asumimos que el diámetro del núcleo de la fibra era igual al FWHM de su distribución de intensidad, d0 \approx dFWHM = 2.5 \mum. El NA del sistema de lentes fue
3 \cdot 0.35 = 1.05 (el NA efectivo del sistema de lentes estaba limitado por el NA del haz de imágenes proyectado a través del lente). A una longitud de onda de \lambda = 450 nm, \nup = 6.11, y consecuentemente, la variación teórica de la intensidad del eje activo con desenfoque no fue descrita bien por la simple fórmula paraxial sinc(z). Un FWHM teórico de
1.07 \mum fue calculado para este sistema confocal siguiendo el método de Wilson y Carlini, Opt. Lett.:12, 227 (1987). La diferencia entre los FWHMs teórico y observado fue debida proincipalmente a la densidad fotónica no uniforme a través del agujero de la fibra. El cálculo teórico asume funciones de agujero de iluminación y detección uniformes, lo que no es cierto para un agujero de iluminación con una distribución de intensidad tipo gaussiano.

Al emplear un SLM para iluminar selectivamente fibras individuales en vez de simplemente barrer un punto sobre el haz de fibras puede mejorar la habilidad de seccionamiento óptico de un microscopio confocal de fibra óptica. En un sistema de punto barrido convencional, a medida que el punto pasa sobre la región inter-fibra (inter-núcleo) del haz de guías de luz, hasta tres fibras pueden ser iluminadas simultáneamente (asumiendo un empaquetado hexagonal de las fibras). Puesto que la intensidad del punto puede ser redistribuida a medida que la luz se propaga hacia debajo de cada una de las fibras, el diámetro de agujero efectivo puede ser incrementado por un factor de hasta dos o más. El incremento en el diámetro del agujero puede reducir la capacidad de seccionamiento óptico del sistema. Cuando las guías de luz fueron iluminadas individualmente empleando un SLM, sustancialmente solo una fibra (o fibras discretas) fue iluminada ala vez y el diámetro efectivo de agujero fue típicamente igual al diámetro de la fibra. Esto proporciona un FWHM más pequeño y un seccionamiento óptico mejorado. Además, el iluminar fibras individuales con un SLM también lleva a mayor contraste y a eficiencia óptica mejorada porque todos los fotones incidentes sobre el haz de fibras se acoplaron en un núcleo de fibra específico y muy pocos fotones fueron retrodispersados del material intersticial entre las fibras.

A partir de lo anterior, se apreciará que, aunque se han descrito aquí modalidades específicas de la invención para propósitos de ilustración, pueden hacerse diversas modificaciones sin desviarse del alcance de la invención. De acuerdo con ello, la invención no está limitada excepto por las reivindicaciones anexas.

Claims (61)

1. Un sistema de observación para controlar la luz que entra en contacto con una muestra (22), comprendiendo el sistema de observación:

un módulo espacial de luz pixelado (8) que comprende una disposición de píxeles individuales de transmisión de luz;

un haz de guías de luz (14) que tiene un extremo proximal (16) y un extremo distal (18), comprendiendo el haz de guías de luz una pluralidad de guías de luz (15) correspondiente cada una a al menos una de los píxeles individuales de transmisión de luz; y

un controlador donde está operativamente conectado el módulo espacial de luz pixelado (8) al extremo proximal (16) del haz de guías de luz (14) en un mismo plano de imagen conjugado que la muestra (22), y donde el controlador controla la localización de la luz que incide sobre el extremo proximal (16) por medio de la disposición de los píxeles individuales de transmisión de luz, haciendo así que la luz sea transmitida sólo a al menos una guía de luz correspondiente a al menos un píxel de transmisión de luz el cual está en un estado de transmisión de
luz.

2. El sistema de observación de la reivindicación 1 donde el sistema de observación comprende un endoscopio.

3. EL sistema de observación de la reivindicación 2 donde el haz de guías de luz comprende al menos 100 guías de luz y el endoscopio es un endoscopio de microscopía confocal.

