JP2011062348A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数種の蛍光物質を任意に組み合わせて蛍光観察を行う場合でも、励起光源波長、受光蛍光波長のミスマッチを発生させることなく、生体組織をリアルタイムで観察可能な内視鏡システムを提供し、これにより、内視鏡システムを用いた診断の適用範囲を広める。
【解決手段】被検体の所定の観察領域に走査光を照射して２次元画像を取得する際に、２次元画像の単位画素に対応する単位主走査期間内に、複数の光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃをそれぞれ順次パルス発光させ、この単位主走査期間内で検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃによりパルス発光のタイミングに同期して各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに対する戻り光を検出することを主走査方向および副走査方向に対して繰り返し、一画面分の走査で各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに対応する複数の２次元画像を生成するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の所定の観察領域に走査光を照射して２次元画像情報を取得する内視鏡システムに関する。

従来より、観察したい生体組織にレーザ光を照射し、その生体組織からの反射光のうち対物光学系の物体側焦点位置の反射光のみを共焦点光学系により選択的に抽出し、この焦点位置を物体側焦点面内で走査することで、焦点面の２次元画像を得るようにした共焦点レーザプローブが提案されている（例えば特許文献１）。また、この共焦点レーザプローブを電子顕微鏡と組み合わせた内視鏡システムや、共焦点レーザプローブを内視鏡の鉗子チャンネルから挿入し、内視鏡的に顕微鏡像（超拡大画像）を得る共焦点内視鏡システムもある（例えば特許文献２）。このような共焦点内視鏡システムによれば、通常の観察光学系によって得られる像よりも高倍率かつ高解像度な像を観察できる。更に、生体に蛍光物質を投与した際に、生体に蛍光物質の励起光を照射することにより蛍光物質の発した蛍光を検出し、Ｓ／Ｎ比が良好な画像を構築して、これを表示する共焦点内視鏡システムもある（例えば非特許文献１）。

ところが、共焦点内視鏡システムで生体組織を観察する場合、一般に励起光源は予めシステム（製品）によって決定されており、したがって使用する蛍光物質の種類も限定される。そして、分子イメージング分野等においては、所望の観察対象にマッチした様々な蛍光物質を使用して粘膜内の超拡大画像を観察するが、その場合、励起光源波長、受光蛍光波長のミスマッチが発生することがあり、任意の蛍光観察ができない事態に陥る。

特開２０００−１２１９６１号公報 特表２００６−５１１３０９号公報

日本消化器内視鏡学会雑誌,Vol. 49, No.10,(2007)「共焦点内視鏡による超拡大観察」

本発明は、複数種の蛍光物質を任意に組み合わせて蛍光観察を行う場合でも、励起光源波長、受光蛍光波長のミスマッチを発生させることなく、生体組織をリアルタイムで観察可能な内視鏡システムを提供し、これにより、内視鏡システムを用いた診断の適用範囲を広めることを目的とする。

本発明は下記構成からなる。
互いに異なる発光波長帯を有する複数の光源と、
前記複数の光源からの出射光を、各出射光の光軸の垂直面上で主走査方向及び該主走査方向と直交する副走査方向に２次元走査した走査光を出力する光走査手段と、
内包される導光路の基端に前記光走査手段から走査光が導入され、前記導光路の先端に対物光学系が配設された導光手段と、
前記走査光を前記導光手段先端の対物光学系から被検体の観察領域に向けて照射した際に、前記観察領域から前記導光手段の導光路を通じて戻り来る戻り光を前記走査光の走査位置毎に検出する光検出手段と、
前記光走査手段による前記走査光の走査位置情報及び前記光検出手段による各走査位置における光検出情報を用いて前記観察領域に対応した検出光の２次元画像を生成する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記２次元画像の単位画素に対応する単位主走査期間内に、前記複数の光源をそれぞれ順次パルス発光させ、この単位主走査期間内で前記光検出手段により前記パルス発光のタイミングに同期して各光源に対する前記戻り光を検出することを主走査方向及び副走査方向に対して繰り返し行う内視鏡システム。

本発明に係る内視鏡システムによれば、複数の励起光源を順次パルス発光させながら主走査方向及び副走査方向に走査し、このパルス発光のタイミングに同期して各励起光源からの戻り光を各走査位置で検出することで、複数種の光源による観察画像を一度に得ることができる。このため、各励起光源による戻り光の画像情報がリアルタイムで処理でき、また、それぞれを重ね合わせて同時に表示することで、各光源による反射光や蛍光の情報を動的に、しかも視認性を高めて観察できる。

