JP2012508034A - 内蔵偏光ｌｅｄ照明を有する高解像度デジタルビデオコルポスコープおよびコンピュータ化された臨床データ管理システム - Google Patents

Abstract

本発明は、ＬＥＤおよび交差偏光を使用して、グリント（標準的なコルポスコピー画像の鮮明性に悪影響を及ぼす）のあるものおよびグリントのないもの両方の高輝度、高解像度のデジタル画像と、より低い解像度のストリーミング映像を生成する。本発明は、組織の深層を複数の倍率でより効率的に視覚化することができ、それにより、本発明の診断能力を高め、また、焦点サブシステム、ならびに静止画像データの保管および注釈付けのためのコンピュータ化されたデータ管理システムも含む。

Description

本願は、２００８年８月１日出願の米国仮特許出願第６１／１３７，６８４号「ＣｅｒｖｉｃａｌＭＤ Ｃ３０ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ（ＣｅｒｖｉｃａｌＭＤ Ｃ３０画像化サブシステム）」に対する優先権を主張する。

本発明は、医用画像化に関し、より詳細には、交差偏光により正反射（グリント（glint））を抑制して、複数の倍率の交差偏光および平行偏光された高輝度画像を実時間で生成することにより、被写体（器官や組織等）内の診断に関連する特徴の視覚化を強化する装置および方法に関する。装置は、好ましくは、焦点サブシステム、ならびに、保管の目的およびデジタルデータの注釈のためのコンピュータ化データ管理システムも含む。

本発明は子宮頸癌との関連で開示されるが、多くの他の医療分野に適用可能である。子宮頸癌は全世界の女性に２番目に多い癌であり、年間５０万人近くが新規に発症し、２７万人以上が死亡している（ＩＡＲＣ、「Ｇｌｏｂｏｃａｎ ２００２ ｄａｔａｂａｓｅ（Ｇｌｏｂｏｃａｎ２００２年データベース）」国際癌研究機関、２００２年。参照により本明細書に組み込まれる）。浸潤性疾患は、それに先行して前癌状態の子宮頸部上皮内腫瘍（ＣＩＮ）が形成されるため、早期に検出し、適切に治療すれば、子宮頸癌は例外なく予防することができる（Ｄ．Ｇ．Ｆｅｒｒｉｓ、Ｊ．Ｔ．Ｃｏｘ、Ｄ．Ｍ．Ｏ’Ｃｏｎｎｏｒ、Ｖ．Ｃ．Ｗｒｉｇｈｔ、およびＪ．Ｆｏｅｒｓｔｅｒ、Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｏｌｐｏｓｃｏｐｙ． Ｔｅｘｔｂｏｏｋ ａｎｄ Ａｔｌａｓ（最新コルポスコピー：テキストブックおよびアトラス）、１〜６９９ページ、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｃｏｌｐｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｃｅｒｖｉｃａｌ Ｐａｔｈｏｌｏｇｙ、２００４年。参照により本明細書に組み込まれる）。コルポスコピーは、米国では、異常細胞スクリーン（パパニコロウ塗抹検査またはパプ塗抹検査）に基づいてＣＩＮおよび癌を検出するための主要な診断方法である。コルポスコピー検査の目的は、病変を識別し、その重症度を評定して、必要な場合は最高段階の異常を示す生検材料を採取できるようにすることである。そして、病理医により、組織の形態に基づいて生検材料が顕微鏡で評価される。

内蔵された白色光源および支持機構に取り付けられた対物レンズを備える顕微鏡（Ｂ．Ｓ．Ａｐｇａｒ、Ｂｒｏｔｚｍａｎ．Ｇ．Ｌ．およびＳｐｉｔｚｅｒ，Ｍ．、Ｃｏｌｐｏｓｃｏｐｙ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ（コルポスコピー：原理と実践）、Ｗ．Ｂ．Ｓａｕｎｄｅｒｓ Ｃｏｍｐａｎｙ、フィラデルフィア州、２００２年。同文献は参照により本明細書に組み込まれる）。低い拡大レベル（およそ５０〜１００ｍｍの円形視野に相当）では、膣および子宮頸部全体を視覚化することができ、通例はこの設定を使用して表面の構造および構成の全体的な印象を得る。中程度の倍率（およそ１５〜３０ｍｍの円形視野に相当）および高い倍率（およそ５〜１５ｍｍの円形視野に相当）は、膣および子宮頸部の詳細な分析に利用される。そのような高い倍率は、多くの場合、より進行した前癌または癌病変の存在を示す特定の血管パターンを検出し、識別するために必要とされる。コルポスコピー検査時には、通常、酢酸とヨード液を子宮頸部の表面に塗布して異常領域の視覚化を向上させる。加えて、しばしば、種々の色の色付フィルタを使用して、通常の白色光を使用することでは容易に見ることができない血管パターンを目立たせる。

標準的なコルポスコピー検査と通常のスクリーニングにより、子宮頸癌の全発生率は劇的に低下したが、新たな技術により、現在受容されているコルポスコピー実践の感度と特異度をさらに向上させることができる。デジタル画像化は、医用画像化を根本的に変えることができ、高性能のコンピュータプログラムでＣＡＤ（コンピュータ支援検出またはコンピュータ支援診断）を用いて医師を支援することを可能にする技術の１つである。デジタル画像化とＣＡＤの組合せは、高い感度および特異度で実時間で自動的にＣＩＮを識別することにより、女性の健康の改善に直接的な影響を及ぼし、関連する費用を軽減することができると考えられる。この事は、生検で偽陽性が出ることが減り、最終的には生検が不要になることを意味する。コルポスコピーの補助として機能するＣＡＤシステムは、複数のコルポスコピー担当者間の大きなばらつきを最小にし、一貫性があり、より高い精度の標準を可能にすることができるであろう。ＣＡＤシステムが低費用の装置に組み込まれて、機械に精通したコルポスコピー担当者を実際に生み出す製品の実現は、開発途上国におけるスクリーニングの利用可能性と費用対効果を高める可能性があると考えられる。

デジタル画像化は、コンピュータ化された臨床データ管理システムを実装する手段を提供する。そのようなデータ管理システムは、取得されたデジタルデータの管理、表示、および注釈、ならびにコルポスコピーに関連するワークフローの自動化を提供することができるであろう。そのようなシステムは、患者のデータおよび病歴の管理を簡略化し、電子的な患者データ記録の使用を可能にし、ＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）等の医用画像化における情報を処理、格納、印刷、および伝送するための標準的なシステムとインタフェースをとり、融合することができるであろう。ＤＩＣＯＭは、医用画像化で情報を処理、格納、印刷、および伝送するための規格である。ＤＩＣＯＭは、ファイル形式の定義とネットワーク通信プロトコルを含む。通信プロトコルは、ＴＣＰ／ＩＰ（標準的なインターネットワークプロトコル）を使用してシステム間で通信するアプリケーションプロトコルである。ＤＩＣＯＭファイルは、ＤＩＣＯＭ形式で画像および患者データを受信することが可能な２つのエンティティ間で交換することができる。デジタル画像化単独は遠隔医療アプリケーションの必須条件でもあり、非都市部および開発途上国におけるスクリーニングおよび検出の利用可能性をさらに高める。

コルポスコピー特徴を確実に評価するために、ＣＡＤシステムが動作する対象の画像は高い視覚的品質でなければならない。低品質の子宮頸画像に寄与する要因の１つは正反射（グリント）である。正反射とは、表面からの完全な鏡状の光の反射であり、単一の入射方向からの光（すなわち光線）が単一の出射方向に反射される。グリントは、画像中の色情報を実質的になくしてしまうとともに、結果的に画像中にアーチファクト（組織構造の不正確な表現）を生じさせるため、望ましくない。グリントが色情報をなくすのは、鏡が反射された光の色を示し、鏡自体の色を示さないのと同じように、鏡状の反射が、下にある組織の色ではなく光源の色を示すためである。この色情報は癌の前駆体を検出する際に重要である場合があるので、画像中のグリントの量を減少させることは、診断の目的で高品質画像を生成する際に有効である。しかし、画像からすべてのグリントを除去することが常に望ましいとは限らない。何故ならば、グリントを含んでいる組織または器官の画像の方が自然で立体的に見える場合があるからである。また、コルポスコピー担当者は、子宮頸部のグリントパターンを分析して、病変の重症度を評価するために使用される重要な特徴である病変の表面輪郭を評定する。

