JP2006525494A

JP2006525494A - リアルタイムの同時的マルチモードイメージングとその分光学的用途

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Publication number: JP2006525494A
Application number: JP2006504137A
Authority: JP
Inventors: ゼン、ハイシャン; ペテック、ミリャン; パルシック、ブランコ; ファーガソン、ゲイリー、ダブリュー．
Original assignee: パーセプトロニックス・メディカル・インコーポレイテッド; ブリティッシュコロンビアキャンサーエージェンシー
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2006-11-09
Also published as: CN100569177C; CN1802122A; EP1626652A2; CA2524000A1; WO2004098398A2; WO2004098398A3; US20040225222A1

Abstract

本発明は、リアルタイム（ビデオレート）のマルチモードのイメージング（例えば、白色光リフレクタンス、天然組織自己蛍光、および近赤外線イメージの内視鏡による同時測定など）のための、光学装置、方法、および用途を有している。これらの原理は、顕微鏡、内視鏡、望遠鏡、カメラなどのような様々な光学装置に適用し、惑星、植物、岩、動物、細胞、組織、タンパク質、ＤＮＡ、半導体などの対象物における光交互作用を観察または分析してよい。マルチバンドスペクトルイメージにより、肺組織の表面構造のような形態学的データを提供でき、一方で、化学構造、サブ構造およびその他の性質が、発光または蛍光などの対象物（すなわち、視覚化を拡張するために使用される染料、薬物、治療剤、もしくはその他の剤などの内因性化学物質または外因性物質）から放射（発光）されるリフレクタンスまたは光に関連したスペクトル信号から推測される。したがって、本発明の１つの実施態様は、白色光リフレクタンスと蛍光のイメージングの同時のものについて論じている。別の実施態様は、別の反射イメージング様式（近ＩＲスペクトルにおけるもの）の付与について述べている。入力（照射）スペクトル、光変調、光学的処理、対象物の交互作用、出力スペクトル、検出器の構成、同期化、イメージ処理、および、表示が様々な用途のために論じられている。

Description

発明の分野
顕微鏡、内視鏡、望遠鏡、カメラなど、様々な光学装置が、惑星、植物、岩、動物、細胞、組織、タンパク質、ＤＮＡ、半導体などの対象物との光の相互作用を観察または分析するのをサポートしている。或るマルチバンド・スペクトル・イメージは、肺組織の表面構造のような形態学的データを提供し、また別のマルチバンド・スペクトル・イメージは、化学構造、サブ構造および／またはその他のターゲット対象物の性質（それらは、反射されたまたは発光した光のマルチバンド・スペクトル・イメージから測定されうる）に関する情報を提供できる。ルミネセンスまたは蛍光(fluorescence)といったこれらの発光イメージは、視覚化を強めるために採用される染料、薬、治療剤、またはその他の薬品(agents)などの外因性物質または内因性化学物質の評価を示し、評価するための手段を与える。

医用描写法（メディカルイメージング）の分野では、より具体的には内視鏡検査の分野では、反射された白色光、天然組織の自己蛍光(autofluorescence)、ルミネセンス、化学発光、近赤外線リフレクタンス、およびその他のスペクトルが、組織を視覚化するための、そして診断情報を集めるための手段を提供する。組織形態の視覚化に加えて、電磁スペクトルの様々な部分における光相互作用が、化学情報を集めるために用いられてきた。内視鏡検査のための３つの一般的なリアルタイム・イメージングの様式（モダリティ）には、その重要なものとして、白色光反射イメージング(white-light reflectance imaging)、蛍光発光(fluorescence emission)、および近赤外反射イメージング(near infrared reflectance imaging)の様式が含まれている。

内視鏡検査においては、表面モルフォロジーを観察し、ランドマークを確立し、そして外観に基いて内部器官を評価するために、従来の白色光イメージングが用いられている。呼吸器および胃腸管を観察することへの適用は充分に確立されている。蛍光イメージングは、より最近に発展したものであり、組織の自己蛍光の性質を用いて、早期癌を検出するために適用されている。同様に、例えば、様々な天然および誘導された化学作用の観察（例えば、組織をタンパク質で標識付け(labeling)すること）が、蛍光イメージングを用いて達成されてきている。近赤外線を用いて、健康な組織および病的な組織における、組織の酸素化(tissue oxygenation)および低酸素状態を測定することができる。あるいは、蛍光標識をつけた(fluorescently-tagged)モノクローナル抗体を用いて、特定の細胞タンパク質を標識付けし、次いで光学的に検出および／または測定することもできる。

現在、これらのイメージング様式(imaging modalities)のそれぞれを用いて、データをリアルタイムにてビデオレートで集める、方法やデバイスの構成が存在する。しかしながら、イメージングのためには、異なる様式からのそのリアルタイムの情報は、順次的にまたは部分的に利用可能なのであって、同時的には利用可能ではなかった。

本明細書で用いられる「マルチモードの（multimodal）」とは、少なくとも２つのイメージングモードを意味し、それらモードは、それらの照明(illumination)のスペクトル帯域において、または、それらの検出のスペクトル帯域において、または、その両方において、異なるものである。

本明細書で用いられる「光変調器」とは、波長を変えるための、および／または、強度を変えるための、および／または、電磁放射線の様々なスペクトルを時間ゲート操作するための、光学および／または電気光学デバイスを組み合わせたものであるか、または１つのデバイスを意味する。機械または電気コントロール下の、様々なフィルター、フィルターホイール、レンズ、ミラー、マイクロミラーアレー、液晶、またはその他のデバイスを、単独もしくは組み合わせて使用し、かかる光変調器を構成してもよい。本発明の特定の実施態様では、２つの光変調器を用いており、１つは、対象物とのインテロゲート(interrogate)または相互作用(interact)をするために用いられる光源スペクトルを変調することに関連している。従って、源照明の変調は、コントロールされた様式で１つ以上の照明源をスイッチングする（ゲート操作する）ような、または、上述のデバイスで光変調を達成するようなぐらいに、単純(simple)になりうる。第二の変調器は、対象物との相互作用の後で、返ってきた光を処理するために用いられる。該第二の光変調器は、イメージング光セグメントを分割(split)してそれらを様々な検出器に向かわせる働きをし、例えば、ムービングミラー、フィルターホイールの一部としての回転ミラー、またはデジタル・マルチミラーデバイス（ＤＭＤ）から成るものであってもよい。検出器は、ＣＣＤセンサーを伴うカメラなどのイメージングデバイスであってもよく、またはこれらのセンサーは分光器(spectrometers)を含んでいてもよい。インビボ(in vivo)での内視鏡使用など、場合によっては、源照明の相互作用が肺組織との相互作用であってもよく、返ってきた光が、様々の反射したスペクトルおよび再発光したスペクトルを含んでいてもよい。

本明細書で用いられる「コントロール」および「同期化（synchronization）」とは、光変調器および／または電磁放射線源および／または検出器に対する、例えばリアルタイムのビデオレートでのコントロールを提供すること、および、さらに、所望の期間(time periods)に対して所望の光源スペクトルを発生させ、様々なスペクトルのイメージ信号を、同時に、処理（例えば、増幅、希釈、分割、ゲート）および検出する手段を提供するためのそれらのコンポーネントの稼動を同期させることを意味する。ある実施態様では、比較的タイトなコントロールおよび同期化が求められ、別の実施態様では、返ってきた信号自体がコーディネートのために用いられうる。例えば、コントロールおよび同期化のための情報を提供するために、それらの強度または波長を用いてもよい。

これと同時に、観察および分析に加え、フォトダイナミック・セラピー（ＰＤＴ）のような治療が送達およびモニターされるように、光の選択されたスペクトルが、特定の感光性化学物質を刺激するように向けられてもよい。

先行技術は、白色光イメージング（代表的なスペクトル範囲４００ｎｍから４５０ｎｍ）、蛍光イメージング（例えば、４００ｎｍから４５０ｎｍまでの青色光で誘導され、４７０ｎｍから７００ｎｍの範囲で再発光した、組織の自己蛍光）、および近赤外線イメージ（７００ｎｍから８００ｎｍのスペクトル範囲またはそれを超えたもの、および／または、これらの範囲内にある特定のスペクトルを有するもの）、および／または、スペクトル信号と組み合わせられたイメージングの様式を、順番に提供する手段について述べているが、これら様々なイメージングモードを、ビデオレートで、同時に提供する装置および方法に対する必要性が残ったままである。本発明はこの要求を満たすものである。