本発明の実施形態を説明するための内視鏡システムのブロック構成図である。 光路切り替えの制御例を示すタイミングチャートである。 （ａ）は光源の発光光（励起光）と、この励起光を観察領域に照射したときに観察領域から生じる蛍光の波長分布、（ｂ）は光源の発光波長帯に対応して検出波長成分を選択する波長選択透過フィルタの分光特性、（ｃ）は波長選択透過フィルタを通過した後の分光分布を示す説明図である。 内視鏡システムの制御ブロック図である。 観察画像の生成手順の一例としてのタイミングチャートである。 各検出器による検出データから複数の２次元画像が生成される様子を模式的に示す説明図である。 各画像情報から表示画像を合成する様子を模式的に示す説明図である。 回転カラーフィルタを用いる光走査ユニットの構成図である。 内視鏡システムの具体的な使用形態を示す図で、（ａ）は内視鏡スコープの鉗子口に導光体を挿入するタイプ、（ｂ）は内視鏡スコープに導光体を固設したタイプを示す概略的な説明図である。

以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための内視鏡システムのブロック構成図である。
この内視鏡システム１００は、被検体の観察領域に対して長尺状の導光体先端から複数種の特定波長帯のスポット光を２次元走査しつつ照射して、この照射された被検体の観察領域から発生する蛍光や反射光を走査位置毎に繰り返し検出し、これら検出した情報を画像化して表示する。

図１に示すように、内視鏡システム１００は、多数の透光性細線束（例えば、コア・クラッドを有する光ファイバの束）からなる導光路（図示略）が軸方向に沿って内部に形成され被検体内に挿入される導光手段としての導光体（詳細は後述する）１１と、導光体１１の基端が光出射側コネクタ１３を介して接続される光走査ユニット１５と、光走査ユニット１５に光導入側コネクタ１７を介して接続され互いに異なる発光波長帯のレーザ光を時系列的に順次出射可能な複数（本構成例では一例として３つ）の光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，・・・と、光走査ユニット１５及び各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，・・・に接続されてこれらを制御するコントローラ２１と、コントローラ２１に接続され観察画像を表示する画像表示手段としてのディスプレイ２３とを主に備える。コントローラ２１は、入力手段としてマウス２５やキーボード２７が接続されている。

導光体１１の光出射側となる先端には、導光路の出射端面１１ｂに対峙させて、複数枚のレンズから構成される対物レンズ部（対物光学系）２９を配置している。この対物レンズ部２９の第１の焦点位置を光細線束の出射端面１１ｂとする。この第１の焦点位置と、これと共役な関係となる第２の焦点位置との間で共焦点光学系を構成する。第２の焦点位置は被検体の観察位置（観察深さ位置）となり、対物レンズ部２９を被検体内で固定することで、所定の深さ位置の観察像を得ることができる。また、被検体の表面から対物レンズ部２９までの垂直距離を変更することで任意の深さ層の観察も可能となる。

光走査ユニット１５は、光導入側コネクタ１７から導入された複数の光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃからのレーザ光を２次元走査して光出射側コネクタ１３に出射するとともに、導光体１１内の導光路を通じて光出射側コネクタ１３に戻り来る光を、各光源に対応させて検出する機能を有する。つまり、図示例のように互いに発光波長帯の異なる３種の光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを用いる場合、これら各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃからのレーザ光を同一の光路を介して光導入側コネクタ１７に導入する。この導入されたレーザ光は、光走査ユニット１５内の光路途中に介装されたダイクロイックミラー３１を介してθ回転ミラー３３に照射され、θ回転ミラー３３で反射したレーザ光はＹ回転ミラー３７に導かれる。

Ｙ回転ミラー３７は、図中紙面垂直方向となるＹ回転軸３５回りに所定のタイミングで揺動駆動される。Ｙ回転ミラー３７からの反射光は、Ｙ回転軸３５と直交するＸ回転軸３９回りに揺動駆動されるＸ回転ミラー４１へ導かれる。これらＸ回転ミラー４１及びＹ回転ミラー３７の揺動によって、Ｘ方向及びこれと直交するＹ方向の２次元平面上でレーザ光が走査される。このようにＸ回転ミラー４１、Ｙ回転ミラー３７は光走査手段として機能する。そして、この走査光は光出射側コネクタ１３内の導光路の入射端面１１ａに導かれる。

光出射側コネクタ１３に導入された走査光は、導光体１１に内包された導光路を通じて、導光体１１の先端まで導かれ、導光体１１先端の出射端面１１ｂに対峙して配置された共焦点光学系を構成する対物レンズ部２９を介して観察領域Ａに照射される。導光路は、屈折率の異なるコアとクラッドを有する光ファイバを多数本束ねた構成であるため、走査光は導光路内でその走査状態を維持したまま導光される。そのため、観察領域ＡではＸ回転ミラー４１及びＹ回転ミラー３７によって２次元走査されるスポット光が照射される。このとき観察領域Ａから対物レンズ部２９及び導光体１１内の導光路を通じて戻り来る光、即ち、観察領域Ａからの反射光、及び走査光により励起発光する蛍光（以下、双方を総じて戻り光と称する）は、導光路を通じて光出射側コネクタ１３から前述の光走査ユニット１５内の光出射経路を遡って取り込まれ、θ回転ミラー３３を有する検出光学系３０に導入される。