従来技術では、グリントの影響を低減する、またはグリントを解消するいくつかの方法を記載する。光学コルポスコープを使用する医師は、スコープの視野および／または照明条件を変化させて、グリントを子宮頸部の別の部位に移動して関心領域をグリントのない状態に保つか、または多くの場合はグリントを完全に解消することができる。別の方法は、種々の角度で対象物に向けられた複数の光源を使用するものである（例えばＫ．Ｔ．Ｓｃｈｏｍａｃｋｅｒ、Ｔ．Ｍ．Ｍｅｅｓｅ、Ｃ．Ｊｉａｎｇ、Ｃ．Ｃ．Ａｂｅｌｅ、Ｋ．Ｄｉｃｋｓｏｎ、Ｓ．Ｔ．Ｓｕｍ、およびＲ．Ｆ．Ｆｌｅｗｅｌｌｉｎｇ、Ｎｏｖｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｉｎｔｒａ−ｅｐｉｔｈｅｒｉａｌ ｎｅｏｐｌａｓｉａ（子宮頸部上皮内腫瘍の生体内識別および位置特定のための新規の光学検出システム）、Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ１１（３）、０３４００９−１−１２，２００６年、ならびにＪ．Ｅ．Ｋｅｎｄｒｉｃｋ、Ｗ．Ｋ．Ｈｕｈ、およびＲ．Ｄ．Ａｌｖａｒｅｚ、ＬＵＭＡ^ＴＭ Ｃｅｒｖｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ＬＵＭＡ（商標）頸部画像化システム）、Ｅｘｐｅｒｔ Ｒｅｖ．Ｍｅｄ．Ｄｅｖｉｃｅｓ ４（２）、１２１−１２９ページ、２００７年を参照されたい。同文献は参照により本明細書に組み込まれる）。異なる角度で子宮頸部を照明し、数枚の画像を取得することにより、頸部表面のグリントの位置がそれら画像間で異なり、画像を組み合わせてグリントのない合成画像を作成することができる。

各々が偏光サングラスと同じように機能する偏光フィルタの使用は、当分野でよく知られる別のグリント低減または解消技術である（例えばＥ．Ｈｅｃｈｔ、Ｏｐｔｉｃｓ（光学）、Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ社、第１版１９７２年、第２版１９８７年、第３版１９９７、第４版２００１年を参照されたい）。偏光フィルタ法では、光源に配置された１つの偏光フィルタと、検出器の前方に位置する、約９０°回転させた別のフィルタを利用する。この交差偏光手法を適用することにより、調査対象の物体の表面からの反射が完全には除去されなくとも実質的に最小になり、最終的な結果は、実質的にグリントのない物体または画像となる。交差偏光は、例えば市販のコルポスコープ（Ｗｅｌｃｈ Ａｌｌｙｎ Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｌｐｏｓｃｏｐｅ，Ｕｓｅｒ’ｓ ｍａｎｕａｌ（ウェルチアレン・ビデオコルポスコープ、ユーザマニュアル）、２００７年。参照により本明細書に組み込まれる）、および研究用のコルポスコープシステム（Ｓ．Ｎａｋａｐｐａｎ、Ｓ−Ｙ．Ｐａｒｋ、Ｄ．Ｓｅｒａｃｈｉｔｏｐｏｌ、Ｒ．Ｐｒｉｃｅ、Ｍ．Ｃａｒｄｅｎｏ、Ｓ．Ａｕ、Ｎ．Ｍａｃｋｉｎｎｉｎ、Ｃ．ＭａｃＡｕｌａｙ、Ｍ．Ｆｏｌｌｅｎ、およびＢ．Ｍ．Ｐｉｋｋｕｌａ、Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｏｆ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｌｐｏｓｃｏｐｅ（マルチスペクトル・デジタルコルポスコープの実時間品質制御の方法論）、Ｇｙｎｅｃｏｌｏｇｉｃ Ｏｎｃｏｌｏｇｙ １０７、Ｓ２１−Ｓ２２２、２００８年に記載されるもの等。同文献は参照により本明細書に組み込まれる）で用いられる。これらのシステムでは、偏光フィルタは、通例、光源側もしくは検出側、またはその両方にある、コンピュータ制御の回転フィルタホイールまたは手動操作の回転フィルタ保持具で駆動される。偏光フィルタを取り外す、または回転させることができるために、グリントのない交差偏光画像とグリントのある通常の画像の両方を得ることができる。手動操作またはコンピュータ制御の機械アセンブリを使用して偏光フィルタを切り替えまたは回転させる場合の欠点は、時間の経過に伴うそれらユニットの必然的な損耗と最終的な故障である。加えて、機械的なスイッチまたは回転装置では、交差偏光画像と通常画像とでその表示または取り込みに遅延が生じる。この遅延中に、コルポスコープおよび／または患者の著しい動きが発生する可能性がある。そのような動きが発生すると、画像を重ね合わせ（位置合わせし）、異なる大きさの血管等の診断上重要な特徴を追跡することが極めて難しくなる可能性がある。これは、特に、人間による指示または介入に依拠しない、完全に自動化されたＣＡＤシステムの場合に該当する。

偏光素子を組み込んだ画像化システムに関して低品質の子宮頸画像に寄与する別の要因は、偏光が本質的に光を損失させることである。輝度（または強度）は、捕捉された画像中で達成可能なコントラスト（すなわち物体を他の物体および背景から区別可能にする視覚的特性の差）の必須部分であり、また、画像のコントラストは、血管パターン等の癌の前駆体を検出する際に重要なので、画像の鮮明性を保持する際には高輝度の光源が有用である。

しかし、そのような高輝度光源は、紫外線（ＵＶ）および赤外線（ＩＲ）放射への患者の暴露についての許容可能な閾値を超えてはならない（ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｈｙｇｉｅｎｉｓｔｓ（ＡＣＧＩＨ）ｉｎ，Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｌｉｍｉｔ Ｖａｌｕｅｓ（ＴＬＶｓ）ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ａｇｅｎｔｓ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｉｎｄｉｃｅｓ（ＢＥＩｓ）（化学物質および物理的薬剤および生物学的暴露指数（ＢＥＩ）の閾値制限値（ＴＬＶ）に関する米国産業衛生専門家会議（ＡＣＧＩＨ））、Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００８年に記載される。同文献は参照により本明細書に組み込まれる）。ＵＶ放射への暴露は、紅斑や光線角膜炎等、健康への急性の悪影響を及ぼす可能性があり、また細胞中でＤＮＡの損傷を引き起こす恐れがある。現在、ＵＶ放射への暴露は、人が光を見、光に暴露されることが可能になるより前に光源からの光線経路にＵＶ遮断フィルタを用いることにより、完全に解消されないまでも最小に抑えられる（Ｗｅｌｃｈ Ａｌｌｙｎ Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｌｐｏｓｃｏｐｅ，Ｕｓｅｒ’ｓ ｍａｎｕａｌ（ウェルチアレン・ビデオコルポスコープ、ユーザマニュアル）、２００７年等に記載される。同文献は参照により本明細書に組み込まれる。）Ｓ．Ｎａｋａｐｐａｎ、Ｓ−Ｙ．Ｐａｒｋ、Ｄ．Ｓｅｒａｃｈｉｔｏｐｏｌ、Ｒ．Ｐｒｉｃｅ、Ｍ．Ｃａｒｄｅｎｏ、Ｓ．Ａｕ、Ｎ．Ｍａｃｋｉｎｎｉｎ、Ｃ．ＭａｃＡｕｌａｙ、Ｍ．Ｆｏｌｌｅｎ、およびＢ．Ｍ．Ｐｉｋｋｕｌａ、Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｏｆ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｌｐｏｓｃｏｐｅ（マルチスペクトル・デジタルコルポスコープの実時間品質制御の方法論）、Ｇｙｎｅｃｏｌｏｇｉｃ Ｏｎｃｏｌｏｇｙ １０７、Ｓ２１−Ｓ２２２、２００８年。同文献は参照により本明細書に組み込まれる）。多くの高輝度光源は多量のＩＲも含むが、多量のＩＲは本質的に過剰な熱である。ＵＶ放射と同様に、ＩＲ放射への暴露は、ＩＲ遮断フィルタの利用により、最小に抑えられるか、または解消される。使用者または患者の熱への暴露は、ＩＲ遮断フィルタによって最小に抑えられるか、または解消されるが、ＩＲ放射によって生じる熱は、光源アセンブリの光学および機械構成部品に応力を与え、また構成部品と光源自体の寿命を大幅に縮める可能性がある。