先行技術の要約
米国特許Ｎｏ．６，３６４，８２９、Fulghum、タイトル「内視鏡検査のための自己蛍光イメージングシステム(Autofluorescence imaging system for endoscopy)」は、可視光線（微小な自己蛍光を含む）および紫外線（組織の自己蛍光を誘導できるもの）の両方を提供する広帯域光源を論じている。イメージは、例えば、単一のイメージング検出器によって内視鏡の先端部で検出され、光源照明スペクトル間でのエレクトロニクス的なスイッチングのために設備が作られている。様々な光源、フィルターホイール、シャッター、ミラー、ダイクロイックミラー、スペクトル、光源、強度およびタイミングダイアグラムが提供されており、そのために、この先行技術は参照することにより含まれる。

米国特許Ｎｏ．６，１４８，２２７、Wagnieres、タイトル「蛍光を放つ生体組織領域の記録を具備する写真のための診断装置(Diagnosis apparatus for the picture providing recording of fluorescing biological tissue regions)」は、蛍光イメージングのための、照明スペクトルおよび成分について論じている。１つの実施態様では、赤色および緑色の成分が、独立した信号処理を伴って、ＣＣＤの別個の部位に向けられている。

米国特許Ｎｏ．６，０６１，５９１、Freitag、タイトル「蛍光観察によって悪性組織を診断するための装置と方法(Arrangement and method for diagnosing malignant tissue by fluorescence observation)」は、ストローブされた白色光照明光源および蛍光を誘導するためのレーザーについて論じている。また、所望の蛍光スペクトルが分離されてもよく、シングルランプ（例えば、水銀−キセノン・アークランプ）から提供されてもよい。フィルターホイール（赤色、緑色および青色フィルター、ならびに蛍光を赤色および緑色成分へ分割するフィルターを有するもの）およびタイミング要件についても論じられている。白色光イメージおよび蛍光の測定は、両方ともモニターにディスプレイされるが、順番に行われる。本発明のために意図される光源と同様のものが、様々の図面に記載されている。

Fulghumで述べられているシステムは、１０Ｈｚまでまたはそれ以上の表示レートにて、白色光と蛍光の視覚化方法を交互に切り替えることができる。その他の先行技術とは異なり（例えば、以下に記載される米国特許Ｎｏ．５，６４７，３６８）、ノーマルな可視光線イメージング（フルカラーにおけるもの）と、蛍光イメージングとの間でのスイッチングは、オペレーターによる物理的な変調（スイッチング）よりはむしろエレクトロニクス的なスイッチによって達成される。この先行技術はまた、内視鏡の端部に配置された、紫外線から深い紫の波長における蛍光励起光、ならびに、窒化ガリウムレーザーダイオードおよびＵＶ用水銀アークランプ（これらも本発明の様々な実施態様の照明源として考えられる）について論じている。さらに興味深いことに、Fulghumは、内視鏡の限界、およびより具体的には光ファイバーのＵＶ伝達性質に関する限界について論じている。これらの限界のいくつかは、２００２年８月２３日頃に提出された同時係属中の米国出願Ｎｏ．１０／２２６，４０６、Ferguson / Zeng、タイトル「非コヒーレント光ファイバー装置およびイメージング方法(Non-coherent fiber optic apparatus and imaging method)」に述べられている。

米国特許Ｎｏ．６，０１９，７１９、Schulz、タイトル「充分にオートクレーブ処理可能な電子内視鏡(Fully autclavable electronic endoscope)」は、イメージングのためのエンドスコープの末端に配置された、オブジェクトレンズ、結晶フィルター、赤外線フィルターおよびＣＣＤチップについて論じている。

米国特許Ｎｏ．５，９３０，４２４、Heimberger、タイトル「光ファイバーケーブルを内視鏡の光ファイバー接続部に接続するためのデバイス(Device for connecting a fiber optic cable to the fiber optic connection of an endoscope)」は、光源を内視鏡へといったようなカップリングデバイスの様々な態様を論じている。

米国特許Ｎｏ．５，９２６，１２３、Hafele、タイトル「ビデオカメラによって記録されたカラー写真の階調を補正するためのデバイス(Device for correcting the tone of color pictures recorded by a video camera)」では、内視鏡カメラなどが、階調補正を作動させるロータロートランスデューサーとともに論じられている。カラー補正、キャリブレーションまたはノーマライゼーションがイメージデータからの量子化およびイメージの比較のために有効であり、本発明の様々な実施態様で考慮される。

米国特許Ｎｏ．５，８２７，１９０、Palcic、タイトル「一体的なＣＣＤセンザーを有する内視鏡(Endoscope having an integrated CCDsensor)」は、組織および組織疾患に付随する様々な信号を測定するための照明光源およびセンサーについて論じている。

米国特許Ｎｏ．５，６４７，３６８、Zeng、タイトル「胃腸および呼吸器官において固有の蛍光を用い疾患組織を検出するためのイメージングシステム(Imaging system for detecting diseased tissue using native fluorescence in the gastrointestinal and respiratory tract)」は、とりわけ、白色光を提供するための水銀アークランプの使用、ならびに異常または疾患のある組織における効果を検出および識別するための、内視鏡を用いた蛍光イメージングについて論じている。

米国特許Ｎｏ．５，５９０，６６０、MacAulay、タイトル「一体的な自己蛍光を用いて疾患のある組織をイメージングするための装置および方法(Apparatus and method for imaging diseased tissue using integrated autofluorescence)」は、疾患のある組織のイメージングに用いるための、光源要件、光学センサー、およびバックグランドイメージを提供し、自己蛍光イメージをノーマライズするための手段について論じている。

米国特許Ｎｏ．５，７６９，７９２、Palcic、タイトル「疾患のある組織のための内視鏡検査イメージングシステム(Endoscopic imaging system for diseased tissue)」はさらに、自己蛍光のスペクトル強度バンド（これは正常組織と疾患のある組織では異なる）からの情報を抽出するための光源および手段について論じている。

また、２０００年１２月１９日頃に提出された、同時係属中の米国特許出願Ｎｏ．０９／７４１，７３１、Zeng、タイトル「蛍光および反射イメージングおよび分光のための、および複数の測定デバイスを用いた電磁放射線の同時測定のための、方法と装置(Method and apparatus for fluorescence and reflectance imaging and spectroscopy and for contemporaneous measurements of electromagnetic radiation with multiple measuring devices)」（米国公報Ｎｏ．２００２／０１０３４３９の一部継続）では、１つのモードのイメージと分光とを同時に提供する同時方法について論じているが、複数のイメージングおよび付随する分光の様式は順次的である。本発明では、マルチモードイメージングを様々な所望の波長で同時に行うことについて方法を記載している。Zengの先行技術とは異なり、Zengの発明は、波長スペクトルのイメージや測定を提供することを目的としておらず、代わりに、同時のマルチモードのイメージングを提供することを目的としている。本発明では、規定のスペクトルにおける全イメージは、ディスプレイおよび分析のために検出され、また用いられる。

米国特許Ｎｏ．５，９９９，８４４、Gombrich、タイトル「自己蛍光を用いて疾患のある組織をイメージングしかつサンプリングするための方法と装置(Method and apparatus for imaging and sampling diseased tissue using autofluorescence)」は、励起光を受け取る複数のイメージ検出器、ならびに別個のコンパートメントまたはキャプティブユニットにバイオプシーを置くことについて論じている。

米国特許Ｎｏ．６，２１２，４２５、Irion、タイトル「フォトダイナミック診断のための装置(Apparatus for photodynamic diagnosis)」は、光誘起反応または内部蛍光を用いて、例えば、治療目的のために疾患のある組織を検出したり光を送達したりするため、あるいは化合物を刺激して治療するための内視鏡イメージングについて論じている。

米国特許Ｎｏ．４，８８４，１３３、Kanno、タイトル「内視鏡光源装置(Endoscope light source appratus)」は、光源、光ガイド、およびこれらのエレメントを内視鏡に使用するためのコントロールについて論じている。

米国特許Ｎｏ．５，７４９，８３０、Kaneko、タイトル「蛍光内視鏡装置(Fluorescent endoscope appratus)」は、２つの光源について論じている。１つ目（例えば、ランプ）は白色光について、２つ目（例えば、ヘリウム・カドミウムレーザー）は蛍光についてであり、インテロゲーティング(interrogating)スペクトルを提供する。Kanekoの‘８３０は、さらに、シングル検出器の経路においたフィルターを使用する。マルチモードイメージングのため、フィルターホイールは複数のフィルター（例えば、図４aにおいては３、図４ｂにおいては５）を有する。これらは２つのイメージング様式（図７の１１０）のディスプレイを例示するが、同時のリアルタイムマルチモードイメージングについては論じていない。この先行技術は、本発明で用いられる幅広い範囲の事項（例えば、光源を組み合わせること、同期化およびフィルターホイール）について論じているので、‘８３０は言及することにより本発明に含まれる。