4. El sistema de observación de cualquiera de las reivindicaciones 1-3 donde le módulo espacial de luz está conectado operativamente a un controlador que comprende una programación implementada por computación capaz de fijar píxeles en estado activo del módulo espacial de luz correspondientes a los núcleos de las guías de luz correspondientes en el haz de guías de luz para proveer píxeles activos y capaz de fijar píxeles en estado inactivo correspondientes alas áreas inter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos.

5. El sistema de observación de la reivindicación 4 donde una pluralidad de grupos seleccionados de los píxeles activos están en estado activo, estando espaciados los grupos seleccionados de tal manera que la luz que emana del extreme distal de una primera guía de luz correspondiente a l primer grupo seleccionado de píxeles activos no interfiere sustancialmente con la luz que emana del extreme distal de una segunda guía de luz correspondiente a un Segundo grupo seleccionado de píxeles activos, y sustancialmente todos los demás píxeles del módulo espacial de luz están en estado inactivo.

6. El sistema de observación de la reivindicación 4 ó 5 donde al menos 3 diferentes píxeles del módulo espacial de luz corresponden a cada núcleo de sustancialmente todas las guías de luz correspondientes.

7. El sistema de observación de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6 donde el sistema de observación comprende adicionalmente un detector pixelado conectado ópticamente para recibir la luz que emana del extreme proximal del haz de guías de luz y el controlador comprende además programación implementada por computación que distingue entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del módulo espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz.

8. El sistema de observación de la reivindicación 7 donde la programación implementada por computación ignora adicionalmente la luz que emana de otras guías de luz.

9. El sistema de observación de la reivindicación 7 donde el controlador comprende además prog que detecta la luz que emana de las otras guías de luz para proveer datos de fuera del foco y la programación incorpora los datos de fuera del foco con la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos para proveer una imagen mejorada.

10. El sistema de observación de la reivindicación 9 donde el controlador ajusta los datos de fuera del foco y la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos usando una distribución gaussiana 2-D.

11. El sistema de observación de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 donde el sistema de observación es un sistema de observación de paso sencillo, y el sistema de observación comprende además una fuente de luz ópticamente conectada al extremo proximal del haz de guías de luz y el módulo espacial de luz está conectado ópticamente entre la fuente de luz y el extremo proximal del haz de guías de luz.

12. El sistema de observación de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 donde el sistema de observación es un sistema de observación de doble paso, y el sistema de observación comprende además una fuente de luz y un detector que están ambos conectados ópticamente al extremo proximal del haz de guías de luz, y el módulo espacial de luz está conectado ópticamente entre a) la fuente de luz y el detector, y b) el extremo proximal del haz de guías de luz.

13. El sistema de observación de la reivindicación 11 ó 12 donde el controlador comprende además programación implementada por computación que mapea los píxeles del módulo espacial de luz con los correspondientes núcleos de las correspondientes guías de luz el haz de guías de luz para proveer un mapa que comprende los píxeles correspondientes y los píxeles no correspondientes.

14. El sistema de observación de la reivindicación 13 donde el sistema de observación comprende además un escáner que controla la localización de la luz transmitida al módulo espacial de luz y sobre el extremo proximal del haz de guías de luz, y el controlador comprende además programación implementada por computación que dirige el escáner para barrer el módulo espacial de luz y simultáneamente fija al menos uno de los píxeles correspondientes a un estado activo y fija otros píxeles del módulo espacial de luz a un estado inactivo, logrando con ello que la luz de la fuente de luz sea transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las guías de luz correspondientes.

15. El sistema de observación de la reivindicación 13 donde la fuente de luz esta ópticamente conectada al módulo espacial de luz de tal manera que la fuente de luz ilumina una porción sustancial de los píxeles del módulo espacial de luz, y el controlador comprende además programación implementada por computación que fija píxeles seleccionados correspondientes a un estado activo y fija otros píxeles del módulo espacial de luz a un estado inactivo, haciendo así que la luz de la fuente de luz sea transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las guías de luz correspondientes a los píxeles correspondientes.