さらに、高輝度光源の中には、出力強度が安定する前に長い起動時間を要するものがある。これは、装置が臨床検査で利用可能になるまでに待ち時間があり、そのような装置の費用対効果が低下する可能性があることを意味する。

低品質の子宮頸画像に寄与する第３の要因は不均一な照明であり、その結果画像中で輝度（または強度）が不均一になる可能性がある。輝度が不均一であると、得られた画像に基づく可能なはずの診断の精度が低下する。

以下に挙げる特許は、本発明の分野に関連すると見なすことができる。
参照により本明細書に組み込まれる、Ｏｎｅｄａ他による米国特許第４，９７９，４９８号は、子宮頸部の検査のためのビデオ頸管鏡（cervicoscope）システムを開示し、このシステムは、光ガイドを有する剛性の細長い管状部材と、前記管状部材の遠位端にある撮像手段と、前記管状部材の遠位端周囲に配置された、使い捨ての光伝達スリーブと、前記撮像手段によって撮影された画像を、前記画像が受信および格納される制御ボックスに近位方向に伝送する伝送手段とを備える。

参照により本明細書に組み込まれるＫｅｎｅｔ他による米国特許第５，８３６，８７２号は、身体表面の領域を観察する方法を開示し、この方法は、前記領域を含む前記表面の第１のマルチスペクトルデジタル画像を第１の時に記録するステップと、前記領域を含む表面の後続のマルチスペクトルデジタル画像を後の時に記録するステップと、第１の画像と後続の画像を比較するステップとを含む。また、そのような方法であって、第１の画像および後続の画像が高倍率画像であり、高倍率画像を含む低倍率画像を記録するステップをさらに含む。また、色素性皮膚病変の診断上有用な分類を形成する方法も開示され、そのような方法を使用して、複数の皮膚病変から記録された画像から定量的に抽出された選択特徴を保持するデータベースを構築するステップと、データベース中のそのような各病変にある特徴を、画像が記録された元となった皮膚病変の病歴に相関付けるステップ。さらに、前メラノーマまたは早期メラノーマ状態の診断の方法は、その方法を使用して、病変を含む表面領域を特徴付けるステップと、そのようにして取得された病変の特徴を、前メラノーマまたは早期メラノーマであることが分かっている病変を含む複数の皮膚病変から得られたデータベースにある特徴と比較するか、または色素性皮膚病変の診断上有益な分類に従って病変の特徴を分類するステップを含む。

参照により本明細書に組み込まれる、Ａｌｆａｎｏ他による米国特許第５，９２９，４４３号は、光の偏光および偏光解消に基づく物体の画像化の方法および装置を開示する。一実施形態では、懸濁媒質の表面を光で照明することにより、懸濁媒質の照明された表面から光を後方散乱させ、後方散乱した光の相補偏光成分の対を検出し、相補偏光成分の対を使用して、照明された表面の像を形成することにより、懸濁媒質の表面が画像化される。照明光は、好ましくは偏光され（例えば線形偏光、円偏光、楕円偏光）、例えば照明光が線形偏光された場合は、相補偏光成分の対は、好ましくは、偏光された照明光に対して平行成分および垂直成分となり、画像は、平行成分から垂直成分を減算することにより、または平行成分と垂直成分の比をとることにより、または平行成分と垂直成分の比と差の何らかの組合せを使用することにより、形成される。

参照により本明細書に組み込まれるＢｌａｉｒによる米国特許第５，９８９，１８４号は、デジタルコルポスコピーおよびビデオ撮影のための装置を開示し、この装置は、頸膣組織のデジタル画像を捕捉することができるように、ビームスプリッタを用いてデジタルコルポスコープの光路に動作可能に結合されたデジタル画像化カメラを備える。デジタル画像化カメラおよびデジタルコルポスコープは、装置の関節型アームの一端に搭載される。デジタル処理手段が動作可能にデジタル画像化カメラに接続されてデジタル画像を生成する。デジタル処理手段は、アセンブリの台の中に収容される。

参照により本明細書に組み込まれるＢｌａｉｒによる米国特許第６，２７７，０６７号は、子宮頸部のデジタル画像を生成することが可能な手持ち型のコルポスコピーアセンブリを用いて子宮頸上皮の視覚的検査および分類を行うための方法および携帯可能装置を開示する。装置は、癌および前癌組織を検出するために子宮頸部全体の画像を実時間で撮像および保管することを可能にし、また、コンピュータ化された画像処理を利用することにより、低費用の手持ち型デジタルコルポスコープを用いた子宮頸上皮の客観的な診断を提案する。

参照により本明細書に組み込まれるＡｌｆａｎｏ他による米国特許第６，５８７，７１１号は、癌および前癌状態を検出する目的で皮膚、粘膜、子宮頸組織等の物体を検査する装置を開示する。一実施形態では、装置は、握り部分および筒部分を有する銃型の筐体を備える。筒部分の前端は開口しており、前端の内部にガラス製カバーが装着される。筐体の握り部分の内部には、赤、緑、青、および白色のＬＥＤが配設され、電気的にバッテリに接続され、また筐体の握り部分内部にも配設される。筐体の握り部分の表面には、４つのＬＥＤ各々の作動を制御するための手動操作可能なスイッチに手が届くようになっている。筐体内部には光ファイバが配設され、その光ファイバが使用されて、４つのＬＥＤからの光を、筐体の筒部分内に配設された第１の偏光子、次いでガラス製カバーを通して伝達して、所望物体を照明する。ガラス製カバーを通り筐体に入った物体からの反射光は、第２の偏光子を通過し、その後、光学部品により白黒のＣＣＤ（電荷結合素子）検出器（カメラ）に結像される。第２の偏光子は、筐体の筒部分の中に調節可能に搭載され、好ましくは、照明された物体から発せられた偏光解消光を通過させるように配向される。光学部品は、筒部分の中に配設された、ＣＣＤ検出器に対して調節可能に間隔が空けられたレンズを含むことができる。検出器は、筐体内に搭載されたワイヤレス送信機に結合され、送信機は、検出器からの出力を、遠隔に位置するワイヤレス受信機に送信する。ワイヤレス受信機はコンピュータに結合され、コンピュータは、検出器からの出力を処理する。処理後の出力は、次いでディスプレイに表示される。ディスプレイは、離れた場所にいる専門家による診断のために、遠隔に設置することができる。

参照により本明細書に組み込まれるＵｔｚｉｎｇｅｒ他による米国特許第６，７６６，１８４号は、組織のマルチスペクトル画像を生成する方法および装置を開示する。マルチスペクトル画像は、子宮頸癌等の状態の検出および診断を行うための診断ツールとして使用することができる。照明源で１次放射線が生成される。１次放射線をフィルタリングして、第１の波長および第１の偏光を選択する。フィルタリング後の１次放射線で組織を照明して２次放射線を生成し、２次放射線をフィルタリングして第２の波長および第２の偏光を選択する。フィルタリングした２次放射線が検出器で集光され、検出器と動作可能な関係にある分析ユニットで、第１の波長と第２の波長および第１の偏光と第２の偏光の種々組合せに従って、組織の複数のマルチスペクトル画像が生成される。この発明を利用する装置は、内視鏡およびコルポスコープを含む。

参照により本明細書に組み込まれるＢａｌａｓによる米国特許出願公開第２００６／０１４１６３３号は、組織の異型、異形成、異常増殖、および癌の発現時に、上皮組織の生化学的特徴ならびに／または機能的特徴によって生じる変化の生体内、非侵襲性の早期検出、ならびにそのような変化の段階のマッピングの方法および装置を開示する。方法は、光および特殊な化学薬品を用いた複合型の組織励起の結果、検査対象の組織から再放出される光の特性の空間的、時間的、およびスペクトル的な変化を同時に測定することに基づく。それらの薬品を局所的または体系的に配剤すると、正常組織領域と異常組織領域の間で一過性のコントラストの強調が得られる。装置は、１つまたは複数のスペクトル帯の時間的に連続した画像化を同時に取り込むことを可能にする。測定されたデータに基づいて、薬品と組織の相互作用の動態を表す特徴曲線と、そのデータから導出された数値パラメータが、検査領域の任意の空間点で求められる。そのパラメータに基づいて病変のマッピングおよび特徴化が行われる。