内視鏡およびイメージングアプリケーションは、同時係属中の米国出願Ｎｏ．１０／２２６，４０６、Gerguson / Zeng、タイトル「Non-coherent fiber optic apparatus and imaging method」においてさらに論じられている。これは、とりわけ、内視鏡のようなファイバー光学デバイスのいくつかの現存する制限を克服するための装置について論じている。

発明の要旨および目的
本発明は、ターゲット対象物の同時のマルチモードスペクトルイメージを提供することによって、上記の問題を解決する。ターゲットに向ける放射線または照明は、変調されて、異なる波長の放射線のセグメントを与える、例えば、白色、緑色、青色、赤色、および近赤外の光のセグメントを交互にしたものである。ターゲット対象物は、反射および再放出した（例えば、蛍光を発した）光を返し、該光は、さらに変調されて、その返った光を、異なる波長に対応するセグメントに分割される。その返った放射線は、処理されることができ、表示されることができ、そして分析されることができる。

図面および好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、異なる形態における実施態様に対応可能であるが、特定の実施態様が図面に示され、本明細書に詳細に記載されている。この開示が本発明の原理の例示としてみなされ、本発明を本明細書に例示および記載されたものに限定するものではないことは理解されるであろう。

内視鏡検査および内視鏡の装置は、組織照明(tissue illumination)と、生成された信号（反射した光および／または発光スペクトルを含む）に関して記載されかつ区別されうる。

図１（先行技術）は、白色光および蛍光の判定のために用いられる代表的なスペクトルを示している。スペクトル０１００は、代表的に用いられる照明の広い範囲(broad range)を示している。かかる照明は、先行技術においてさらに本願において述べられたような、単一光源または複数の組み合わせられた光源によって提供される。

スペクトル１１０１は、代表的な白色光（広帯域）照明スペクトルを示している。様々な照明光源（ランプなど）が、広帯域照明を発生させるのに利用可能であり、例えば、米国特許Ｎｏ．６，３６４，８２９（Fulghum）が所望の照明について論じている。スペクトル１１０１で示されている照明は、ターゲット組織と相互作用し得、該組織は、スペクトル２１０２で示されている代表的な白色光信号（リフレクタンス）のような反射した光を、実質的に光源と同じスペクトル範囲で、しかし、入射照明に比べて減衰させて与える。そのような減衰は、スペクトル２１０２で観察されるように、組織吸収、血液の存在およびその他の要因に基づいて選択的なものとなり得る。

スペクトル３１０３は、組織蛍光(tissue fluorescence)を励起するように意図された代表的な短波長（例えば、青色光）を表している。代表的な返された信号スペクトル４１０４は、２つの成分(component)を有し、それは、組織反射(tissue reflectance)成分１０４Ｒ（これは通常は用いられない）と、組織蛍光発光信号１０４Ｅである。反射（リフレクタンス）成分は、多くの場合、ブロックされるかフィルターで除外され、蛍光検出に干渉しないようになっている。

従って、組織蛍光を励起するためには、狭い照明帯域が好ましい。狭帯域は、広帯域の照明から分離してもよく、または、ＬＥＤやレーザーのような狭帯域光源によって提供してもよい。スペクトル５１０５に例示するような代表的なＵＶ照明は、スペクトル６１０６で示されるようなスペクトルを生成する組織自己蛍光を励起する。この場合も同様に、反射（リフレクタンス）成分１０６Ｒは、通常は用いられない。スペクトル７１０７に例示される赤色／近赤外における代表的な照明は、スペクトル８１０８に示すような反射成分を与える。

さらに、照明スペクトルは、組み合わせて有利に用いてもよい。例えば、スペクトル９１０９に示される代表的な照明、青色光に赤色／近赤外光を加えたものは、スペクトル１０１１０に示すような信号スペクトルを生成する。これらのスペクトル（０から１０）は、様々な図面の説明において参照する。

図２ａおよび２ｂ（先行技術）は、米国特許Ｎｏ．５，４１３，１０８、Alfano、タイトル「組織サンプルをマッピングし、その異なる領域を、癌を示す固有の蛍光体の蛍光測定に基いて区別するための方法と装置(Method and apparatus for mapping a tissue sample for and distinguishing different regions thereof based on luminescence measurement of cancer-indicative native fluorophor)」、および、米国特許Ｎｏ．６，０９１，９８５、Alfano、タイトル「固有の蛍光の励起分光法を用いた、組織および／または細胞における癌および前癌状態の検出(Detection of cancer and precancerous conditions in tissues and/or cells using native fluorescence excitation spectroscopy)」を包含する内視鏡イメージング原理を記載および表示している。これらの特許は言及することにより本発明に含まれる。すでに述べたように、これらの原理は、顕微鏡、カメラ、望遠鏡などのようなその他の光学システムに適用することができ、また米国特許Ｎｏ．６，０８０，５８４、Alfano、タイトル「固有の蛍光の分光法を用いた、スミアーの癌および全癌状態の細胞の存在を検出するための方法と装置(Method and apparatus for detecting the presence of cancerous and precancerouscells in a smear using native fluorescence spectroscopy)」に記載されている。この Alfano の先行技術は、言及により本発明に含まれる。

従って、図２ａは白色光、反射および発光の内視鏡検査を、入力スペクトル２１２（照明）および出力信号スペクトル２１４の観点から、概要的に例示している。ここで、入力および出力は、インジケータ線２１０によって表されている。第一の照明２０１、λ１−Ｉは、ＵＶ帯域で選択され、組織自己蛍光（例えば、図１に関連して述べたスペクトル５）を誘導する。結果として生じる組織発光スペクトル２５１は、青色／緑色の帯域に発生し、さらにλ１−Ｅ（例えば、図１におけるスペクトル６の１０６Ｅ）として認識される。インテロゲーティング照明２０１を用いると、正常組織と疾患のある組織の発光信号強度は同様である。これはさらに正常組織２２１および疾患組織２２６の特性曲線によって示されている。組織発光（自己蛍光）の、第一の代表的な（参照）イメージは、代表的に時間間隔Ｔ１中に得られる。

図２ｂは入力スペクトル２１６および信号スペクトル２１８を示す。時間間隔Ｔ２中、第二のインテロゲーティング照明２０２、ＵＶ／青色域におけるλ２−Ｉは、組織を照らして自己蛍光を励起する（例えば、図１に付随して記載されているスペクトル３）。結果として生じる組織発光スペクトル２５２（さらに、λ２−Ｅ（発光）として認識される）が、再び青色／緑色域に発生する。これらの状況下で、測定可能な差異が、正常組織２２２、疾患組織２２７の、特性曲線同士の間に観察される。組織イメージは、この間隔Ｔ２中に得られる。Ｔ１中に得られた第一の（参照）イメージと、Ｔ２中に得られた第二のイメージとの間の比率および／または差異は、診断情報を正規化し処理し抽出するための基礎を提供する。かかる構成の１つの利点は、イメージが順次得られるため、単一のイメージセンサーを用いて達成できうることである。さらに、２つの組織自己蛍光イメージが同じ全般的なスペクトル範囲（２５１、２５２は両方青色／緑色）で生み出されるため、それらを光学手段によって空間に分離することができず、そのため、示したようにタイムドメイン（Ｔ１およびＴ２）に分割される。様々な制限のため、例えば、器官やターゲット組織（例えば、肺）の呼吸や動作のため、シフトするかもしれない２つのイメージをレジスター（ピクセル位置合わせ）することは、より難しくなる。

図３（先行技術）は、順次的(sequential)な白色光および蛍光の内視鏡検査のために用いられる蛍光モードを例示しており、それは、米国特許Ｎｏ．５，６４７，３６８、Zeng、タイトル「胃腸および呼吸器官において固有の蛍光を用い疾患組織を検出するためのイメージングシステム(Imaging system for detecting diseased tissue using native fluorescence in the gastrointestinal and respiratory tract)」、およびさらに、米国特許Ｎｏ．６，４６２，７７０、Cline、タイトル「内視鏡検査の反射および蛍光のための自動ゲイン制御を有するイメージングシステム(Imaging system with automatic gain control for reflectance and fluorescence endoscopy)」で論じられているものである。これからさらに記載されるように、Zengの‘３６８は、代表的には、２つの照明光源を使用して、図１で論じたようなスペクトル１およびスペクトル３などの、順次的な照明スペクトルを提供する。