検出光学系３０においては、θ回転ミラー３３により、光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，・・・に対応して光路を振り分けされる（本構成例においては３個の光源に対する３つの光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を示す）。そして、それぞれ振り分けされた光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３において、各光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対応する光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃによる戻り光の強度が、波長選択透過フィルタ４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを通して光検出手段である検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃによってそれぞれ検出される。

つまり、θ回転ミラー３３は、光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの発光タイミングと同期して揺動駆動され、最終的に検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃにより、光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃにそれぞれ対応付けされた特定の発光波長帯の光成分を少なくとも除去した光の検出が行われる。つまり、光源１９Ａからのレーザ光を観察領域Ａに照射したときに得られる戻り光は、θ回転ミラー３３により検出器４３Ａに向けて反射させて、波長選択透過フィルタ４５Ａを通して検出器４３Ａで検出する。同様にして、光源１９Ｂからレーザ光を照射したときに得られる戻り光は、θ回転ミラー３３により検出器４３Ｂに向けて反射させて、波長選択透過フィルタ４５Ｂを通じて検出器４３Ｂで検出する。また、光源１９Ｃからレーザ光を照射したときに得られる戻り光は、θ回転ミラー３３により検出器４３Ｃに向けて反射させて、波長選択透過フィルタ４５ｃを通じて検出器４３Ｃで検出する。

ところで、上記の各光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の光検出には、各光源を同時に発光させると検出に不要な光が取り込まれるため、必要な光成分を分離させて取り出す必要がある。そのため、ここでは一例として光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃをパルス発光させ、θ回転ミラー３３により光路切り替えするときに、受光時間差を利用して不要な光成分を除去する方式を採っている。

図２に光路切り替えの制御例を示した。いずれかの光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃをパルス発光させると、殆どその発光タイミングで導光体１１の導光路の入射端面１１ａ（図１参照）に走査光が照射される。そして、走査光は導光路を通じて導光体１１の先端へ導かれ、導光体１１の先端から観察領域Ａに出射される。この出射された走査光（走査されるスポット光）に対する戻り光が再び導光体１１の導光路を通じて入射端面１１ａに戻され、検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに到達する。このときの導光路の入射端面１１ａに走査光が照射されてから再び戻り来るまでには、所定の期間ｔａ（一例として、導光体１１の全長が４ｍの場合、往復距離８ｍに対するｔａは約４０ｎｓとなる）が経過する。

そこで入射端面１１ａへの照射開始タイミングから期間ｔａの後、検出器による検出を開始する。検出期間ｔｂの後には、次回の光源のパルス発光までに十分な期間ｔｃが残される。このように受光時間差を利用することで、各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃのパルス発光による戻り光をそれぞれ分離して、各検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃで個別に検出することができる。上記の技術は、例えば、Endoscopic Microscopy. Edited by Tearney, Guillermo J.; Wang, Thomas D. Proceedings of the SPIE, Volume 6082, pp. 29-38. 6082, 29-38 (2006)に記載されている。

ここで、θ回転ミラー３３、Ｘ回転ミラー４１、Ｙ回転ミラー３７は、それぞれの回転軸回りに揺動駆動させる図示しない駆動部に接続されており、各ミラー３３，４１，３７は詳細を後述する所定のタイミングで駆動制御される。これら駆動部は、光走査ユニット１５内に専用の駆動制御回路を設けてこの駆動制御回路により一括して制御してもよく、図１に示すようにコントローラ２１に接続して制御してもよい。

また、検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、波長選択透過フィルタ４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの光路後方でダイクロイックミラー等により光路を統合し、一つの検出器で戻り光を検出する構成としてもよい。その場合は光学系を単純化できる。

次に、図３を用いて上記の波長選択透過フィルタ４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの機能について説明する。
同図は、光源の発光光（励起光）と、この励起光を観察領域に照射したときに観察領域から生じる蛍光の波長分布とを（ａ）に示し、光源の発光波長帯に対応して検出波長成分を選択する波長選択透過フィルタの分光特性を（ｂ）に示し、波長選択透過フィルタを通過した後の分光分布を（ｃ）に示している。

例えば図１に示す光源１９Ａが波長λ_Aのレーザ光を出射し、このレーザ光により励起された蛍光が波長λ_Aより長波長側に現れるとする。この蛍光成分を検出するには、戻り光に含まれる反射光成分、即ち、波長λ_Aのレーザ光（励起光）成分を波長選択透過フィルタ４５Ａにより除去して、蛍光成分のみを検出器４３Ａで検出すればよい。その場合、波長選択透過フィルタ４５Ａの分光特性を、光源１９Ａの発光波長である波長λ_Aの光成分を含まない長波長側の波長λ_FA以上を透過させ、波長λ_FAより短波長側を除去するローパスフィルタとすればよい。つまり、波長選択透過フィルタは、対応付けされた光源の発光波長帯の光成分を少なくとも除去する分光特性を備える。