参照により本明細書に組み込まれるＴｒｏｍｂｅｒｇ他による米国特許公開第２００６／０１８４０４３号は、人間または動物組織等の懸濁媒質中の深さ区分型の反射画像化または伝達画像化を行うための定量的変調画像化の方法の改良を開示する。この方法は、懸濁媒質を周期パターンに当てる際に、好ましくは蛍光励起波長で照明の周期パターンを符号化して、懸濁媒質中の深さ分解された構造の判別を提供するステップと、懸濁媒質中の構造の接触のない３次元画像を再構築するステップを対象とする。その結果、広視野の画像化、単一画像の不均一成分からの平均背景光学特性の分離、照明の空間周波数、または定性および定量的構造、機能および組成情報の選択に基づく深層特徴からの表面特徴の分離が、空間符号化データから抽出される。

参照により本明細書に組み込まれるＴｈｒａｉｌｋｉｌｌによる米国特許出願第２００６／０２１５４０６号は、子宮頸組織を検査するための医療診断機器を開示し、この機器は例えばコルポスコープであり、高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）の環状アレイを備えた光源を含む。ＬＥＤアレイは、コルポスコープの光学素子が観察のために照明箇所に接近するための中央アクセス開口を備える。アレイは、複数組のＬＥＤを含み、各組は、赤、青、および緑色を発するＬＥＤを含む。赤、青、および緑色ＬＥＤの強度はそれぞれコントローラで調整して、光源からの照明のスペクトル特性を継続的に変化または調整することができる。選択された色の組合せは、後に取り出すためにメモリに格納することができる。

参照により本明細書に組み込まれるＳｑｕｉｃｃｉｎａｒｉｎｉによる米国特許公開第２００７／０２１３５９０号は、診断データ、治療データ、または解剖評価データを送信、記録、または分析することが可能な、組織の検査で使用するための携帯型の多機能内視鏡装置および方法を開示する。装置は、装置を機能および方向制御できるように人の手で把持できる大きさおよび形状の基部ユニットと、基部ユニットに着脱可能に連結可能な開口部に挿入できる大きさおよび形状の交換可能なヘッドアセンブリと、装置の遠位端外側に配設された膨張式の組織固定器とを含む。好ましい態様では、内視鏡装置は、画像センサ、光源、レンズ、空気ポンプ、および作業器具を有する。

参照により本明細書に組み込まれるＣｈｉｎによる米国特許出願第２００８／００４９９９７号は、画像強調システムを開示し、このシステムは、物体の画像データを提供するデータ源と、画像強調情報を含む強調データ記憶機構と、画像強調情報に基づいて画像データを強調するように構成された画像強調ユニットと、強調された画像データを表すモノクロ画像を画面に表示するように構成されたカラーディスプレイとを備える。強調後の画像データは、１画素当たり少なくとも３２ビットの階調段階を含むことができる。

参照により本明細書に組み込まれるＺｅｌｅｎｃｈｕｋによる米国特許出願公開第２００５／００４３６５号は、健常組織と病変組織のｉｎ ｓｉｔｕ判別のシステムおよび方法を開示する。光ファイバ探針を用いて紫外線照明を組織標本に誘導し、蛍光反応放射を収集する。反応放射を選択された３つの波長で観察し、波長の１つは等吸収点に対応する。一例では、等吸収点は約４３１ｎｍで出現する。４３１ｎｍの強度を使用して、観察された信号の強度が正規化される。判別分析でその比を使用してスコアが求められる。判別分析の結果に応じて、検査対象の組織は、病変または健常の診断に基づいて、再区分されるか、または再区分されない。

本発明は、ＵＶまたはＩＲの放射を一切発生しない高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用した、電子的な切替えが可能な光源システムを有する、非機械、非可動式（固定または据え置き型）の偏光アセンブリを用いることにより、標準的なコルポスコピー検査を行う際に本質的に伴うグリントの問題に対処し、また、機械フィルタホイールまたは回転フィルタアセンブリの使用の制約、光源の輝度、ＵＶおよびＩＲの害への暴露の健康上の側面、および大半の高輝度光源の長い起動時間に対処する。

本発明は、好ましくは、複数(multiple)の倍率(magnifications)で、鮮明画像の複数の対、グリントのない画像（交差偏光画像）、およびグリントのある画像（平行偏光画像）を作成する装置である。用語「交差偏光（ＸＰ）」は、第１の偏光方向が第２の偏光方向と直角の場合を言い、一方、用語「平行偏光（ＰＰ）」は、第１の偏光方向が第２の偏光方向と平行である場合を言う。本発明では、ＰＰは単一偏光も意味する場合があり、単一偏光では偏光方向が１つしかなく、すなわち偏光が生じない。ＸＰ画像とＰＰ画像は、診断の目的で相互と組み合わせて使用することができる。例えば、ＸＰ画像とＰＰ画像を重ね合わせ(registered)（位置合わせし）、次いで互いにフェード合成(faded into each other)して医師の癌検出を支援することができる（本出願と同一の譲受人に譲渡された、２００８年８月１１日出願の同時係属の米国特許出願第１２／２２８，２９８号、名称「Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｍａｇｅ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｆａｄｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｔｗｏ Ｉｍａｇｅｓ（２つの画像間をフェード合成する画像操作の方法）」に記載される。同文献は参照により本明細書に組み込まれる）。２つの画像間をフェード合成すると、グリントに遮蔽されている可能性のある重要な特徴を医師が検出することが可能になり、同時に、画像中の組織または器官（子宮頸部等）の自然な３次元形状を所望の程度維持する。

グリントを抑制するために、第１の好ましい実施形態は、好ましくは、組織の深層を複数の倍率で視覚化できる交差偏光を用い、それにより本発明の診断能力をさらに高める。典型的な蛍光および白熱光源よりも密度の高い発光で、より高輝度かつより均一な照明表面を生成するために、この実施形態における光源は、好ましくは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）の組を２つ備え、発光ダイオードは、好ましくは、動作電流または電圧を電子的に変化させることによって迅速にオンオフされて直接的かつ均一に視野を照明する。ＬＥＤからの光は、好ましくは、視野に到達する前に照明偏光子で偏光される。

本発明のＬＥＤの使用は、いくつかの利益を提供する。ＬＥＤは、蛍光灯および白熱灯と異なり、固体素子であり、より高速なオンオフ切替えが可能であるため、平行偏光画像の取得と交差偏光画像の取得の切替えをより容易かつ迅速に実現することができる。本発明は、好ましくは、機械的に移動する偏光フィルタに代えて、２組のＬＥＤの前方に固定された照明偏光子（ＩＰ）を用いる。ＬＥＤを迅速に切り替える（各組のＬＥＤのオンオフを迅速に交互に行う）ことにより、連続した画像間で患者が動くことの影響も低減され、連続した画像間のより正確な重ね合わせ（位置合わせ）が可能になり、診断上重要な特徴を検出する可能性が高まる。ＬＥＤアセンブリはまた、光ファイバケーブルの束と共に蛍光または白熱照明を使用する典型的な照明源に比べて低費用かつ小型であり、また、ＬＥＤは約５万時間の使用と１００万回のオン／オフサイクルが定格で定められているので、蛍光灯または白熱灯を使用するよりも信頼性が高い。比較として、蛍光灯または白熱灯の定格寿命は通例１万時間未満であり、多くの場合は通例わずか１千時間の寿命である。ＬＥＤは、また、蛍光灯および白熱灯に比べて熱の発生が少ない。したがって、装置筐体に必要とされる冷却および断熱が少なく、電源部を小さくすることが可能であり、例えば、ファンが小さくなり、生じる騒音および振動が低減するため、患者および操作者にとって快適である。ＬＥＤの熱効率は熱も低減させる。熱は、装置の架台の熱膨張を生じさせ、画像の光学的品質を低下させる可能性がある。ＬＥＤは、電力消費を可視光に変換する際に必要とする電力がより少なく、より効率的であり、最終的に装置の消費電力を下げ、必要な場合には遠隔地でのバッテリ動作も可能にする。さらに、ＬＥＤから発する光は、従来の白熱灯および蛍光灯と異なり広く平坦な領域にわたって発せられ、したがって、より均一な照明を提供する。

さらに、生体内検査では患者の安全が最も重要であるため、蛍光灯と異なり、ＬＥＤのスペクトル放射が著しい量の紫外線（ＵＶ）光を含まないことは極めて有益である。この事により、本発明がＵＶ用のフィルタ、検出器およびハードウェアを使用する必要がなくなり、それらはすべて、ＵＶ出力を監視、測定、制御、または最小にしてＵＶによる検査領域の損傷を防止するためにＵＶ放出光源と併用される。

本発明者らは、異なるＬＥＤの組を迅速に切り替えて、視野を瞬時、直接、かつ均一に照明して組織または器官をほぼ同時に画像化すること、および、画像の輝度を損なうことなくグリントの負の影響を抑制する交差偏光の利点を採り入れた他の画像化装置を知らない。