図３は、蛍光イメージングモードのための、ライン３１０より上の入力スペクトル３１２と、ライン３１０より下の出力スペクトル３１４とを示している。さらに、λ１−Ｉとラベルされた入力スペクトル３１２は、図１で論じたようなスペクトル３などの青色光を提供し、組織蛍光を励起する。さらに、λ１−Ｅとして認識される組織発光３５１は、緑色帯域で生じ、また、正常組織３０１、疾患組織３０７の、代表的な組織の特性曲線も示されている。Zeng の‘３６８では、例えば、広帯域の白色光源をターンオフし、上述のような青色光源をターンオンすることにより、光変調が達成される。また、本発明の図５と共に説明するように、白色光反射または蛍光発光のいずれか一方を、所望の検出器に導くようなミラーを挿入あるいは置換することによって、光変調の第二の形態が提供される。従って、本発明の１つの目的は、照明スペクトルをビデオレートでスイッチする手段を提供し、そして、イメージのディレクションとキャプチャーとを調整（コーディネート）することである。このようなスイッチングを高速(high rate)で物理的に達成することは可能かもしれないが、延長された期間にわたってこのスイッチングを再現可能に維持することは、先行技術の範疇を超えており、本明細書にて意図されているようなマルチモード同時イメージングを達成することが必要とされる。これらの原理は、さらに Cline の‘７７０（図１に組み合わされた光源（３６）が例示されており、スイッチングモード１０６と操作者のコントロールスイッチ６５とによって変調されている）に記載されている。この先行技術もまたとりわけ所望の照明について論じているので、言及により含まれる。

図４は、本発明による利用のための、白色光と蛍光との同時の内視鏡検査のための照明を変調し提供する手段を示す。内視鏡４００は、先端部４１０に１つ以上の照明光源を具備している。かかる構成の１つの利点は、内視鏡に関連する伝達ロスを取り除くことであり、これは特定の波長にとっては重要となり得る。加えて、これらのデバイスの素早いスイッチングは、所望の照明を変調する簡便な手段を提供する。描写されているように、３つのＬＥＤが、照明を提供し、また電気的な接続を通じて、照明とイメージ検出のために同期化されうる。例えば、ＬＥＤ４５１は、図１に関して論じたようなスペクトル０などの幅広い(broad)スペクトルを提供しうる。代表的には、この幅広いスペクトルは、図５および６に関して論じられるように、さらに変調される。ＬＥＤ４５１は、また、図１に関して論じたスペクトル１のような、より狭いスペクトルも提供しうる。第二のＬＥＤ４５２は、スペクトル３およびスペクトル５（図１参照）のような出力を具備しており、それによって、白色光と蛍光との同時の内視鏡検査をサポートしている。同様に、スペクトル７（図１参照）のような照明を有する第三のＬＥＤ４５３は、イメージングを赤色および近赤外線の波長域まで拡張しうる。様々なイメージングモードおよび同期化要件についてさらに記載する。

図５は、本発明の実施態様を例示しており、白色光と蛍光との同時のイメージングを提供している。光源５８０は、広帯域照明（例えば、図１で論じたようなスペクトル０）を送達する。該光源は、単一ユニットであってもよく、または所望の照明を送達するための光源の組み合わせからなるものであってもよい。新しい、よりハイパワーのＬＥＤが、前述したような内視鏡の先端においてまたは光源の一部として（例えば、２００ｍＷを超える青色ＬＥＤ）、使用に適した強度レベルにて、有用なスペクトルを提供する。従って、これらの光源は、高速（１μ秒未満）でエレクトロニクス的にスイッチされて、前述したような変調照明スペクトルを提供できる。

発生した光ビーム５８１は、光変調器と相互作用し、本実施例では該光変調器は回転フィルターホイール５５０であり、該フィルターホイールは、白色光イメージングのための出力スペクトル（図１に関して論じたスペクトル１など）を提供する白色光またはカラーバランスフィルター５５２と、蛍光イメージングのための励起光スペクトル（図１に関して論じたスペクトル３、５または９など）を提供する蛍光励起フィルター５５４とからなる。この２つの光フィルター５５２と５５４とは、スペクトルビームを分割するための光ブロッキングストリップ５５３をさらに含んでいてもよい。よって、光ビーム５８１は、白色光照明セグメント５８２と蛍光励起セグメント５９２へと変調される。これらのセグメントは、照射の無い(unlighted)セグメント５５５によって間隔があけられている。変調された光ビームは、組織５４０のようなターゲット対象物と接触し相互作用する。該組織は、反射した白色光セグメント５８３（図１に関して論じたスペクトル２のようなスペクトル内容を持つもの）と、５９３（図１に関して論じたスペクトル４、６、１０のようなスペクトル成分を持つもの）のような蛍光発光セグメントとを、生み出し得る。間隔をおいた交互のセグメントは、次いで光変調器５２０によってさらに処理される。本実施例では、該変調器は、第二の回転フィルターホイールであって、イメージングセグメントを生成する入射光に対して４５度で位置し、互いに９０度離れて位置している。本実施例における第二の光変調器は、白色光イメージングセグメント５８５を通過させるための開口またはカラーバランスフィルター５２２と、フィルター５２４（これは、蛍光イメージングビームセグメント５９５を方向付けるための反射ミラー（約１００％の反射性）であってもよい）とからなる。白色光イメージングセグメントは、検出器５００に到達する。該検出器は、処理および／またはディスプレイのための同期化ビデオ信号５０２と標準ＲＧＢとを出力するＲＧＢビデオカラーカメラであってもよい。蛍光イメージングセグメントは、検出器５３０に到達する。該検出器は、同じくさらに処理および／またはディスプレイのための、同期化ビデオ信号５３２と標準ＲＧＢとを出力する蛍光イメージングカメラであってもよい。

光学エンコーダー５１０、５６０は、光変調器（回転するフィルターホイール）５５０と５２０とにそれぞれ関連したフレームセンサーとして機能し、またケーブル５７１と５７２とを通じて同期化デバイス５７０とインターフェースし、２つの光変調器を調整（コーディネート）および同期化する手段を提供し、併せて、ケーブル５７４と５７３とを通じて、白色光検出器５００と蛍光検出器５３０とをコントロールし同期化するためのフレームシンク信号を提供する。

検出器５００からの白色光イメージと、検出器５３０からの蛍光イメージとは、別個のモニターまたは同じ観察モニターの異なる区画に表示され、同時に観察される。あるいは、２つのイメージを同期化し、要求または所望により、重ねたり、処理したり、擬似着色したりまたは組み合わせてもよい。

別の有用なイメージ表示モードは、蛍光イメージングモード（単独で、またはその他の表示モードと組み合わせたもの）のＲ（赤色）チャンネルを表示することである。というのは、このＲ信号は、近赤外線信号１１０Ｒ２（図１のスペクトル１０）によってつくられるからである。該近赤外線信号は、血液吸収による影響をそれほど受けないため、医師が血液を通して組織構造を観察することができ、例えば、生検(biopsy)が所望の位置で行われたことを確かめることができる。

液晶、デジタル・マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、またはその他の光学／電気装置（グレーティング、プリズムなどを組み込んだもの）を有してなる空間光変調器（spatial light modulators：ＳＬＭｓ）などの様々なオプションによって、上述したような光変調器と同じ結果を得ることができる。概しては、可動部分のない固定状態のデバイスは、信頼性などの使用ファクターを改善し得、また、エレクトロニクス的なコントロール下では、関連する光学エンコーダーなどのコンポーネントを取り除くことによって、デザインを簡素化することもできる。

例示した実施態様では、白色光と蛍光とは、約５０％のデューティサイクルを有している。白色光に２５％および蛍光に７５％といった、様々な他の比率を、別の形態の光変調器が使用されている場合に、フィルター領域およびタイミングを変えることにより、要求されたようにまたは所望のように実施してもよい。