光源１９Ｂ、１９Ｃについても同様であり、検出器４３Ｂ，４３Ｃの光路途中に上記同様の光源に応じた分光特性を有する波長選択透過フィルタ４５Ｂ，４５Ｃを介装することで、各検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃが光源からの反射光成分の影響を受けることなく、蛍光成分のみの情報を選択的に検出できる。また、狭帯域の発光波長であるレーザ光を用いることで、特定の蛍光物質を選択的にしかも高強度で励起発光させることが容易に行える。

図４に上記構成の内視鏡システム１００の制御ブロック図を示した。
内視鏡システム１００は、制御手段であるコントローラ２１の指令により、光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃから互いに異なる発光波長帯のレーザ光を時系列的に順次出射させる。そして、Ｙ回転ミラー３７に照射されたレーザ光が、Ｙ回転ミラー３７によりＹ方向（副走査方向）に走査され、更にＹ方向の走査光がＸ回転ミラー４１に照射されてＸ回転ミラー４１によりＹ方向とは直交するＸ方向（主走査方向）に走査されることで２次元の走査が行われる。このときのＸ回転ミラー４１及びＹ回転ミラー３７を揺動させる駆動信号は、クロック発生回路５１の基準パルスに基づいて生成される。

このようにして時系列的に異なるタイミングで発光される複数のレーザ光を２次元走査して、図１に示す導光体１１内の導光路に導入し、導光体１１先端の対物レンズ部２９から被検体の観察領域Ａに照射する。そして、この観察領域Ａから対物レンズ部２９及び導光体１１内の導光路を通じて戻り来る戻り光を、コントローラ２１の指令によってθ回転ミラー３３を揺動駆動することで各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに応じた対応する光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に振り分け、検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃでそれぞれ検出する。検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃによる検出結果は、それぞれ順次コントローラ２１に送られる。

コントローラ２１は、各検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃで検出された光強度情報と、Ｘ回転ミラー４１，Ｙ回転ミラー３７による走査位置情報と、を合せて２次元画像を生成する。走査位置情報は、各検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの検出タイミングとＸ回転ミラー４１，Ｙ回転ミラー３７への揺動の駆動信号とに基づいてコントローラ２１が生成する。２次元画像は各検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃからの検出信号に対応してそれぞれ生成され、コントローラ２１に備わるメモリ５３に保存される。コントローラ２１は、メモリ５３に保存される各画像に対して、必要に応じて適宜な演算処理を行い、この演算処理された画像情報をディスプレイ２３に表示する。

ここで、観察画像の生成手順の一例について、図５に示すタイミングチャートを用いて説明する。
図１に示す内視鏡システム１００は、２次元画像の単位画素（例えば１画素）に対応する単位主走査期間内に、複数の光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃをそれぞれ順次パルス発光させ、この単位主走査期間内で検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃによりパルス発光のタイミングに同期して各光源に対する戻り光を順次検出する。この発光と検出の処理を、Ｘ回転ミラー４１及びＹ回転ミラー３７の揺動による主走査方向及び副走査方向の各走査位置（スポット光の照射位置）それぞれに対して行い、一画面分の走査で各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに対応する複数（本構成例では３つ）の２次元画像を一度に生成する。なお、単位画素としては、１画素に限らず複数画素としてもよい。

いま、Ｘ回転ミラー４１、Ｙ回転ミラー３７の揺動駆動について、各走査位置の単位移動（２次元画像の１つの単位画素分の移動に相当）を１つのパルスとして表すと、図５に示すように、主走査であるＸ方向への走査はＸ走査パルス５５（１）、５５（２）により、副走査であるＹ方向への走査はＹ走査パルス５７により行われる。Ｘ走査パルス５５（１）と５５（２）との間の単位主走査期間ΔＴは、２次元画像のＸ方向における１画素分に相当し、この単位主走査期間ΔＴ中に複数の光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ全てに対する戻り光の検出を終了させる。

つまり、パルス６１により光源１９Ａをパルス発光させ、光源１９Ａの発光光を導光体１１に送り、導光体１１先端から観察領域Ａに照射させる。この発光光照射時のθ回転ミラー３３の回動位置を、以降、基準位置と呼ぶ。そして、前述したように、その戻り光が導光体１１を通じて光走査ユニット１５に到達するまでの間に、θ回転ミラー３３を駆動パルス６３（Ｆ１）により光源１９Ａに対応された光路Ｌ１に合うように回動させ、戻り光をパルス６５に示すように検出器４３Ａで検出する。

次に、θ回転ミラー３３を駆動パルス６３（Ｂ１）により基準位置に戻して、光源１９Ｂをパルス６７によりパルス発光させる。この場合の戻り光は、光路Ｌ２を通じて検出器４３Ｂに到達することになり、パルス６９で示すように戻り光を検出器４３Ｂで検出する。

そして、θ回転ミラー３３を基準位置としたまま、光源１９Ｃをパルス６８によりパルス発光させる。そして、その戻り光が導光体１１を通じて光走査ユニット１５に到達するまでの間に、θ回転ミラー３３を駆動パルス６３（Ｂ３）により光源１９Ｃに対応された光路Ｌ３に合うように回動させ、戻り光をパルス７０に示すように検出器４３Ｃで検出する。