本発明の現在好ましい第１の実施形態は、好ましくは２組のＬＥＤを使用する。各組の各ＬＥＤは、その前方に別個の非可動式（固定または据え置き型）の照明偏光子（ＩＰ）を有し、第１の組の各ＬＥＤの前方にある固定ＩＰは、水平の方向を有し、すなわち水平偏光され（水平方向である必要はなく、任意の第１の偏光方向でよい）、第２の組の各ＬＥＤの前方にある固定ＩＰは、垂直の方向を有し、すなわち垂直偏光される（垂直の方向である必要はなく、第１の偏光方向に対して実質的に直角である任意の第２の偏光方向でよい）。好ましくは、これらのＩＰは一体形成して単一の偏光要素とし、各組の各ＬＥＤは、該当する偏光を有する、対応する領域の後方に配置される。

本発明は、好ましくは、追加的な別個の偏光要素、好ましくは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）も含み、その偏光要素は、入射光線を偏光するのと同時に２つのビームに分割し、分割されたビームを２つのカメラ（検出器）に誘導し、各カメラは、異なる形で偏光された検査領域の像を受け取る。理想的には、偏光ビームスプリッタは、ビームを、直交する（直角の）偏光を有する２つのビームに分割して、水平偏光光（すなわち第１の偏光方向を有する光）がＰＢＳから反射され、カメラの１つに向けて誘導され、垂直偏光光（第２の偏光方向を有する光）がＰＢＳを通して第２のカメラに向けて伝達されるようにする。

したがって、第１のＬＥＤの組がオンにされると、光はＩＰを通過して水平偏光光（すなわち第１の偏光方向を有する光）になり、その光は、視野内の被写体（組織や器官等）を直接照明する。水平偏光光の一部は被写体から水平偏光グリント（下記で説明する）として反射され、残りの部分は一部が被写体に吸収され、その後拡散反射光として反射される（下記で説明する）。反射されたグリントは、水平偏光（すなわち第１の偏光方向）を維持して水平偏光グリント（すなわち第１の偏光方向を有するグリント）になる。組織を貫通した光は、十分な回数の散乱事象を経て徐々に非偏光状態になり、一部は、組織から拡散反射光として反射される。したがって、被写体から反射された第１の全反射光は、水平偏光グリント（すなわち第１の偏光方向を有するグリント）および拡散反射光を含む。グリントは、１つの表面（例えば子宮頸組織の表面）から１つの方向に（例えばカメラの１つに向けて）反射された光を言い、拡散光とは、全方向に散乱された非偏光光を言う。非偏光光をＰＰ光とＸＰ光両方組合せと説明できることは当分野ではよく知られている。カメラはカメラの方向に反射された拡散光部分のみを捉えるので、拡散反射光には、グリントと同様の画像を視覚的に損なう影響（すなわちグレア）はない。

第１の全反射光がＰＢＳに到達すると、そのビームスプリッタは、光を偏光すると共に、相互に対して実質的に直角の偏光方向を有する第１および第２の光線に分割する。ＰＢＳは好ましくは、水平偏光グリントおよび水平の方向を有するその他の拡散反射光（第１のＰＰ出力）を、第１のカメラに誘導し、第１のカメラは第１のＰＰ像を生成する。ＰＢＳで分割された第２の光線は、第１のビームと実質的に直角の偏光方向を持つ拡散反射光（第１のＸＰ出力）を含み、第２のカメラに誘導され、第２のカメラは第１のＸＰ像を生成する。本発明のすべての好ましい実施形態について、ＰＰ像は、常に、グリントを含む分割後の光線から作成され、対してＸＰ像は、グリントを含まない分割後の光線から作成される。

あるいは、第２のＬＥＤの組がオンにされると、光はＩＰを通過して垂直偏光光（第２の偏光方向を有する光。第２の偏光方向は第１の偏光方向に対して実質的に直角）になる。この場合、第２の全反射光は垂直偏光グリント（すなわち第２の偏光方向を有するグリント）および拡散反射光を含む。ＰＢＳは、この場合は、第２の全反射光を第２のＰＰ出力および第２のＸＰ出力に分割し、第２のＰＰ出力（垂直偏光グリントおよび垂直の方向を有する拡散反射光）を第２のカメラに誘導し、第２のカメラは第２のＰＰ像を生成する。第２のＸＰ出力（水平の方向を有する全反射光）は、ＰＢＳから第１のカメラに誘導され、第１のカメラは第２のＸＰ像を生成する。

２つのカメラは、好ましくは、ＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）カメラであり、相互位置合わせ（互いと位置を合わせ）されるが、異なる倍率を有する。第１のカメラは好ましくは第１の倍率（全体表示、すなわち対象とする被写体全体を画像化することができる倍率）を有し、第２のカメラは好ましくは第２の倍率（拡大表示、すなわち診断上重要な最小の特徴を観察することを可能にする倍率）を有する。２組のＬＥＤを迅速に切り替えることにより（迅速に１組をオンにし、他方の組をオフに、またはその逆により）、装置内の２つのカメラは、同一検査領域の４つの別個の像を取得し、２つの像が第１の倍率であり、２つの像が第２の倍率である。第１の倍率の２つの像の一方の像が平行偏光され、他方が交差偏光されたものとなる。同じことが第２の倍率の２つの像にも当てはまり、一方が平行偏光、他方が交差偏光されたものとなる。

動作電流を電子的にオンオフすることによって２組のＬＥＤを迅速に切り替えると、相互と重ね合わせられた（相互と位置合わせされた）像を２台のカメラでほぼ同時に取得することができ、画像化システムが取り込むのが平行偏光画像であるか、または交差偏光画像であるか、およびカメラで画像を取り込む際の倍率を調節することができる。ＰＰ画像は、標準的なコルポスコピー画像に類似し、ＸＰ画像の方は、見た目はＰＰ画像より不鮮明であるが、ＰＰ画像にあるグリントがない。

第２の好ましい実施形態は２組のＬＥＤを備え、単一の拡大レベル、またはズームレンズの使用により連続的な倍率を有する１台のカメラを使用する。この第２の好ましい実施形態では、非偏光光をＩＰを通過させた後に２組のＬＥＤを迅速に切り替えることにより、装置は、同一検査領域の同一倍率の２つのほぼ同時の像を取得し、１つがＸＰ像であり、１つがＰＰ像である。ズームレンズを使用すると、光学部品の機械的な運動が伴い、それに付随して時間遅延が生じるが、異なる倍率でＸＰ像とＰＰ像の複数の対を得ることが可能になる。

第３の好ましい実施形態は第１の実施形態に似るが、１組のみのＬＥＤを備え、２台のカメラを使用する、より簡略なシステムである。この好ましい実施形態では、単一の組のＬＥＤからの非偏光光がＩＰを通る際に偏光されて、視野内の被写体を直接かつ均一に照明する水平偏光光（すなわち第１の偏光方向を有する光）を生成する。被写体と相互作用した水平偏光光は、水平偏光グリントおよび拡散反射光を含む全反射光として反射される。この全反射光がＰＢＳに到達すると、ＰＢＳは好ましくは水平偏光グリントと、水平の方向を有する拡散反射光（ＰＰ出力）を、ＰＰ像を生成する第１のカメラに誘導し、垂直の方向を有する拡散反射光（ＸＰ出力）を、ＸＰ像を生成する第２のカメラに誘導する。カメラにズーム制御を加えることにより、異なる倍率のＰＰ像およびＸＰ像を得ることができる。

第４の好ましい実施形態は、上記のどの実施形態よりも簡略である。この実施形態は、１組のみのＬＥＤおよび１つのカメラを使用する。第４の好ましい実施形態は、グリントのない（ＸＰ）像の収集のみに重点を置く。この実施形態でも、装置は、単一の組のＬＥＤからの非偏光光をＩＰを通すことにより偏光して水平偏光光（すなわち第１の偏光方向を有する光）を生成して、視野中の被写体を照明する。被写体と相互作用した水平偏光光は、水平偏光グリントおよび拡散反射光を含む全反射光として反射される。この全反射光がＰＢＳに到達すると、ＰＢＳは、垂直の方向を有する拡散反射光（ＸＰ出力）を、ＸＰ画像を生成するカメラに誘導する。カメラにズーム制御を加えることにより、異なる倍率のＸＰ像を得ることができる。