図６ａは、本発明の別の実施態様を示しており、同時マルチモードイメージングを理解させるために、必要とされるコンポーネントの数を減らしている。照明源６３０は、広帯域照明（図１と関連して論じたスペクトル０など）を提供する。発生した照明６８１は、さらに光変調器６５０によって処理される。該変調器は、本実施例では、回転フィルターホイールであって、これは、白色光のまたはカラーバランスのフィルター６５２（変調された白色照明（図１と関連して論じたスペクトル１など）を通す）と、蛍光イメージングフィルター６５４（図１と関連して論じたスペクトル３、５、９などの照明を提供する）とを有してなる。フィルターホイール６５０は、また、ビーム遮断部(beam blocker)６５３を用いてもよい。従って、６８２と６９２のような交互配置された白色光と蛍光照明セグメントは、所望により、照射の無い間隔取り(spacing)セグメント６５５と共に生成される。照明セグメントは、組織６４０などのターゲット対象物と相互作用する。６８５（図１に関連して論じたスペクトル２のような対応する性質を有するもの）のような反射した白色光イメージングセグメントと、蛍光イメージングセグメント（図１に関連して論じたスペクトル４、６、１０の成分と同じものを有するもの）とは、検出器６００へ導かれる。フレームセンサー（光学エンコーダー）６６０は、連絡ケーブル６６１を通じて検出器６００とインターフェイスされた同期化情報を用いて、フィルターホイール６５０のポジションをインジケートする手段としてのフレーム同期信号(Frame Sync signals)を生成する。例えば、フレーム同期信号上の負パルスは、蛍光検出のタイミングをインジケートし、他方で、正パルスは、白色光同期化情報をインジケートしうる。検出器６００（図６ｂに詳述する）は、イメージングセグメントを受け取り、蛍光イメージング信号と白色光イメージング信号とを、イメージ処理を行なう電子機器（図６ｄに示して論じる）を通して同時に生成する。シンプルな構成では、フィルターホイール６５０は、２つの等しい割合(proportion)のフィルター６５２と６５４とからなり、これらはそれぞれ、白色照明のため、そして蛍光励起のためのものである。該ホイール６５０は、９００ｒｐｍ、即ち、毎秒１５回転にて回転し、白色光のためにおよび同様の光感度での蛍光検出のために、それぞれに１５フレーム／秒を提供する。フィルターエリアは、別の比率(ratio)、例えば、蛍光感度を上げるような比率（これは、典型的には、反射された白色光の強度よりも低い）で提供されうる。米国特許出願Ｎｏ．０９／７４１，７３１、Zeng、タイトル「蛍光および反射イメージングおよび分光のための、および複数の測定デバイスを用いた電磁放射線の同時測定のための、方法と装置(Methods and apparatus for fluorescence and reflectance imaging and spectroscopy and for contemporaneous measurements of electromagnetic radiation with multiple measuring device)」（および、継続出願Ｎｏ．１０／０２８，５６８、公報Ｎｏ．２００２／０１０３４３９）は、これらの原理について論じており、よって、言及により本明細書に含まれる。

図６ｂは、白色光反射と蛍光発光イメージングとマルチモードで同時に得るための検出器の構成を示しており、複数のセンサー（例えば、ＣＣＤ）を有する検出器を使用して、それによって、（３６８）のような先行技術において用いられたような機械的なスイッチング機構を減らすかまたは排除している。このように、検出器６００は、センサー６１５、センサー６２５、およびセンサー６４５のような、少なくとも３つのセンサーを有してなり、これらのセンサーは、例えば、青色光、緑色光、および赤色光のためのものであってよい。代表的には、例えば、ダイクロイック（２色性：dichroic）ミラー６２１の表面から同程度の経路の長さにて、センサー６４５への距離が実質的にその点からセンサー６１５までの距離と同等であるように、センサーを配置構成するのが有利である。６３５のような付加的なセンサーを、近赤外線イメージングなどの、その他のイメージング・モードのために具備してもよい。

交互のイメージング光セグメント６１０は、矢印６８８で示された方向にて、検出器６００に入る。蛍光イメージングセグメント（図６ａに関連して論じた６９５など）が、検出器に入る場合（代表的な例は、図１に関連して論じたような、スペクトル１０４Ｅ、１０６Ｅ、または１１０Ｅと１１０Ｒ２である）、この光６１０のうちのいくらかはダイクロイックミラー６２１と相互作用（ダイクロイックミラー６２１を通過）する。該ダイクロイックミラーは、例えば、約５００ｎｍのカットオフ波長を有し、５００ｎｍ以下の光（６１１）を反射し、かつ、５００ｎｍより上の光（６１２））を透過させる。次いで、該イメージングセグメントは、さらに、ダイクロイックミラー６２２と相互作用し、該ダイクロイックミラーは、６００ｎｍ付近のカットオフ波長を有し、５００ｎｍから６００ｎｍにおける蛍光成分６１３をセンサー６２５（緑色光のためのもの）の方へ反射する一方で、イメージングスペクトルの成分６１４を透過させる。同様に、ダイクロイックミラー６２３（オプションとして第四のセンサー６４５を有する）は、実質的に赤色のスペクトル成分を、赤色と近赤外とに分割する。この反射された蛍光成分６５５は、さらにバンドパス（帯域通過）フィルター６３６（例えば、帯域外排除(out of band rejection)＞Ｏ．Ｄ．５を有する）によって光学的に処理され、次いで、レンズ６３７によって焦点を合わせられて、センサー６３５上にイメージを形成する。透過されたリファレンスイメージングスペクトルの成分６５６は、さらにバンドパスフィルター６４６（例えば、帯域外排除＞Ｏ．Ｄ．５を有する）によってフィルターをかけられ、その後、レンズ６４７によって焦点を合わせられて、センサー６４５上にイメージを形成する。これらのマルチスペクトルイメージおよび信号ならびに同期化信号は、さらなる処理、コントロール、およびディスプレイのため、電子機器（図６ｄで論じたもの）へと送られる。

同様に、白色光イメージングセグメント（図６ａで論じた６８５など）が検出器に入る場合、その４００ｎｍから５００ｎｍ域における青色スペクトル成分は、ダイクロイックミラー６２１によって反射され、この光６１１は、次いでバンドパスフィルター６１６によってフィルターをかけられ、その後、レンズ６１７によって焦点を合わせられ、青色ＣＣＤセンサー６１５上に青色イメージを形成する。緑色（５００−６００ｎｍ）および赤色（６００−７００ｎｍ）のスペクトル成分６１２は、ダイクロイックミラー６２１を透過し、ダイクロイックミラー６２２に入射し、該ミラー６２２は緑色スペクトル成分６１３をバンドパスフィルター６２６上へと反射し、この光はそれからレンズ６２７で焦点を合わせられて、センサー６２５上に緑色イメージを形成する。その一方で、赤色スペクトル成分は、前記ダイクロイックミラー（複数）を通過し、フィルターをかけられ焦点を合わせられて、赤色センサー６４５上に赤色イメージを形成し、そして、具備されるならば、近赤外線成分はセンサー６３５に集められる。これらの多スペクトルイメージ（Ｒ、Ｇ、Ｂおよびおそらく近赤外）ならびに同期化信号は、さらなる処理、そしてディスプレイおよび／または分析のための標準ビデオ信号出力をつくるために、図６ｄで論じた電気機器へ搬送される。

あるいは、（赤色イメージに加えて）近赤外線イメージを所望する場合、近赤外線を通して赤色光を反射するようにダイクロイックミラーを選択し、それによって、これら２つのイメージが検知されるポジションを変えてもよい。

個々のセンサーのゲインおよび／またはシャトル速度は、異なるイメージング様式同士の間で変えられ、あらゆるイメージング様式（これは、かなり異なる光信号強度を有する可能性がある）のための最適な信号出力を確保する。これらのゲインおよび／またはシャトル速度がダイナミックに変化するのに対し、異なるセンサー間には固定された増幅関係が常にあり、その関係は異なるイメージング様式によって異なる。

マルチモードイメージは、あらゆるタイプのビデオイメージ表示デバイス（標準的なＣＲＴモニター、ＬＣＤフラットパネルディスプレイ、またはプロジェクターなど）上で見られる。イメージが同時に利用可能であり、それでいてそれらが複数のバンドにおけるものであるため、ユーザーは、イメージをあらゆる種類のフォーマットで表示することができる。ユーザーは、白色、赤色、緑色、および青色のイメージを、別個にまたは一緒に、蛍光や赤外や近赤外のイメージ（別個または一緒にして）と共に、同じまたは異なるモニター上で、混ぜたり合わせたりできる。

図６ｃは、白色光反射、近赤外線反射、および蛍光発光イメージングをマルチモードで同時に得るための別の検出器の構成を示しており、内視鏡の遠位端部に、パターン化されたフィルターコーティングを有する小型の単一ＣＣＤセンサーを使用している。マイクロレンズ６４２がイメージの焦点をＣＣＤセンサー６４３上に合わせ、これらは共に内視鏡６４１の遠位端部に取り付けられており、該内視鏡は、組織を照射するための外部光源からの照明を伝導する照明ファイバー束か、または、組織照明を提供するために同じ遠位端部に位置するＬＥＤのどちらかを有する。ＣＣＤセンサー６４３上の隣り合った異なるピクセルは、異なるスペクトル帯域でイメージをキャプチャーするようにデザインされ、例えば、ピクセル６４６（Ｂ）は、４００から５００ｎｍまでの光だけを通すための対応高品質バンドパスフィルターコーティングを有し、青色帯域においてイメージをキャプチャーし、ピクセル６４７（Ｇ）は、５００から６００ｎｍまでの光だけを通すための対応高品質バンドパスフィルターコーティングを有し、緑色帯域においてイメージをキャプチャーし、ピクセル６４８（Ｒ）は、６００から７００ｎｍまでの光だけを通すための対応高品質バンドパスフィルターコーティングを有し、赤色帯域においてイメージをキャプチャーし、他方で、ピクセル６４９（ＮＩＲ）は、７００から９００ｎｍまでの光だけを通すための対応高品質バンドパスフィルターコーティングを有し、ＮＩＲ帯域においてイメージをキャプチャーする。このＣＣＤセンサー出力のＲ、Ｇ、Ｂ、ＮＩＲ信号、ならびに同期化信号は、図６ｂに示したようなカメラ６００に類似しており、これらの信号は、さらなる処理のために、そして表示および／または分析のための標準的なビデオ信号出力をつくるために、図６ｄで論じた電子機器へ送られる。