検出器４３Ｃによる戻り光の検出後、θ回転ミラー３３を駆動パルス６３（Ｆ３）により基準位置に戻す。

以上の各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに対する戻り光の検出を終了した後に、Ｘ走査パルス５５（２）によりＸ回転ミラー４１を更に１画素分走査させ、この処理を主走査方向に繰り返す。更に副走査方向に対しても繰り返すことで、一画面分の走査により、観察領域Ａ上の各走査位置に対する全検出器４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃからの検出データが得られる。このように１つの単位画素に対する主走査期間に複数の光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに対応する戻り光の検出を完了するため、被検体の観察領域に速い動作（内視鏡自体の移動や生体組織の収縮や変位等）が生じても、この影響を最小限に抑えることができる。即ち、得られる複数枚の２次元画像の各画素は、それぞれ極めて短い時間内に全ての検出を完了されるため、複数枚の２次元画像間の対応する画素同士で、実際の観察位置がずれることがない。つまり、光源毎に得られる各画像間の比較や演算に、速い動作が及ぼす影響を最小限に抑えることができ、より精度の高い観察が可能となる。

また、複数種の光源を任意に組み合わせて使用できるため、蛍光観察を行う場合に所望の蛍光物質に適合した光源を自由に選択することができる。これにより、任意の蛍光観察を簡単に実施することができる。また、高いフレームレートが要求される動画像の取得に有利となる。このように、複数の励起光源を順次パルス発光させながら主走査方向及び副走査方向に走査し、このパルス発光のタイミングに同期して各励起光源からの戻り光を各走査位置で検出することで、複数種の光源による各観察画像が、一画面分の走査終了時に纏めて得ることができる。このため、一画面分の走査で各励起光源による戻り光の画像情報がリアルタイムで処理でき、また、それぞれの戻り光の画像情報を重ね合わせて同時に表示することで、各光源による反射光や蛍光の画像情報を動的に、しかも視認性を高めて観察できる。

なお、上記例では光路Ｌ２に各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃからの光を導入しているが、光の導入位置はこれに限らず、例えばθ回転ミラー３３よりも内視鏡スコープ側の光路途中で導入する等、種々の設計変更が可能である。

図６に各検出器による検出データから複数の２次元画像が生成される様子を模式的に示した。
上記の各光源１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃのパルス発光による戻り光の測定結果は、図６に一例として示される手順で画像情報として記録される。Ｘ方向を主走査方向、Ｙ方向を副走査方向として、導光体１１先端から観察領域Ａに各光源の発光光が順次走査される。いま、同図に示す走査位置Ｐにおいて、各検出器からの戻り光の検出結果であるＬ_A（検出器４３Ａ），Ｌ_B（検出器４３Ｂ），Ｌ_C（検出器４３Ｃ）は、検出器毎にそれぞれ画像情報ＩＭＧ（Ａ）、ＩＭＧ（Ｂ）、ＩＭＧ（Ｃ）として図４に示すメモリ５３に記録される。

そして、図７に各画像情報から表示画像を合成する様子を模式的に示すように、画像情報ＩＭＧ（Ａ）、ＩＭＧ（Ｂ）、ＩＭＧ（Ｃ）は、コントローラ２１（図１参照）により適宜な演算処理等が施されてディスプレイ２３への表示画像に変換される。

ここで、表示画像を生成する演算処理について例示する。
・疑似カラー画像の生成
画像情報ＩＭＧ（Ａ），ＩＭＧ（Ｂ），ＩＭＧ（Ｃ）は、互いに異なる波長帯の光を照射したときの観察領域からの戻り光の強度情報である。これらの強度情報は、異なる波長帯のために観察対象が異なる。つまり、蛍光物質が蛍光を発する励起波長は蛍光物質毎に異なっており、生体の内因性蛍光物質（コラーゲンや還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド：ＮＡＤＨ）を自家発光させる励起波長は特定の波長帯に限られる。また、観察領域に対する光の浸入深さは波長依存性を有し、短波長ほど吸収が大きくなって浸入深さが浅くなる。そのため、照射する光が短波長であるほど表面層に近い深さ範囲の情報が得られ、長波長ほど深層までの情報が得られることになる。したがって、各画像情報は、それぞれ異なる観察対象の情報を示しており、これら各画像情報を違いに異なる色で表すことで、異なる観察対象の視認性を向上させて、表示画像上に同時に表現することができる。

例えば、画像情報ＩＭＧ（Ａ）を赤色（Ｒ）、画像情報ＩＭＧ（Ｂ）を緑色（Ｇ）、画像情報ＩＭＧ（Ｃ）を青色（Ｂ）に割り当て、次式により疑似カラー表示画像Ｄout _I,j（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を求め、これをディスプレイ２３に表示する。
Ｄout _ｉ,j（Ｒ，Ｇ，Ｂ） ＝ＩＭＧ_i,j（Ａ），ＩＭＧ_i,j（Ｂ），ＩＭＧ_i,j（Ｃ）
ここで、ｉは主走査方向に対する画素位置、ｊは副走査方向に対する画素位置を表す指標で検出走査時のＸ，Ｙに相当する。なお、上記以外にも、他の色同士の組合せで表示画像を生成してもよく、観察対象、観察目的に応じて適宜変更することができる。また、画素毎の演算に限らず、複数の画素かなる画素ブロック毎に演算を行ってもよい。