本発明の現在好ましい実施形態は、焦点サブシステムも含み（本願と同一の譲受人に譲渡された、２００８年７月３１日出願の同時係属米国特許出願第１２／２２１，２６７号、名称「Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｐｏｔ Ｆｏｃｕｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（単一箇所の焦点制御）」に記載される。同文献は参照により本明細書に組み込まれる）、このサブシステムは、最適な焦点を達成するために、焦点が合わせられた光線（例えばレーザビーム）の垂直位置を利用して装置と検査領域間の距離を判断する。好ましくは、２つのカメラは、ビデオモード（低解像度であるが画像取り込みは高速）およびカメラモード（画像取り込みレートはビデオモードより低いが、最大解像度で、すべての診断用の特徴が存在する高解像度の画像を取得する）で動作することが可能である。焦点サブシステムは、好ましくは、本発明がカメラモードでＸＰ像およびＰＰ像を収集する前に、満足の行く焦点を達成するためにビデオモードで利用される。

本発明の現在好ましい実施形態は、データ管理システムも含み、このシステムは、完全にデジタル化されたデータフローを可能にし、データの転送および格納を簡略にし、人的エラーのリスクを最小にする。データ管理システムは、（ｉ）画像強調アルゴリズムの使用、（ｉｉ）画像処理アルゴリズムの使用、（ｉｉｉ）注釈プログラムの使用、（ｉｖ）デジタル保管、および（ｖ）遠隔での表示を可能にする。それにより、本発明が、（ｉ）システム診断を行い、（ｉｉ）より広範なシステム情報を操作者および技術者に与え、（ｉｉｉ）各画像データセットに関して、その画像が取得された際のシステムの状態に関して広範な情報を含めることも可能になる。データ管理システムは、好ましくは、完全に一体化されたユーザインタフェースも含み、インタフェースでは、物理的ボタンがハードウェアプラットフォームおよびソフトウェアプラットフォームに対応付けられて、必要な場合は装置の機能を新しい機能に適合させることができる。同様の機能を持つデータ管理システムが、本願と同一の譲受人に譲渡された２００５年２月３日出願の同時係属米国特許出願第１１／１８４，０４６号、名称「Ｕｔｅｒｉｎｅ Ｃｅｒｖｉｃａｌ Ｃａｎｃｅｒ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ（子宮頸癌のコンピュータ支援診断）」に記載される。同文献は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、好ましくは自己完結型のシステムでもあり、すなわち、画像を検討し、注釈をつけるためにコルポスコープと、物理的に別個のコンピュータとを切り替える必要がなく、システムは、そうでない場合にコルポスコープとコンピュータの間に存在するケーブルの束を不要にする。

本発明の現在好ましい実施形態は、偏光光を生成し、偏光光で視野を照明し、視野内の被写体から偏光光を反射させ、反射光を平行偏光出力および交差偏光出力に分割し、平行偏光出力から平行偏光像を生成し、交差偏光出力から交差偏光像を生成し、平行偏光像および交差偏光像を使用して組織の視覚化を強化する方法も開示する。

照明システムの主要構成要素の概念側面図である。 ２組のＬＥＤがある場合の構成を示す照明システムの概念正面図である。図２Ａは合計８個のＬＥＤを含む構成の図である。図２Ｂは合計４個のＬＥＤを含む構成の図である。図２Ｃは合計２個のＬＥＤを含む構成の図である。 水平偏光された（すなわち第１の偏光方向を有する）１組のＬＥＤの構成を示す照明システムの概念正面図である。図３Ａは合計８個のＬＥＤを含む構成の図である。図３Ｂは合計４個のＬＥＤを含む構成の図である。図３Ｃは合計２個のＬＥＤを含む構成の図である。 垂直偏光された（すなわち第２の偏光方向）１組のＬＥＤの構成を示す照明システムの概念正面図である。図４Ａは、合計８個のＬＥＤを含む構成の図である。図４Ｂは、合計４個のＬＥＤを含む構成の図である。図４Ｃは、合計２個のＬＥＤを含む構成の図である。 交差偏光の過程を説明する好ましい実施形態の概念図である。図５Ａは２カメラシステムの図である。図５Ｂは単一カメラシステムの図である。 図６Ａは、カメラシステムの１つの正面図である。図６Ｂはその側面図である。 図７Ａは、２カメラシステムの検出システムの側面概念図である。図７Ｂは、１カメラシステムの検出システムの側面概念図である。 ３つの異なる焦点状態について、カメラの物体面、カメラ、および頸部に対して焦点が合わせられた光の位置を示す焦点サブシステムの図である。図８Ａは頸部に焦点が合っている状態の図である。図８Ｂは頸部が近過ぎる状態の図である。図８Ｃは頸部が遠過ぎる状態の図である。 データ管理システムのフローチャートである。

初めに、図１に示すように、視野内の被写体７２（器官、組織等）が、現在好ましい実施形態の照明サブシステムによって直接照明される。照明サブシステムの目的は、本発明が、運動（例えば患者の動き）によるぶれを回避にする、または最小にすることができる迅速さで画像を取得するのに十分な強度（輝度）で、視野内の被写体の均一で直接的な照明を提供することである。照明サブシステムは、好ましくは、以下の主要構成要素を備える。（ａ）前方レンズ３４、（ｂ）照明偏光子（ＩＰ）３６、（Ｃ）ＬＥＤレンズ４２、（ｄ）１組または複数組のＬＥＤ４９、（ｅ）制御用電子機器を備えた照明ボード５０、および（ｆ）電源１５。照明される被写体７２と同様に、焦点システムのレーザ５１および照明システムの光線方向７０も示される。ＬＥＤ４９は、好ましくは照明ボード５０上に搭載され、照明ボード５０には、動作電流および電圧を設定し、ＬＥＤ４９を迅速にオンオフするための制御用電子機器も設けられる。ＬＥＤレンズ４２は、非偏光ＬＥＤ４９からの発散光を光出力ビーム６６中に合焦する。ＩＰ３６は、ＬＥＤレンズ４２の前方に配置される。前方レンズ３４は、偏光されたＬＥＤ光出力７０を被写体７２に向けて誘導して被写体７２を含む視野全体を照明する。

ＬＥＤ４９、ＩＰ３６、および前方レンズ３４を示す照明システムの正面図を図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ、および図４Ａ〜４Ｃに示す。２組のＬＥＤの構成を図２Ａ〜２Ｃに示し、一方、１組のＬＥＤの構成を図３Ａ〜３Ｃおよび図４Ａ〜４Ｃに示す。光の偏光方向を矢印で示す。

図２Ａ〜２Ｃは、２組のＬＥＤ４９を使用する好ましい実施形態を示し、塗りつぶした矢印は第１のＬＥＤの組４９を表し、輪郭線の矢印は第２のＬＥＤの組４９を表す。矢印の方向は、ＩＰ３６から伝達された後のＬＥＤ光７０の偏光方向を表す。輪郭線の矢印は水平方向の偏光方向（または第１の偏光方向）を有し、黒く塗りつぶした矢印は垂直方向の向き（または第２の偏光方向）を有する。２組のＬＥＤ４９の場合、ＩＰ３６は、好ましくは、第２の偏光方向が第１の偏光方向と実質的に直角になるように各ＬＥＤの組４９からの光を偏光するように設計される。図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは、直角偏光方向の光で照明を達成するための、それぞれ８個、４個、および２個のＬＥＤの使用を図示する。直角の偏光方向（すなわち２つの偏光方向）を持つ２組のＬＥＤ４９の場合、構成は好ましくは、合計ＬＥＤ数が２の倍数となるように設計して、両方の偏光方向についてほぼ同等の強度（輝度）および均一な照明を保証する。図２Ａ〜２Ｃには図示しないが、当業者は、６、１０、１２、１４個等の他のＬＥＤ数のＬＥＤ構成を容易に設計することができよう。ＬＥＤ４９の円形の設計および交互に配置された偏光方向により、両方の偏光方向について均一な照明が保証される。

図３Ａ〜３Ｃおよび図４Ａ〜４Ｃは、１組のみのＬＥＤ４９を使用する代替実施形態を示し、それらの図でも矢印の方向がＬＥＤからの光の偏光方向を表す。この場合、ＩＰ３６は、ＬＥＤ４９からの光を単一の偏光方向のみに偏光するように設計される。図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、それぞれ８個、４個、および２個のＬＥＤの使用を示す。ここで、任意数のＬＥＤを使用することができるが、この場合も円形の構成で均一な照明を保証する。ここでも、当業者は、２、４、および８個以外の数のＬＥＤ（例えば６、１０、１２、１４個等）についてのＬＥＤ構成を容易に設計することができよう。