16. El sistema de observación de la reivindicación 15 donde el controlador comprende además programación implementada por computación que selecciona los píxeles seleccionados correspondientes que son fijados en un estado activo tal que la luz que emana de un extreme distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer píxel correspondiente seleccionado no interfiere sustancialmente con la luz que emana del extreme distal de una segunda guía de luz correspondiente a un Segundo píxel seleccionado correspondiente y los píxeles correspondientes seleccionados que son fijados en un estado activo son variados con el tiempo de manera que sustancialmente todas las guías de luz en el haz de guías de luz son iluminadas.

17. El sistema de observación de la reivindicación 1 donde el sistema de observación está incorporado en un sistema de endoscopio flexible que provee microscopía confocal de un tejido objeto, comprendiendo el sistema un endoscopio que comprende un haz de guías de luz que comprende al menos 100 guías de luz y que tiene un extremo proximal y un extremo distal, comprendiendo el sistema además un módulo espacial de luz pixelado que está conectado ópticamente al extremo proximal del haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugado que el extremo proximal de tal manera que el módulo espacial de luz controla la localización de la luz que incide sobre el extremo proximal, y un controlador que comprende programación implementada por computación que está operativamente conectado al módulo espacial de luz y que es capaz de grupos de píxeles en estado activo del módulo espacial de luz correspondientes a núcleos de las correspondientes guías de luz en el haz de guías de luz para proveer grupos de píxeles activos y capaz de fijar píxeles en estado inactivo correspondientes a áreas inter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos.

18. El sistema de endoscopio flexible de la reivindicación 17 donde una pluralidad de los grupos seleccionados de los píxeles activos está en estado activo, estando separados los grupos seleccionados de tal manera que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente aun primer grupo seleccionado de píxeles activos no interfiere sustancialmente con la luz que emana del extremo distal de una segunda guía de luz que correspondiente a un segundo grupo seleccionado de píxeles activos, y otros píxeles del módulo espacial de luz están en estado inactivo.

19. El sistema de endoscopio flexible de la reivindicación 17 ó 18 donde al menos 3 diferentes píxeles del módulo espacial de luz corresponden a cada núcleo de sustancialmente todas las guías de luz correspondientes.

20. El sistema de endoscopio flexible de cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19 donde el endoscopio comprende además un detector pixelado ópticamente conectado para recibir la luz que emana del extreme proximal del haz de guías de luz y el controlador comprende además programación implementada por computación que distingue entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del módulo espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz.

21. El sistema de endoscopio flexible de la reivindicación 20 donde la programación implementada por computación ignora adicionalemnte la luz que emana de otras guías de luz.

22. El sistema de endoscopio flexible de la reivindicación 20 donde el controlador comprende además programación implementada por computación que detecta la luz que emana de las otras guías de luz para proveer datos de fuera del foco y la programación incorpora los datos de fuera del foco con la luz que emana del las guías de luz correspondientes a los píxeles activos para proveer una imagen mejorada.

23. Un método para hacer un sistema de observación para controlar la luz que entra en contacto con una muestra (22), comprendiendo el método:

a) proveer un módulo espacial de luz (8) pixelado que comprende una disposición de píxeles individuales para transmisión de luz;

b) proveer un haz de guías de luz (14) que tiene un extremos proximal (16) y un extreme distal (18), comprendiendo el haz de guías de luz una pluralidad de guías de luz (15) cada una correspondiente a a l menos uno de los píxeles individuales de transmisión de luz;

c) proveer un controlador al cual el módulo espacial de luz pixelado (8) esta conectado operativamente; y

d) poner el módulo espacial de luz (8) en conexión óptica con el extreme proximal (16) del haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugado que la muestra (22) tal que el controlador controle la localización de la luz que incide sobre el extremo proximal (16) por medio de la disposición de los píxeles individuales de transmisión de luz, haciendo así que la luz sea transmitida sólo a al menos una guía de luz correspondiente a al menos un píxel de transmisión de luz que está en un estado de transmisión de luz.