次に、光走査ユニットの他の構成例を説明する。
図８に回転カラーフィルタを用いる光走査ユニットの構成例を示した。
同図に示す光走査ユニット１５Ａは、前述の図１に示す光走査ユニット１５の検出光学系３０を変更した他は、光走査ユニット１５と同様の構成を有する。光走査ユニット１５Ａの検出光学系３０Ａは、光導入側コネクタ１７からの光路途中にダイクロイックミラー３１により分岐されて設けられ、前述の光源（図示略）に対応した波長選択透過フィルタ７１ａ，７１ｂ，７１ｃを有する回転カラーフィルタ７１と、光源のパルス発光と同期して回転カラーフィルタ７１を回転駆動する駆動部７３を備える。

また、検出光学系３０Ａは、回転カラーフィルタ７１からの透過光を一つの検出器４３で検出している。Ｘ回転ミラー４１、Ｙ回転ミラー３７は、それぞれの回転軸回りに揺動駆動させる図示しない駆動部に接続される。各駆動部と回転カラーフィルタ７１の駆動部７３は、光走査ユニット１５Ａ内に専用の駆動制御装置を設けてこの駆動制御装置により制御してもよく、コントローラ２１（図１参照）に接続して制御してもよい。

上記構成の光走査ユニット１５Ａは、図１に示す光源１９Ａのパルス発光による戻り光を波長選択透過フィルタ７１ａを介して検出器４３で検出し、光源１９Ｂのパルス発光による戻り光を波長選択透過フィルタ７１ｂを介して検出器４３で検出し、光源１９Ｃのパルス発光による戻り光を波長選択透過フィルタ７１ｃを介して検出器４３で検出する。

したがって、光学系を単純化できるとともに検出のための光路切り替えが不要となり、制御を簡単化できる。よって、一層高速な観察画像の生成が可能となる。

以上説明した内視鏡システム１００は、図１に示す導光体１１及び共焦点光学系を、次の構成とすることができる。
図９は内視鏡システム１００の具体的な使用形態を示しており、（ａ）は内視鏡スコープの鉗子口に導光体を挿入するタイプ、（ｂ）は内視鏡スコープに導光体を固設したタイプを示す概略的な説明図である。

図９（ａ）に示すように、導光体１１と共焦点光学系を細径のプローブ８１で構成した場合、共焦点光学系を有するプローブ８１の先端を、内視鏡スコープ８３の鉗子口８５から鉗子チャンネルに挿入し、内視鏡挿入部８７の先端に開口する鉗子出口８９から表出させる。体腔内への挿入後、このような状態とすることで、被検体に対して共焦点内視鏡による観察が行える。この場合には、プローブ８１による共焦点内視鏡の機能は共焦点内視鏡制御部９１の制御により実現され、内視鏡スコープ８３の撮像部９３による被検体の撮像や送気、送水等の機能は、内視鏡スコープ８３の操作部８３ａや、光源装置９５Ａや画像処理等を行うプロセッサ９５Ｂ等を有する内視鏡制御部９５の制御により実現される。したがって、この構成によれば、共焦点内視鏡と通常の可視光を用いる内視鏡との機能が同時に利用可能となり、内視鏡の機能や利便性が高められる。

また、図９（ｂ）に示すように導光体１１及び共焦点光学系が内設され共焦点内視鏡の機能を備えた内視鏡スコープ８４とすることにより、内視鏡スコープ８４の鉗子口８５を利用可能にして、多様な内視鏡的術式を可能にしている。

以上説明した内視鏡システムは１００、共焦点内視鏡を構成することで、倍率が５００倍以上で、１μｍより細かな分解能を有する観察画像を得ることができる。また、本内視鏡システムによれば、生体の組織の一部を採取し、その組織を検査する生体組織診断によることなく、生体を生きたそのままの状態でリアルタイムで観察することができる。また、共焦点光学系により、観察深さ位置を変更して複数回測定することで、被検体の所定深さのスライス画像を生成することもでき、３次元的な観察・診断が可能となる。

また、蛍光像を観察する蛍光型共焦点内視鏡とした場合には、蛍光によりＳ／Ｎ比の高い画像が得られ、また、診断目的に応じた画像を取得でき、診断精度を向上できる。この蛍光観察の場合、蛍光物質を生体の組織に投与することで、数μｍの細胞核までを観察することができる。蛍光物質としては、Fluorescein, Acriflavine, Tetracycline, Cresyl violet や、インドシアニングリーン：ＩＣＧ、緑色蛍光蛋白質：ＧＦＰ、ＲＦＰ等が利用可能である。