図６ｄは、図６ａおよび６ｂで述べたような、イメージングの同期化とコントロールのためのブロックダイアグラムを示しており、白色光と蛍光のイメージングを同時に認識するためのものである。検出器６００からのイメージング信号６０２は、蛍光と白色光のイメージ（フレーム）の交互のものを、ビデオモードセレクトスイッチ６６０へと提供し、該スイッチは、これらの信号をビデオデコーダー６６２中の独立したアナログからデジタルへの変換器（ＡＤＣ）に割り当て、イメージをデジタル化する。ビデオ同期化は、本実施例においては、緑色チャンネル６０１によって提供される。デジタル化されたイメージは処理のため入力ＦＰＧＡ（フィールドプログラム可能なゲートアレー）６７０へ送られる。入力ＦＰＧＡ６７０の内部では、デジタル化されたイメージは、入力ＦＩＦＯ（先入れ先出し）ビデオバッファー６７２へと向かい、次いでプログラム可能なプロセスユニット６７５へと向かい、該ユニットは、プロセスユニット６７５に接続されたフレーム同期信号６０４によって判定されるとおり、イメージを白色光イメージングフレームと、蛍光フレームとに分割する。２つのメモリバッファーが、ＦＰＧＡ６７０と連絡しており、それらは、一時的な蛍光イメージの記憶(storage)のためのフレームバッファー６７８と、一時的な白色光イメージの記憶のためのフレームバッファー６７９である。様々なイメージング処理機能を、ＦＰＧＡ６７０内に導入してよい。例えば、整列とレジストレーションのための、Ｒ、Ｇ、およびＢのイメージのためのｘ−ｙピクセルのシフトである。ｘ−ｙピクセルのシフト(x-y pixel shifting)とは、デジタルイメージ（イメージフレーム）を、水平方向（ｘ）および／または垂直方向（ｙ）に、１ピクセル以上シフトすることを意味する。かかる処理によって、より複雑な、または機械的なメカニズムの必要性が排除され、それにより、図６ｄで論じたようなセンサー６１５、６２５、６３５、および６４５のアラインメントが簡潔化される。別のプログラマブルなイメージ処理機能が、２以上のイメージにおいて対応するピクセルの比率を取ってもよい。処理されたデジタルイメージは、ビデオＦＩＦＯ６８０によって出力ＦＰＧＡ６８４に出力される。該ＦＰＧＡは蛍光イメージフレームと白色光イメージフレームとを、それぞれビデオエンコーダー（ＤＡＣ１）６８６と、ビデオエンコーダー（ＤＡＣ２）６８８とへ分割する。デジタルからアナログへの変換機（ＤＡＣ）を有するビデオエンコーダー６８６と６８８とは、デジタルイメージ信号を、例えば、標準のアナログビデオモニター上に表示されるような標準のアナログビデオ信号６９２と６９４とに変換するものである。光変調の同期化を提供することに加えて、フレーム同期信号６０４は、例えば、異なるイメージング様式によって使用される固定ゲインセッティング間を切り換える手段として、検出器によって用いられてもよい。

図６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄで記載した実施態様では、デジタル蛍光イメージの１５フレーム／秒と、デジタル白色光イメージの１５フレーム／秒とが、同じ光感度（蛍光モードに対して）を保つために生成される。これは、あたかも、図６ｂに示したカメラが蛍光イメージと白色光イメージとを順番に獲得するかのようである（イメージング様式が概説されているのは、米国出願Ｎｏ．０９／７４１，７３１、Zeng、タイトル「蛍光および反射イメージングおよび分光のための、および複数の測定デバイスを用いた電磁放射線の同時測定のための、方法と装置(Method and apparatus for fluorescence and Reflectance imaging and spectroscopy and for contemporaneous measurements of electromagnetic radiation with multiple measuring devices)」と、継続出願Ｎｏ．１０／０２８，５６８、米国公報Ｎｏ．２００２／０１０３４３９である）。ビデオエンコーダー６８６と６８８とは、さらに標準のビデオ信号を出力する。例えば、１５フレームデジタルイメージのそれぞれを１秒に一回繰り返す（再現する）ことによる、３０フレーム／秒である。より高いフレーム速度(frame rate)の場合、例えば、３０フレーム／秒のデジタル蛍光イメージと、白色光イメージとが所望される場合（比例的に、光感度は下がる）、これはフィルターホイール６５０（図６aで論じたもの）を適切な速度（本実施例では、１８００ｒｐｍ（毎秒３０回転））で回転させることによって認識されてもよい。

本発明の好ましい実施態様を示しかつ記載してきたが、当業者が、添付の請求の範囲の精神および範疇を超えることなく、本発明の様々な改変がデバイスしうることは理解されるべきである。

図１（先行技術）は、本発明による、内視鏡イメージングに用いられる一連の代表的なの所望のスペクトルを示している。図２ａおよびｂ（先行技術）は、代表的な蛍光の内視鏡検査システムからのスペクトルを例示している。図２ａおよびｂ（先行技術）は、代表的な蛍光の内視鏡検査システムからのスペクトルを例示している。図３（先行技術）は、順次的な白色光と蛍光の内視鏡検査システムの蛍光モードからの代表的なスペクトルを例示している。図４は、例えば、内視鏡の末端に置かれた照明源を示している。図５は、本発明の実施態様の透視図である。図６ａは、複数のセンサーを含む単一の検出器を有する、同時白色光および蛍光イメージングの透視図である。図６ｂは、図６ａに関連する検出器の構成の斜視図である。図６ｃは、図６ａに関連するもう１つの検出器の構成の斜視図である。これは、内視鏡の遠位先端部に置いてもよい。図６ｄは、図６ａ、６ｂおよび６ｃに記載した同時イメージングモードのためのコントロールおよび同期化のブロックダイアグラムである。