24. El método de la reivindicación 23 donde el sistema de observación es un endoscopio de microscopía confocal y el método comprende además proveer el haz de guías de luz que comprende al menos 100 guías de luz.

25. El método de la reivindicación 23 ó 24 donde el método comprende además conectar operativamente el módulo espacial de luz a un controlador que comprende programación implementada por computación capaz de fijar píxeles en estado activo del módulo espacial de luz correspondientes a los núcleos de las guías de luz correspondientes del haz de guías de luz para proveer píxeles activos y capaz de fijar píxeles en estado inactivo correspondientes a las áreas inter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos.

26. El método de cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25 donde el método comprende adici0onalmente conectar un detector pixelado al sistema para recibir la luz que emana del extreme proximal del haz de guías de luz y proveer además el controlador con programación implementada por computación que distingue entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del módulo espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz.

27. El método de cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26 donde el método está dirigido a hacer un sistema de observación de paso sencillo, y el método comprende además proveer una fuente de luz conectada ópticamente al extremo proximal del haz de guías de luz y colocar el módulo espacial de luz en conexión óptica entre la fuente de luz y el extremos proximal del haz de guías de luz y no en conexión óptica entre la fuente de luz y el detector
pixelado.

28. El método de cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26 donde el método está dirigido a hacer un sistema de observación de doble paso, y el método comprende además proveer una fuente de luz ópticamente conectada al extremo proximal del haz de guías de luz y colocar el módulo espacial de luz en conexión óptica entre a) la fuente de luz y el detector pixelado, y b) el extremo proximal del haz de guías de luz.

29. El método de la reivindicación 27 ó 28 donde el método comprende además un escáner que controla la localización de la luz transmitida al módulo espacial de luz y sobre el extremo proximal del haz de guías de luz, y el controlador comprende además programación implementada por computación que dirige el escáner para barrer el módulo espacial de luz y simultáneamente fija al menos uno de los píxeles correspondientes a un estado activo y fija otros píxeles del módulo espacial de luz a un estado inactivo, logrando con ello que la luz de la fuente de luz sea transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las guías de luz correspondientes.

30. El método de la reivindicación 27 ó 28 donde el método comprende además conectar ópticamente la fuente de luz al módulo espacial de luz de tal manera que la fuente de luz ilumina una porción sustancial de los píxeles del módulo espacial de luz, y el controlador comprende además programación implementada por computación que fija píxeles seleccionados correspondientes a un estado activo y fija otros píxeles del módulo espacial de luz a un estado inactivo, haciendo así que la luz de la fuente de luz sea transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las guías de luz correspondientes a los píxeles correspondientes.

31. Un método para hacer un sistema de observación de acuerdo con la reivindicación 23, conde el método comprende además hacer un sistema de endoscopio flexible que comprende:

a) proveer un módulo espacial de luz pixelado;

b) proveer un haz de guías de luz que comprende al menos 100 guías de luz que tiene un extremo proximal y un extremo distal, estando al menos el extremo distal de la guía de luz dispuesto dentro de un endoscopio;

c) colocar el módulo espacial de luz en conexión óptica con el extreme proximal del haz de guías de luz en un mismo plano de imagen conjugado que el extreme proximal, tal que el módulo espacial de luz controla la localización de la luz que incide sobre el extremo proximal; y

d) conectar operativamente un controlador que comprende programación implementada por computación al módulo espacial de luz donde el controlador es capaz de fijar grupos de píxeles en estado activo del módulo espacial de luz correspondientes a núcleos de las guías de luz correspondientes en el haz de guías de luz para proveer grupos de píxeles activos y capaz de fijar píxeles en estado inactivo correspondientes a áreas inter-núcleos del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos.

32. El método de la reivindicación 31 donde el método comprende además conectar ópticamente un detector píxelado al sistema para recibir la luz que emana del extreme proximal del haz de guías de luz y además proveer el controlador con programación implementada por computación que distingue entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a píxeles activos del módulo espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz.