更に、赤血球の大きさは直径約８μｍ、厚さは約２μｍ、白血球の大きさは７〜２５μｍ程度なので、蛍光マーカが赤血球、白血球に付与できれば上記内視鏡システムにより血流の観察が可能となる。

このように、上記内視鏡システムによって、励起光源波長、受光蛍光波長のミスマッチを発生させることなく、複数種の蛍光物質を任意に組み合わせた蛍光観察や、従来、測定が困難であった生体組織の動的な観察が可能となり、診断の適用範囲が広められる。

以上説明したように、本明細書には、次の事項が開示されている。
（１） 互いに異なる発光波長帯を有する複数の光源と、
前記複数の光源からの出射光を、各出射光の光軸の垂直面上で主走査方向及び該主走査方向と直交する副走査方向に２次元走査した走査光を出力する光走査手段と、
内包される導光路の基端に前記光走査手段から走査光が導入され、前記導光路の先端に対物光学系が配設された導光手段と、
前記走査光を前記導光手段先端の対物光学系から被検体の観察領域に向けて照射した際に、前記観察領域から前記導光手段の導光路を通じて戻り来る戻り光を前記走査光の走査位置毎に検出する光検出手段と、
前記光走査手段による前記走査光の走査位置情報及び前記光検出手段による各走査位置における光検出情報を用いて前記観察領域に対応した検出光の２次元画像を生成する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記２次元画像の単位画素に対応する単位主走査期間内に、前記複数の光源をそれぞれ順次パルス発光させ、この単位主走査期間内で前記光検出手段により前記パルス発光のタイミングに同期して各光源に対する前記戻り光を検出することを主走査方向及び副走査方向に対して繰り返し行う内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、複数の光源からの光を光走査手段により２次元走査させ、導光手段により被検体の観察領域に走査しながら照射し、観察領域からの戻り光を光源の発光タイミングに同期して光検出手段によりそれぞれ個別に検出することで、複数種の光源による観察画像を一度に得ることができる。このため、各励起光源による戻り光の画像情報がリアルタイムで処理でき、また、それぞれを重ね合わせて同時に表示することで、各光源による反射光や蛍光の画像情報を動的に、しかも視認性を高めて観察できる。

（２） （１）の内視鏡システムであって、
前記対物光学系が、前記導光路の光出射端を第１の焦点位置、該第１の焦点位置と共役な関係となる第２の焦点位置を前記観察領域とした共焦点光学系を構成する内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、共焦点光学系が構成されることで、第２の焦点位置以外の不要な情報を除去された２次元画像を得ることができる。

（３） （１）又は（２）の内視鏡システムであって、
前記導光手段の導光路が、屈折率の異なるコアとクラッドを有する光ファイバを多数本束ねて形成されている内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、導光手段の導光路内で光走査手段による走査光をその走査状態を維持したまま導光できる。

（４） （１）〜（３）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記光検出手段が、前記複数の光源それぞれに対応付けされた特定の発光波長帯の光成分を少なくとも除去する波長選択透過フィルタと、を有する内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、複数の光源それぞれに対応付けされた特定の発光波長帯の光成分を波長選択透過フィルタにより除去することで、光源毎に異なる波長帯域の光成分を検出することができる。

（５） （１）〜（４）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記複数の光源がレーザ光を出射し、前記光検出手段は前記レーザ光を励起光として前記観察領域が発する蛍光を検出する内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、特定の発光波長のレーザ光を用いることで、特定の蛍光物質を選択的に励起発光させることができる。

（６） （５）の内視鏡システムであって、
前記光検出手段が、予め被検体に投与された蛍光物質からの蛍光を検出する内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、特定の波長帯域の光により、投与された蛍光物質の蛍光波長帯域の光を選択的に検出することができる。

（７） （５）の内視鏡システムであって、
前記光検出手段が、被検体からの自家発光を検出する内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、特定の波長帯域の光により、被検体からの自家発光を選択的に検出することができる。

（８） （１）〜（７）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記導光手段は、前記導光路に接続される対物光学系を内視鏡スコープの鉗子口から鉗子チャンネルに挿通し、前記内視鏡スコープの挿入部先端部位から前記対物光学系の先端を表出させることができる内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、内視鏡スコープとは別体に導光手段を構成することで、内視鏡スコープによる操作と、走査光による拡大観察とを並行して行うことができる。

（９） （１）〜（７）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記対物光学系が内視鏡挿入部の先端部位に固設され、前記導光体が前記対物光学系から延設されている内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、内視鏡スコープと一体に構成されることで、内視鏡スコープの鉗子口を占有することなく利用でき、多様な内視鏡的術式が可能となる。

（１０） （１）〜（９）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記生成された２次元画像に基づく情報を表示する画像表示手段を備えた内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、戻り光の検出により生成された２次元画像やこれを演算処理した画像情報を画像表示手段に表示することで、正確かつ的確な診断が行える。

（１１） （１０）の内視鏡システムであって、
前記制御手段が、前記複数の光源に対応して前記生成された複数の２次元画像を、それぞれ任意の基本色に割り当てて疑似カラー画像を生成し、前記画像表示手段に表示させる内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、疑似カラー画像として表示することで、各光源に対応する画像情報を強調表示して、視認性を高めることができる。