図５Ａおよび図５Ｂに、本発明の好ましい実施形態における交差偏光の過程を示す。紙面に対して直角の偏光方向の光の存在（水平偏光光）を「○」で示し（例えば７０）、紙面と平行な偏光方向の光の存在（垂直偏光光）を上下の矢印で示す（例えば８２）。「○」と上下の矢印の両方がある箇所は非偏光光を表す（例えば６６）。

図５Ａに示すように、ＸＰ画像およびＰＰ画像は、少なくとも１組のＬＥＤ４９からの非偏光光６６で視野を照明することによって得られ、非偏光光６６は、ＩＰ３６でフィルタリングされて、水平偏光光（すなわち第１の偏光方向を有する光）７０を生成する。水平偏光光７０が視野内で被写体７２（子宮頸組織等）と相互作用すると、光７０は、一部は組織を貫通し、また一部は水平偏光グリント（すなわち第１の偏光方向を有するグリント）として反射される。組織を貫通した光の部分は、徐々に非偏光状態になり、組織から拡散反射光として反射される。全反射光７４は、（ｉ）水平偏光グリントと、（ｉｉ）拡散反射光両方組合せになる。光を直角の方向に分割するように設計された追加的な偏光要素（偏光ビームスプリッタまたはＰＢＳ２２等）に全反射光７４が到達すると、偏光要素は、全反射光をＰＰ出力７６とＸＰ出力８２に分割し、出力７６および８２は、別個のカメラ２０および２４に受け取られる。ＰＰ出力は、ＰＰ像を生成し、水平偏光グリントおよび同一の偏光を有する拡散反射光（水平偏光された拡散反射光）を含んでいる。ＰＰ像は、標準的なコルポスコピーデータと概ね同様の見かけとなる。他方の出力であるＸＰ出力は、垂直偏光され（垂直偏光は、光を垂直偏光しなければならないという意味ではなく、上記の第１の偏光に対してある程度の角度、好ましくは実質的に直角の第２の偏光方向を有する光であってよい）、同一の垂直偏光を有するがグリントのない拡散反射光のみを含んでいる。したがって、第１のカメラ２０がＰＰ像を生成し、第２のカメラ２４がＸＰ像を生成する。

図５Ｂは、１つのみのカメラ２４を使用し、したがってＸＰ像だけを取得する概念を図示する。
図６Ａおよび図６Ｂは、現在好ましい実施形態のカメラ構成を示す。図６Ａは、カメラの１つの正面図であり、図６Ｂはその側面図である。図６Ａおよび図６Ｂに見られるように、各カメラは、好ましくは、次の構成要素、すなわち撮像センサ８３、レンズマウント８４、出力ケーブルコネクタ筐体８５、および出力ケーブルコネクタ８６を備える。センサ８３は、好ましくは、ビデオモードおよびカメラモードの２つの動作モードで動作可能である。ビデオモードでは、操作者が、位置決めおよび手動焦点のために通常のビデオカメラと同じように装置を操作する。このモードでは、低解像度、高フレームレートの画像ストリームが生成される。カメラモードでは、本発明は、フレームレートを下げる代わりに好ましくは可能な限り最高の画像解像度が達成されるように、撮像センサの設定を一時的に変更する。本発明の最終的なＸＰおよびＰＰ像は、好ましくはカメラモードで取得され、後の再検討、画像の注釈、および処理のために格納される。ＸＰ像および／またはＰＰ像は、重ね合わせ（位置合わせ）してから相互とフェード合成して、医師が診断に達するのを支援することもできる。

図７Ａは、２台のカメラを含む検出システムの現在好ましい実施形態の側面図を示し、図７Ｂは、１台のみのカメラを含む検出システムの別の実施形態の側面図を示す。前方レンズ３４、偏光要素（偏光ビームスプリッタ等）２２、ならびにカメラ２０および２４の配置が同図に示される。

図７Ａに見られるように、２カメラシステムの場合、第１のカメラ２０の光学部品は、好ましくは被写体の全視野を捉えるように設計され、第２のカメラ２４の副光学部品は、好ましくは、第１のカメラより狭い関心領域の拡大表示を捉えるように設計される（典型的には診断に関連する最小の特徴を解像することが可能である）。２組のＬＥＤを使用する好ましい実施形態では、２組のＬＥＤの光路は、ＰＢＳ２２で分割された後に互いと直角になるように偏光され、どちらの組のＬＥＤがオンにされるかに応じて、両カメラによって受け取られ、表示される画像出力は、（ｉ）全体表示のＸＰ像、（ｉｉ）拡大表示の関心領域のＰＰ像、（ｉｉｉ）全体表示のＰＰ像、または（ｉｖ）拡大された関心領域のＸＰ像、のいずれかになる。ＰＰ像とＸＰ像は、照明源（ＬＥＤ）の切替え（すなわちオンオフ切替え）が迅速であるために実質的に相互と位置が合っており、例えば２つの像をフェード合成する等、診断の目的で互いと組み合わせて使用することができる。１組のみのＬＥＤを使用する実施形態では、２つのカメラシステム２０および２４の光学部品は、好ましくは、被写体の同一の視野を捉えるように設計され、この表示は、関心領域の全体表示または拡大表示である。その場合、受け取られ、表示される画像出力は、（ｉ）全体表示の（または拡大された）ＸＰ像、または（ｉｉ）全体表示の（または拡大された）ＰＰ像、のいずれかになる。

図７Ｂに見られるような単一（１台の）カメラシステムの場合、カメラ２４の光学部品は好ましくは、被写体の全視野を捉えるように構成された固定焦点距離レンズか、または被写体の全視野と被写体の拡大表示の両方を捉えるように構成されたズームレンズのいずれかである。

本発明の現在好ましい実施形態は、画像の最適な合焦を達成する助けとなる焦点サブシステムも備える。この焦点サブシステムは、ビデオモードで撮影された画像を分析して、カメラモードで画像が取得される前に、本発明の焦点が合っているかどうかを判断する。図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに図示するように、焦点光源（例えば焦点が合わせられたＬＥＤまたはレーザ）５１が、レンズ３４を通じて光軸６０に向けて合焦される焦点ビーム５３を生成し、カメラの視野内における焦点ビームの変位（Δｙ）により、検査領域（関心領域または物体）７２と、焦点ビーム５３が光軸６０と交わるカメラの物体面６２とを位置合わせするために必要な距離（Δｚ）が一意に決まる。図８Ａに見られるように検査領域がカメラの物体面と位置が合っている時、検査領域に「焦点が合って」いる。焦点ビームが画像の下方の画素内にある時、検査領域は、図８Ｂに示すように近過ぎ、サブシステムは「焦点ずれ」である。焦点ビームが画像の上方の画素内にある時、図８Ｃに見られるように検査領域は遠過ぎ、サブシステムはこの場合も「焦点ずれ」である。焦点サブシステムの出力は、最適な焦点を達成するために操作者が装置を動かすべき方向を示唆する。焦点光源５１は図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃでは光軸６０の下に位置するように示されるが、光軸から離れた任意の位置に配置することができる。このシステムは、焦点ビームと光軸が互いに対して一定の角度（□）内にある限り動作することが可能であり、焦点ビームは、関心領域以外の物体には遮られない。焦点システムは、角度αが約２〜６０度の範囲にある時に動作可能である。好ましくは、角度αは、約４〜１５度の範囲であるべきである。最適には、角度は、約５〜８度の範囲であるべきである。

本発明の現在好ましい実施形態は、データ管理システムも含む。図９にデータ管理システムのフローチャートを示す。データ管理システム３は、画像データおよび患者データのデータベースを含み、データ取得システム７、ならびにＰＡＣＳ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）１０、病状報告１１、患者データ記録１２、遠隔医療アプリケーション１３、およびユーザによって定義される任意の他のソース１４等の外部ソースと対話する。ＰＡＣＳは、画像の格納、検索、配布、および提示を専用とするコンピュータまたはネットワークを言う。医用画像は、好ましくは、本発明に関係しない、広く使用される形式で格納される。医用画像格納の最も一般的な形式は、現時点ではＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）である。