33. Un método para usar el sistema de observación de acuerdo con la reivindicación 1 para iluminar un objeto que comprende:

a) transmitir luz desde una fuente de luz (4) al extremo proximal del haz de guías de luz a través del módulo espacial de luz pixelado donde el módulo espacial de luz transmite la luz sustancialmente sólo a núcleos de guías de luz en el haz de guías de luz;

b) transmitir la luz desde el extreme proximal del haz de guías de luz al extreme distal del haz de guías de luz; e

c) iluminar el objeto con la luz emitida desde el extremo distal del haz de guías de luz.

34. El método de la reivindicación 33 donde el método comprende barrer un haz de luz a través del módulo espacial de luz y simultáneamente al menos fijar un píxel del módulo espacial de luz correspondiente a un núcleo de las guías de luz en un estado activo para proveer al menos un píxel activo y fijar otros píxeles del módulo espacial de luz en un estado inactivo, por lo cual el haz de luz es transmitido sustancialmente sólo al núcleo de la guía de luz cuando el haz de luz entra en contacto con el píxel activo y el haz de luz no es transmitido a las áreas inter-núcleo del haz de guías de luz o a las guías de luz adyacentes a la guía de luz.

35. El método de la reivindicación 34 donde el haz de luz es un haz de láser.

36. El método de la reivindicación 34 donde el método comprende barrer el haz de luz a través sustancialmente de todos los píxeles que se fijan en estado activo en el tiempo de tal manera que sustancialmente todas las guías de luz en el haz de guías de luz son iluminadas, iluminando por tanto sustancialmente todo el objeto con un campo de visión del haz de guías de luz sin mover el haz de guías de luz.

37. El método de la reivindicación 33 donde el método comprende conectar ópticamente la fuente de luz al módulo espacial de luz de suerte que la fuente de luz ilumine una porción sustancial de los píxeles del módulo espacial de luz, y fijar píxeles seleccionados correspondientes a un estado activo y fijar otros píxeles del módulo espacial de luz en un estado inactivo de manera que la luz de la fuente de luz es transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de las guías de luz correspondientes a los píxeles correspondientes.

38. El método de la reivindicación 37 donde el método comprende variar los píxeles seleccionados correspondientes que son fijados en un estado activo con el tiempo de forma que todas las guías de luz en el haz de guías de luz sean iluminadas, iluminando por tanto todo el objeto con un campo de visión del haz de guías de luz sin mover el haz de guías de luz.

39. El método de las reivindicaciones 37 ó 38 donde el método comprende seleccionar los píxeles seleccionados correspondientes que están fijados en u estado activo de manera que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer píxel seleccionado correspondiente no interfiera sustancialmente con la luz que emana de un extremo distal de una segunda guía de luz correspondiente a un segundo píxel seleccionado correspondiente.

40. El método de cualquiera de las reivindicaciones 33 a 38 donde el método comprende fijar a l menos 3 píxeles diferentes del módulo espacial de luz para que correspondan con cada núcleo de sustancialmente todas las guías de luz correspondientes.

41. El método de la reivindicación 39 donde el método comprende fijar al menos 3 píxeles diferentes del módulo espacial de luz para que correspondan a cada núcleo de sustancialmente todas las guías de luz correspondientes.

42. El método de cualquiera de las reivindicaciones 33 a 41 donde el método comprende iluminar un objetivo interno in vivo.

43. Un método para usar el sistema de observación de acuerdo con la reivindicación 1 para obtener una imagen de un objeto que comprende:

a) transmitir luz desde una fuente de luz (4) a través del módulo espacial de luz pixelado al haz de guías de luz, luego emitir la luz del extremo distal del haz de guías de luz para iluminar el objeto y hacer así que la luz emane del objeto para producir luz emanante;

b) colectar la luz emanante que entra en contacto con el extremo distal del haz de guías de luz; y

c) transmitir la luz emanante a través del haz de guías de luz a un detector para proveer una imagen del objeto en el detector.