（１２） （１１）の内視鏡システムであって、
前記画像表示手段が、前記複数の光源それぞれに対応する前記疑似カラー画像のうち、１つの光源に対応する画像情報を単独に、あるいは複数の光源に対応する画像情報を同時に表示する内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、各光源に対応する画像情報を選択的に表示でき、目的に応じて必要な情報を視認性を高めて表示することができる。

１１ 導光体（導光手段）
１１ａ 入射端面
１１ｂ 出射端面
１３ 光導入側コネクタ
１５，１５Ａ 光走査ユニット
１７ 光出射側コネクタ
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ 光源
２１ コントローラ（制御手段）
２３ ディスプレイ（表示手段）
２９ 対物レンズ部
３０ 検出光学系
３１ ダイクロイックミラー
３３ θ回転ミラー
３５ Ｙ回転軸
３７ Ｙ回転ミラー
３９ Ｘ回転軸
４１ Ｘ回転ミラー
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ 検出器
４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ 波長選択透過フィルタ
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 波長選択透過フィルタ
７１ 回転カラーフィルタ
７３ 駆動部
８１ プローブ
８３，８４ 内視鏡スコープ
８５ 鉗子口
８７ 内視鏡挿入部
８９ 鉗子出口
９１ 共焦点内視鏡制御部
９３ 撮像部
９５ 内視鏡制御部
９５Ａ 光源部
９５Ｂ プロセッサ
１００ 内視鏡システム
Ａ 観察領域
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 光路
ΔＴ 単位主走査期間

Claims (12)

1. 互いに異なる発光波長帯を有する複数の光源と、
   前記複数の光源からの出射光を、各出射光の光軸の垂直面上で主走査方向及び該主走査方向と直交する副走査方向に２次元走査した走査光を出力する光走査手段と、
   内包される導光路の基端に前記光走査手段から走査光が導入され、前記導光路の先端に対物光学系が配設された導光手段と、
   前記走査光を前記導光手段先端の対物光学系から被検体の観察領域に向けて照射した際に、前記観察領域から前記導光手段の導光路を通じて戻り来る戻り光を前記走査光の走査位置毎に検出する光検出手段と、
   前記光走査手段による前記走査光の走査位置情報及び前記光検出手段による各走査位置における光検出情報を用いて前記観察領域に対応した検出光の２次元画像を生成する制御部と、
   を備え、
   前記制御部が、前記２次元画像の単位画素に対応する単位主走査期間内に、前記複数の光源をそれぞれ順次パルス発光させ、この単位主走査期間内で前記光検出手段により前記パルス発光のタイミングに同期して各光源に対する前記戻り光を検出することを主走査方向及び副走査方向に対して繰り返し行う内視鏡システム。
2. 請求項１記載の内視鏡システムであって、
   前記対物光学系が、前記導光路の光出射端を第１の焦点位置、該第１の焦点位置と共役な関係となる第２の焦点位置を前記観察領域とした共焦点光学系を構成する内視鏡システム。
3. 請求項１又は請求項２記載の内視鏡システムであって、
   前記導光手段の導光路が、屈折率の異なるコアとクラッドを有する光ファイバを多数本束ねて形成されている内視鏡システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
   前記光検出手段が、前記複数の光源それぞれに対応付けされた特定の発光波長帯の光成分を少なくとも除去する波長選択透過フィルタと、を有する内視鏡システム。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
   前記複数の光源がレーザ光を出射し、前記光検出手段は前記レーザ光を励起光として前記観察領域が発する蛍光を検出する内視鏡システム。
6. 請求項５記載の内視鏡システムであって、
   前記光検出手段が、予め被検体に投与された蛍光物質からの蛍光を検出する内視鏡システム。
7. 請求項５記載の内視鏡システムであって、
   前記光検出手段が、被検体からの自家発光を検出する内視鏡システム。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
   前記導光手段は、前記導光路に接続される対物光学系を内視鏡スコープの鉗子口から鉗子チャンネルに挿通し、前記内視鏡スコープの挿入部先端部位から前記対物光学系の先端を表出させることができる内視鏡システム。
9. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
   前記対物光学系が内視鏡挿入部の先端部位に固設され、前記導光体が前記対物光学系から延設されている内視鏡システム。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
    前記生成された２次元画像に基づく情報を表示する画像表示手段を備えた内視鏡システム。
11. 請求項１０記載の内視鏡システムであって、
    前記制御手段が、前記複数の光源に対応して前記生成された複数の２次元画像を、それぞれ任意の基本色に割り当てて疑似カラー画像を生成し、前記画像表示手段に表示させる内視鏡システム。
12. 請求項１１記載の内視鏡システムであって、
    前記画像表示手段が、前記複数の光源それぞれに対応する前記疑似カラー画像のうち、１つの光源に対応する画像情報を単独に、あるいは複数の光源に対応する画像情報を同時に表示する内視鏡システム。

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