Claims

複数のイメージの同時測定のための光学装置であって、
インテロゲーティング広帯域放射線を送る光源を有し、
第一の光変調器を有し、該第一の光変調器は、前記インテロゲーティング広帯域放射線を、複数のイメージング様式に対応した複数のインテロゲーティング・スペクトルセグメントに分割するものであり、
ターゲット対象物を有し、該対象物は、前記インテロゲーティング・スペクトルセグメントと交互作用し、イメージングのためのリターンする放射線を発生させるものであり、
第二の光変調器を有し、該第二の光変調器は、ターゲット対象物からのリターン放射線を複数のイメージング様式に対応した複数のリターン・スペクトルセグメントに分割するものであり、かつ、
少なくとも１つの検出器を有し、該検出器は、前記リターン・スペクトルセグメントを受け取り、かつ、該リターン・スペクトルセグメントをイメージへと処理するためのものである、
前記光学装置。
さらに、上記第一の光変調器と、上記第二の光変調器とを、同期させるための手段を有する、請求項１に記載の装置。
さらに、上記イメージを表示する手段を有する、請求項１に記載の装置。
上記表示する手段が、上記イメージを整列させる手段を含んでいる、請求項３に記載の装置。
整列させる上記手段が、ｘ−ｙピクセルをシフトすることを有する、請求項４に記載の装置。
さらに、上記第一の光変調器と、上記第二の光変調器と、上記イメージを表示する手段とを、同期させるための手段を有する、請求項１に記載の装置。
上記光源が、内視鏡内に複数の発光ダイオードを有する、請求項１に記載の装置。
上記第一の光変調器が、上記複数の発光ダイオードの同期した電子的なスイッチングによって、上記インテロゲーティング広帯域放射線を分割する、請求項７に記載の装置。
上記第一の光変調器が、複数のイメージング様式に対応する複数の変調コンポーネントを持ったムービングフィルターを有し、前記各コンポーネントは、上記広帯域放射線に対する前記コンポーネントによって分割された上記広帯域放射線の比率からなるデューティサイクルを持っている、請求項１に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、フィルターホイールを有する、請求項９に記載の装置。
上記フィルターホイールが、約１８００ｒｐｍで回転する、請求項１０に記載の装置。
上記複数の変調コンポーネントが、少なくともカラーバランスフィルターコンポーネントと、蛍光励起フィルターコンポーネントとを有する、請求項１０に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントのためのデューティサイクルが、約５０％以下である、請求項１２に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターのデューティサイクルが、５０％を越える、請求項１２に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項１２に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約７００から７５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項１２に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまでおよび７００から７５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項１２に記載の装置。
上記フィルターホイールが、光遮断領域を含んでいる、請求項１０に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、少なくとも、カラーバランスフィルターと、蛍光励起フィルターとを有する、請求項１０に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、光遮断領域を有する、請求項９に記載の装置。
上記第一の光変調器が、光学スイッチングデバイスを有する、請求項１に記載の装置。
上記光学スイッチングデバイスが、空間光変調器を有する、請求項２１に記載の装置。
上記空間光変調器が、液晶デバイスを有する、請求項２２に記載の装置。
上記空間光変調器が、デジタル・マイクロミラーデバイスを有する、請求項２２に記載の装置。
さらに、少なくとも、白色光検出器と蛍光検出器とを有する、請求項１に記載の装置。
上記第二の光変調器が、上記複数のイメージング様式に対応する複数の変調コンポーネントを持ったムービングフィルターを有しており、該コンポーネントは、上記広帯域放射線に対するコンポーネントによって分割された上記広帯域放射線の比率からなるデューティサイクルを有する、請求項１に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、フィルターホイールを有する、請求項２６に記載の装置。
上記フィルターホイールが、約１８００ｒｐｍで回転する、請求項２７に記載の装置。
上記複数の変調コンポーネントが、少なくともカラーバランスフィルターコンポーネントと、蛍光反射フィルターコンポーネントとを有する、請求項２６に記載の装置。
上記蛍光反射フィルターコンポーネントのデューティサイクルが、約５０％以下である、請求項２９に記載の装置。
上記蛍光反射フィルターのデューティサイクルが、５０％を越えている、請求項２９に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項２９に記載の装置。
上記蛍光反射フィルターコンポーネントが、約３００から８００ｎｍまでのスペクトル範囲において、略１００パーセントの反射を与える、請求項２９に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまで、および、７００から７５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項２９に記載の装置。
上記フィルターホイールが、光遮断領域を有する、請求項２７に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、光遮断領域を有する、請求項２６に記載の装置。
上記第二の光変調器が、光学スイッチングデバイスを有する、請求項１に記載の装置。
上記光学スイッチングデバイスが、空間光変調器を有する、請求項３７に記載の装置。
上記空間光変調器が、液晶デバイスを有する、請求項３８に記載の装置。
上記空間光変調器が、デジタル・マイクロミラーデバイスを有する、請求項３８に記載の装置。
上記少なくとも１つの検出器が、少なくとも分光器を有する、請求項１に記載の装置。
複数のイメージを同時に測定する方法であって、
インテロゲーティング広帯域放射線を発生させること、
前記インテロゲーティング広帯域放射線を、複数のイメージング様式に対応する複数のインテロゲーティング・スペクトルセグメントに分割すること、
前記インテロゲーティング・スペクトルセグメントを、ターゲット対象物と交互作用させて、リターン放射線を発生させること、
前記リターン放射線を、複数のイメージング様式に対応する複数のリターン・スペクトルセグメントに分割すること、および、
前記リターン・スペクトルセグメントをイメージへと処理すること
を有する前記方法。
さらに、上記インテロゲーティング広帯域放射線を分割するステップと、上記リターン放射線を分割するステップとを、同期させることを有する、請求項４２に記載の方法。
さらに、上記イメージを表示することを有する、請求項４３に記載の方法。
さらに、上記イメージを表示することを有する、請求項４２に記載の方法。
さらに、上記イメージを整列させることを有する、請求項４２に記載の方法。
さらに、ｘ−ｙピクセルをシフトすることを有する、請求項４６に記載の方法。
当該方法が、血液を通したターゲット対象物の観察のために適用されるものである、請求項４２に記載の方法。
さらに、発光ダイオードから広帯域放射線を発生させることを有する、請求項４２に記載の方法。
複数のイメージの同時測定のための光学装置であって、
インテロゲーティング広帯域放射線を送る光源を有し、
光変調器を有し、該光変調器は、前記インテロゲーティング広帯域放射線を、複数のイメージング様式に対応した複数のインテロゲーティング・スペクトルセグメントに分割するものであり、
ターゲット対象物を有し、該対象物は、前記インテロゲーティング・スペクトルセグメントと交互作用し、イメージングのためのリターン放射線を発生させるものであり、
前記リターン放射線を受け取り処理するための検出器を有し、かつ、
前記リターン放射線を、複数のイメージング様式に対応した複数のリターニングスペクトルセグメントに分割するための手段を有する、
前記光学装置。
さらに、前記光変調器と前記検出器とを同期させるための手段を有する、請求項５０に記載の装置。
さらに、上記イメージを表示する手段を有する、請求項５１に記載の装置。
さらに、上記イメージを表示する手段を有する、請求項５０に記載の装置。
上記表示する手段が、イメージを整列させる手段を含んでいる、請求項５３に記載の装置。
上記整列させる手段が、ｘ−ｙピクセルをシフトすることを有する、請求項５４に記載の装置。
上記光源が、内視鏡内に複数の発光ダイオードを有する、請求項５０に記載の装置。
上記光変調器が、上記発光ダイオードの同期した電子的なスイッチングによって、上記インテロゲーティング広帯域放射線を分割する、請求項５６に記載の装置。
上記光変調器が、複数のイメージング様式に対応する複数の変調コンポーネントを持ったムービングフィルターを有し、前記複数のコンポーネントは、上記広帯域放射線に対するコンポーネントによって分割された上記広帯域放射線の比率からなるデューティサイクルを持っている、請求項５０に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、フィルターホイールを有する、請求項５８に記載の装置。
上記フィルターホイールが、約１８００ｒｐｍで回転する、請求項５９に記載の装置。
上記複数の変調コンポーネントが、少なくとも、カラーバランスフィルターコンポーネントと、蛍光励起フィルターコンポーネントとを有する、請求項５９に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントのためのデューティサイクルが、約５０％以下である、請求項６１に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターのためのデューティサイクルが、５０％を越える、請求項６１に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項６１に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約７００から７５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項６１に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまでおよび７００から７５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項６１に記載の装置。
上記フィルターホイールが、光遮断領域を有する、請求項５９に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、光遮断領域を含んでいる、請求項５８に記載の装置。
上記光変調器が、光学スイッチングデバイスを有する、請求項５０に記載の装置。
上記光学スイッチングデバイスが、空間光変調器を有する、請求項６０に記載の装置。
上記空間光変調器が、液晶デバイスを有する、請求項７０に記載の装置。
上記空間光変調器が、デジタル・マイクロミラーデバイスを有する、請求項７０に記載の装置。
上記検出器が、少なくとも白色光検出器と蛍光検出器とを有する、請求項５０に記載の装置。