44. El método de la reivindicación 43 donde el detector comprende un lente ocular.

45. El método de la reivindicación 43 ó 44 donde el detector comprende un detector pixelado.

46. El método de la reivindicación 43 donde el método comprende obtener una imagen confocal.

47. El método de la reivindicación 44 donde el método comprende obtener una imagen confocal.

48. El método de la reivindicación 45 donde el método comprende obtener una imagen confocal.

49. El método de la reivindicación 46 donde el haz de guías de luz comprende al menos 100 guías de luz.

50. El método de cualquiera de las reivindicaciones 43 a 49 donde el método comprende fijar píxeles en estado activo del módulo espacial de luz correspondientes a núcleos de las correspondientes guías de luz en el haz de guías de luz para proveer píxeles activos y fijar píxeles en estado inactivo correspondientes a áreas inter-núcleo del haz de guías de luz para proveer píxeles inactivos.

51. El método de la reivindicación 50 done el método comprende fijar una pluralidad de grupos seleccionados de píxeles activos en estado activo donde los grupos seleccionados están separados de tal manera que la luz que emana del extremo distal de una primera guía de luz correspondiente a un primer grupo seleccionado de píxeles activos no interfiere sustancialmente en el objeto con la luz que emana del extremo distal de al menos una segunda guía de luz correspondiente a al menos un segundo grupo seleccionado de píxeles activos, y sustancialmente todos los demás píxeles del módulo espacial de luz están en estado inactivo.

52. El método de la reivindicación 50 ó 51 donde al menos 3 diferentes píxeles del módulo espacial de luz corresponden a cada núcleo de sustancialmente todas las guías de luz correspondientes.

53. El método de cualquiera de las reivindicaciones 43 a 52 donde el método comprende además distinguir entre la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del módulo espacial de luz y la luz que emana de otras guías de luz.

54. El método de la reivindicación 53 donde el método comprende además ignorar la luz que emana de otras guías de luz.

55. El método de la reivindicación 53 donde el método comprende además evaluar la luz que emana de las demás guías de luz para proveer datos de fuera de foco e incorporar los datos de fuera de foco con la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos para proveer una imagen mejorada.

56. El método de la reivindicación 55 donde el método comprende además ajustar los datos de fuera de foco con la luz que emana de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos de acuerdo con una distribución gaussiana 2-D.

57. El método de cualquiera de las reivindicaciones 43 a 56 donde el método comprende transmitir la luz que pasa por el módulo espacial de luz sólo en un camino de luz de iluminación para proveer un sistema de observación de paso sencillo tal que el módulo espacial de luz actúa como una máscara de iluminación tal que la luz de iluminación es transmitida sustancialmente sólo a los núcleos de guía de luz de las guías de luz correspondientes a los píxeles activos del módulo espacial de luz.

58. El método de cualquiera de las reivindicaciones 43 a 56 donde el método comprende transmitir la luz que pasa por el módulo espacial de luz tanto en un camino de luz de iluminación como en un camino de luz de detección para proveer un sistema de observación de doble paso, de modo que el módulo espacial de luz actúa como una máscara de iluminación de tal forma que la luz de iluminación es transmitida sustancialmente sólo a las guías de luz correspondientes y como máscara de detección que sustancialmente evita que luz de guías de luz diferentes de las guías de luz correspondientes alcancen el detector.

59. El método de cualquiera de las reivindicaciones 43 a 58 donde el método comprende mapear píxeles del módulo espacial de luz a núcleos correspondientes de guías de luz correspondientes en el haz de guías de luz para proveer un mapa que comprende píxeles correspondientes y píxeles no correspondientes.

60. El método de cualquiera de las reivindicaciones 43 a 59 donde el método comprende obtener una imagen de un objeto interno in vivo.

61. El método de cualquiera de las reivindicaciones 43 a 60 donde la imagen es obtenida a través de un endoscopio.