このデータ管理システムは、完全にデジタル化されたデータフローを可能にし、データの転送および格納を簡略にし、人的エラーのリスクを最小にする。データ管理システムは、（ｉ）画像強調アルゴリズムの使用、（ｉｉ）画像処理アルゴリズムの使用、（ｉｉｉ）注釈プログラムの使用、（ｉｖ）デジタル保管、および（ｖ）遠隔での表示を可能にする。それにより、本発明が、（ｉ）システム診断を行い、（ｉｉ）より広範なシステム情報を操作者および技術者に与え、（ｉｉｉ）各画像データセットに関して、その画像が取得された際のシステムの状態に関して広範な情報を含めることも可能になる。データ管理システムは、好ましくは、完全に一体化されたユーザインタフェースも含み、インタフェースでは、物理的ボタンがハードウェアプラットフォームおよびソフトウェアプラットフォームに対応付けられて、必要な場合は装置の機能が新しい機能に適応できるようにする。

本発明は、ＬＥＤおよび交差偏光を使用して、画像の鮮明性を保持しながらグリントを抑制した、高輝度、高解像度のデジタル画像（グリントのある画像とない画像の両方）を生成し、また、好ましくは複数の倍率で交差偏光画像（グリントのない画像）および平行偏光画像（グリントのある画像）の両方を作成する。本発明は、少なくとも１つのグリントのある画像とグリントのない画像を使用することによって視野内の被写体（組織や器官等）の視覚化を強化することが望まれる任意の画像化装置に適用することができる。

Claims (10)

1. 視野 (field of view) 内の組織(tissue)の視覚化(visualization)を強化する(enhancing)装置であって、
   前記視野上に光を発する第１のＬＥＤの組であって、前記第１のＬＥＤの組がオンにされると、前記第１のＬＥＤの組は、前記第１のＬＥＤの組と前記視野との間に配置された第１の照明偏光子(illumination polarizer)を通じて前記視野に光を発して、第１の偏光方向(orientation)を有する偏光光(polarized light)を前記視野内に生成し、前記第１の偏光方向を有する前記偏光光は、被写体(subject)により第１の全反射光(total reflected light)として反射される、第１のＬＥＤの組と、
   前記視野上に光を発する第２のＬＥＤの組であって、前記第２のＬＥＤの組がオンにされると、前記第２のＬＥＤの組は、前記第２のＬＥＤの組と前記視野との間に配置された第２の照明偏光子を通じて前記視野に光を発して、第２の偏光方向を有する偏光光を前記視野内に生成し、前記第２の偏光方向を有する前記偏光光は、前記被写体により第２の全反射光として反射される、第２のＬＥＤの組と、
   前記第１のＬＥＤの組の点灯(illuminating)と前記第２のＬＥＤの組の点灯とを迅速に(rapidly)切り替える(switch)切替え手段と、
   前記第１の全反射光および前記第２の全反射光を受け取り、前記第１のＬＥＤの組が点灯された時には前記全反射光を第１の平行偏光(parallel-polarized)出力および第１の交差偏光(cross-polarized)出力に分割(split)し、前記第２のＬＥＤの組が点灯された時には第２の平行偏光出力および第２の交差偏光出力に分割する偏光要素と、
   前記第１のＬＥＤの組が点灯された時には、前記第１の平行偏光出力を受け取って第１の平行偏光像(parallel-polarized image)を生成し、前記第２のＬＥＤの組が点灯された時には、前記第２の交差偏光出力を受け取って第２の交差偏光像(cross-polarized image)を生成する第１のカメラと、
   前記第１のＬＥＤの組が点灯された時には前記第１の交差偏光出力を受け取って第１の交差偏光像を生成し、前記第２のＬＥＤの組が点灯された時には、前記第２の平行偏光出力を受け取って第２の平行偏光像を生成する第２のカメラと
   を備え、
   前記平行偏光像および前記交差偏光像は組織の視覚化を強化する、装置。
2. 視野内の組織の視覚化を強化する装置であって、
   前記視野上に光を発する第１のＬＥＤの組であって、前記第１のＬＥＤの組がオンにされると、前記第１のＬＥＤの組は、前記第１のＬＥＤの組と前記視野との間に配置された第１の照明偏光子を通じて前記視野に光を発して、第１の偏光方向を有する偏光光を前記視野内に生成し、前記第１の偏光方向を有する前記偏光光は、前記被写体により第１の全反射光として反射される、第１のＬＥＤの組と、
   前記視野上に光を発する第２のＬＥＤの組であって、前記第２のＬＥＤの組がオンにされると、前記第２のＬＥＤの組は、前記第２のＬＥＤの組と前記視野との間に配置された第２の照明偏光子を通じて前記視野に光を発して、第２の偏光方向を有する偏光光を前記視野内に生成し、前記第２の偏光方向を有する前記偏光光は、前記被写体により第２の全反射光として反射される、第２のＬＥＤの組と、
   前記第１のＬＥＤの組の点灯と前記第２のＬＥＤの組の点灯とを迅速に切り替える切替え手段と、
   前記第１の全反射光および前記第２の全反射光を受け取り、前記第１のＬＥＤの組が点灯された時には前記全反射光を第１の平行偏光出力および第１の交差偏光出力に分割し、前記第２のＬＥＤの組が点灯された時には第２の平行偏光出力および第２の交差偏光出力に分割する偏光要素と、
   前記ＬＥＤの組の一方が点灯された時には前記交差偏光出力を受け取って交差偏光像を生成し、他方のＬＥＤの組が点灯された時には前記平行偏光出力を受け取って平行偏光像を生成するカメラと
   を備え、
   前記交差偏光像および前記平行偏光像は組織の視覚化を強化する、装置。
3. 視野内の組織の視覚化を強化する装置であって、
   前記視野上に光を発する第１のＬＥＤの組と、
   前記第１のＬＥＤの組と前記視野との間に配置されて、前記視野に発された前記光を水平偏光光にする照明偏光子であって、前記水平偏光光は、前記被写体により全反射光として反射される、照明偏光子と、
   前記全反射光を受け取り、前記全反射光を平行偏光出力および交差偏光出力に分割する偏光要素と、
   前記交差偏光出力を受け取って交差偏光像を生成する第１のカメラと、
   前記平行偏光出力を受け取って平行偏光像を生成する第２のカメラと
   を備え、
   前記交差偏光像および前記平行偏光像は組織の視覚化を強化する、装置。
4. 視野内の組織の視覚化を強化する装置であって、
   前記視野上に光を発する第１のＬＥＤの組と、
   前記ＬＥＤの組と前記視野との間に配置されて、前記視野に発された前記光を水平偏光光にする照明偏光子であって、前記水平偏光光は、前記被写体により全反射光として反射される、照明偏光子と、
   前記全反射光を受け取り、前記全反射光を平行偏光出力および交差偏光出力に分割する偏光要素と、
   前記交差偏光出力を受け取って交差偏光像を生成するカメラと
   を備え、
   前記交差偏光像は、組織の視覚化を強化する、装置。
5. 前記第１の照明偏光子および前記第２の照明偏光子が好ましくは一体形成される、請求項１または２のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第１のカメラが第１の倍率であり、前記第２のカメラが第２の倍率であり、前記第２の倍率は前記第１の倍率より大きい、請求項１または３のいずれか一項に記載の装置。
7. 最適な(optimal)焦点(focus)を達成する(achieve)焦点サブシステムをさらに備える、請求項１、２、３、または４のいずれか一項に記載の装置。
8. 保管の目的およびデジタルデータの注釈(annotation)のためのコンピュータ化されたデータ管理システムをさらに備える、請求項１、２、３、または４のいずれか一項に記載の装置。
9. グリント(glint)を抑制し、画像の鮮明性を維持する(preserve)方法であって、
   非偏光光を偏光して、第１の偏光方向を有する偏光光を生成するステップと、
   第１の偏光方向を有する前記偏光光で視野を照明するステップと、
   前記偏光光を被写体から全反射光として反射させるステップと、
   前記全反射光を平行偏光出力および交差偏光出力に分割するステップと、
   前記平行偏光出力および前記交差偏光出力を集光するステップと、
   前記交差偏光出力から交差偏光像を生成し、前記平行偏光出力から平行偏光像を生成するステップと
   を含み、
   前記交差偏光像および前記平行偏光像は組織の視覚化を強化する、方法。
10. グリントを抑制し、画像の鮮明性を維持する方法であって、
    非偏光光を偏光して、第１の偏光方向を有する偏光光を生成するステップと、
    第１の偏光方向を有する前記偏光光で視野を照明するステップと、
    前記偏光光を被写体から全反射光として反射させるステップと、
    前記全反射光を平行偏光出力および交差偏光出力に分割するステップと、
    前記交差偏光出力を集光するステップと、
    前記交差偏光出力から交差偏光像を生成するステップと
    を含み、
    前記交差偏光像は組織の視覚化を強化する、方法。

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