上記分割するための手段が、複数のダイクロイックミラーを有する、請求項５０に記載の装置。
さらに、複数のフィルターを有する、請求項７４に記載の装置。
上記複数のフィルターが、少なくとも１つのバンドパスフィルターを有する、請求項７５に記載の装置。
上記複数のフィルターが、少なくとも１つのロングパスフィルターを有する、請求項７５に記載の装置。
上記複数のフィルターが、少なくとも１つのバンドパスフィルターと、少なくとも１つのロングパスフィルターとを有する、請求項７５に記載の装置。
さらに、複数のレンズを有する、請求項７４に記載の装置。
上記複数のレンズが、対応する複数のセンサー上に、上記複数のリターン・スペクトルセグメントの焦点を合わせるものである、請求項７９に記載の装置。
上記センサーがゲインを有し、かつ該ゲインがイメージング様式に基づいて調節可能である、請求項８０に記載の装置。
上記複数のセンサーが、ＣＣＤを有する、請求項８０に記載の装置。
さらに、上記リターン・スペクトルセグメントの強度を調節するための手段を有する、請求項５０に記載の装置。
上記調節するための手段が、光変調器である、請求項８３に記載の装置。
さらに、上記リターン・スペクトルセグメントの強度をデューティサイクルに基づいて調節する手段を有する、請求項５８に記載の装置。
さらに、上記光変調器と上記検出器とを同期させるためのフレームセンサーを有する、請求項５０に記載の装置。
上記処理する手段が、
スイッチを有し、該スイッチは、上記リターン・スペクトルセグメントを複数のアナログからデジタルへの変換機の１つに割り当てるためのものであって、該複数のアナログからデジタルへのレコーダーは、前記リターン・スペクトルセグメントをデジタル化するものであり、かつ、
ゲートアレーを有し、該アレーは、前記デジタル化されたリターン・スペクトルセグメントをイメージへと処理するためのものである、
請求項５０に記載の装置。
上記ゲートアレーが、イメージを整列させるものである、請求項８７に記載の装置。
上記ゲートアレーが、ｘ−ｙピクセルをシフトさせることによってイメージを整列させるものである、請求項８８に記載の装置。
上記ゲートアレーが、上記複数のリターン・スペクトルセグメントにおける対応するピクセルの比率を測定することによって、上記イメージを整列させるものである、請求項８８に記載の装置。
複数のイメージを同時に測定する方法であって、
インテロゲーティング広帯域放射線を発生させることを有し、
前記インテロゲーティング広帯域放射線を、複数のイメージング様式に対応する複数のインテロゲーティング・スペクトルセグメントに分割することを有し、
前記インテロゲーティング・スペクトルセグメントを、ターゲット対象物と交互作用させて、リターン放射線を発生させることを有し、および、
前記リターン放射線を検出することを有し、
前記検出することが、リターン放射線を複数のイメージング様式に対応する複数のインテロゲーティング・スペクトルセグメントに分割することと、前記リターン・スペクトルセグメントをイメージへと処理することとを有するものである、
前記方法。
さらに、上記インテロゲーティング広帯域放射線を分割する上記工程と、上記検出する工程とを、同期させることを有する、請求項９１に記載の方法。
さらに、上記イメージを表示することを有する、請求項９２に記載の方法。
さらに、上記イメージを表示することを有する、請求項９１に記載の方法。
さらに、上記イメージを整列させることを有する、請求項９１に記載の方法。
上記整列させるステップが、ｘ−ｙピクセルをシフトさせることを有する、請求項９５に記載の方法。
当該方法が、血液を通したターゲット対象物の観察のために適用されるものである、請求項９１に記載の方法。
さらに、上記広帯域放射線を発光ダイオードによって発生させることを有する、請求項９１に記載の方法。
さらに、上記広帯域放射線を内視鏡内で発生させることを有する、請求項９８に記載の方法。
発光ダイオードの同期した電子的なスイッチングによって、上記インテロゲーティング広帯域放射線を分割することを、さらに有する、請求項９９に記載の装置。
当該方法が、血液を通したターゲット対象物の観察のために適用されるものである、請求項１００に記載の方法。
白色光と蛍光イメージとを同時に測定するための光学装置であって、
所望の照明を提供するための手段と、
リアルタイムイメージングのためのビデオレートにて、前記照明を変調するための手段と、
前記照明をターゲット対象物に相互作用させることによって、イメージを発生させるための手段と、
ビデオレートにて、前記イメージを分割するための手段と、
前記分割されたイメージを検出するための手段と、
前記分割され検出されたイメージを、処理するための手段と、
前記分割されたイメージの検出と処理とをコントロールするための手段と、
前記処理されたイメージの少なくとも１つを表示するための手段とを
有する、前記光学装置。
同時に発生する複数のイメージを得るための内視鏡であって、
プローブを有し、該プローブは、体の内部に位置させられるべき内側の端部と、前記体の外側へ延びている外側の端部とを持っており、
インテロゲーティング広帯域放射線を発生させるための光源を有し、
前記インテロゲーティング広帯域放射線を、複数のイメージング様式に対応した複数のインテロゲーティング・スペクトルセグメントに分割する光変調器を有し、
前記体の内部にあるターゲット対象物を有し、該対象物は、前記インテロゲーティング・スペクトルセグメントと交互作用させて、イメージングのためのリターン放射線を発生させるためのものであり、
前記リターン放射線の焦点をＣＣＤセンサー上に合わせるためのレンズを有する、
前記内視鏡。
上記光源が、外側の端部に接続されており、かつ、さらに、上記光源からの広帯域放射線を導く照明ファイバー束を有する、請求項１０３に記載の装置。
上記ＣＣＤセンサーが、少なくとも１セットのピクセルを有し、前記少なくとも１セットの各々の中にある各ピクセルが、
青色光を通すバンドパスフィルター、緑色光を通すバンドパスフィルター、赤色光を通すバンドパスフィルター、および、近赤外線を通すバンドパスフィルター
のうちの１つによってコートされている、請求項１０３に記載の装置。
上記青色光から青色チャンネルイメージを生成し、上記緑色光から緑色チャンネルイメージを生成し、上記赤色光から赤色チャンネルイメージを生成し、かつ、上記近赤外線から近赤外イメージを生成するための手段を、さらに有する、請求項１０５に記載の装置。
さらに、上記チャンネルイメージを表示するための手段を有する、請求項１０６に記載の装置。
上記ＣＣＤセンサーが、少なくとも１セットのピクセルを有し、前記少なくとも１セットの中にある各ピクセルが、
青色光を通すバンドパスフィルター、緑色光を通すバンドパスフィルター、および、赤色光を通すバンドパスフィルターのうちの、１つによってコートされている、請求項１０７に記載の装置。
上記青色光から青色チャンネルイメージを生成し、上記緑色光から緑色チャンネルイメージを生成し、上記赤色光から赤色チャンネルイメージを生成するための手段を、さらに有する、請求項１０８に記載の装置。
さらに、上記チャンネルイメージを表示するための手段を有する、請求項１０９に記載の装置。
上記光変調器が、上記複数のイメージング様式に対応する複数の変調コンポーネントを持ったムービングフィルターを有しており、該複数のコンポーネントは、それぞれ、上記広帯域放射線に対するコンポーネントによって分割された上記広帯域放射線の比率からなるデューティサイクルを持っている、請求項１０３に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、フィルターホイールを有する、請求項１１１に記載の装置。
上記フィルターホイールが、約１８００ｒｐｍで回転する、請求項１１２に記載の装置。
上記複数の変調コンポーネントが、少なくとも、カラーバランスフィルターコンポーネントと、蛍光励起フィルターコンポーネントとを有する、請求項１１２に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントのデューティサイクルが、約５０％以下である、請求項１１４に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターのデューティサイクルが、５０％を越える、請求項１１４に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項１１４に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約７００から７５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項１１４に記載の装置。
上記蛍光励起フィルターコンポーネントが、約４００から４５０ｎｍまでおよび７００から７５０ｎｍまでのスペクトル範囲を持つインテロゲーティング・スペクトルセグメントに対応している、請求項１１４に記載の装置。
上記フィルターホイールが、光遮断領域を含んでいる、請求項１１２に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、少なくとも、カラーバランスフィルターと、蛍光励起フィルターとを有する、請求項１１１に記載の装置。
上記ムービングフィルターが、光遮断領域を含んでいる、請求項１１１に記載の装置。
上記光変調器が、光学スイッチングデバイスを有する、請求項１０３に記載の装置。
上記光学スイッチングデバイスが、空間光変調器を有する、請求項１２３に記載の装置。
上記空間光変調器が、液晶デバイスを有する、請求項１２４に記載の装置。
上記空間光変調器が、デジタル・マイクロミラーデバイスを有する、請求項１２４に記載の装置。
同時に発生する複数のイメージを得るための内視鏡であって、
プローブを有し、該プローブは、体の内部に位置させられるべき内側の端部と、前記体の外側へ延びている外側の端部とを持っており、
光源を有し、該光源は、前記内側の端部にある複数の発光ダイオードを有しかつインテロゲーティング放射線を発生させるものであり、前記発光ダイオードは、エレクトロニクス的にスイッチされて、複数のイメージング様式に対応する複数のインテロゲーティング・スペクトルセグメントを発生させるものであり、
前記体の内部にあるターゲット対象物を有し、該対象物は、前記インテロゲーティング・スペクトルセグメントと交互作用させて、イメージングのためのリターン放射線を発生させるためのものであり、
前記リターン放射線の焦点をＣＣＤセンサー上に合わせるためのレンズを有し、
前記ＣＣＤセンサーが、少なくとも１セットのピクセルを有し、かつ、前記ピクセルのセットが前記イメージの複数のスペクトル帯域をキャプチャーする、
前記内視鏡。
上記ピクセルのセットのそれぞれが、
青色光を通すバンドパスフィルターでコートされたピクセルと、
緑色光を通すバンドパスフィルターでコートされたピクセルと、
赤色光を通すバンドパスフィルターでコートされたピクセルと、
近赤外線を通すバンドパスフィルターでコートされたピクセルとを
有する、請求項１２７に記載の装置。
上記青色光から青色チャンネルイメージを生成し、上記緑色光から緑色チャンネルイメージを生成し、上記赤色光から赤色チャンネルイメージを生成し、かつ、上記近赤外線から近赤外イメージを生成するための手段を、さらに有する、請求項１２８に記載の装置。
さらに、上記チャンネルイメージを表示するための手段を有する、請求項１２９に記載の装置。
上記ピクセルのセットのそれぞれが、
青色光を通すバンドパスフィルターでコートされたピクセルと、
緑色光を通すバンドパスフィルターでコートされたピクセルと、
赤色光を通すバンドパスフィルターでコートされたピクセルとを有する、請求項１２７に記載の装置。
上記青色光から青色チャンネルイメージを生成し、上記緑色光から緑色チャンネルイメージを生成し、および上記赤色光から赤色チャンネルイメージを生成するための手段を、さらに有する、請求項１３１に記載の装置。