JP2014061226A - 走査型共焦点内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】走査領域内の中心部分が周辺部分と比べて暗い画像となり、一様な明るさの共焦点画像を得ることができない。
【解決手段】パルス光により被写体を渦巻状に二次元走査し、パルス光により励起された蛍光を共焦点ピンホールを介して受光して画像信号を検出し、検出される画像信号に対し、パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、割り当てられた画素位置に各画像信号を配列して共焦点画像を生成する構成であり、パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある画素位置に各画像信号を配列したときに画像信号が配置されない画素が生じ、かつ画像信号が配置されない画素の割合が二次元画素配列の中心に近いほど高くなるように、パルス光の射出タイミングを制御するように構成した。
【選択図】図５

Description

この発明は、励起光により励起された被写体から発せられる蛍光のうち共焦点光学系の焦点位置と光学的に共役の位置に配置された共焦点ピンホールを介した光のみを検出して画像化する走査型共焦点内視鏡システムに関する。

体腔内の生体組織を観察するための走査型共焦点内視鏡システムが知られている。この種の走査型共焦点内視鏡システムの具体的構成は、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の走査型共焦点内視鏡システムは、蛍光物質を含有する薬剤が投与された生体組織を共焦点プローブより射出される励起光で走査し、走査された生体組織から発せられる蛍光のうち共焦点光学系の焦点位置と光学的に共役の位置に配置された共焦点ピンホールにより抽出される光を取得して画像化する。

また、光ファイバにより伝送される光を生体組織上で渦巻状に走査させ、その反射光を受光して画像化する走査型内視鏡システムが知られている（例えば特許文献２や特許文献３）。この種の走査型内視鏡システムに備えられる走査型プローブは、光ファイバが圧電アクチュエータにより片持ち梁状に保持されている。圧電アクチュエータは、振動の振幅を変調及び増幅させながら、光ファイバの先端を渦巻状に回転移動させる。これにより、光ファイバより射出された光が生体組織上を渦巻状に走査し、走査された領域の画像の取得が可能となる。特許文献２及び特許文献３には、生体組織を渦巻状に走査する構成を走査型共焦点内視鏡システムに適用することも提案されている。

特開２００４−３２１７９２号公報 特許第４０８０４２６号公報 特開２０１０−１６２０９０号公報

特許文献２や特許文献３に例示される走査型内視鏡システムでは、照射光を略円形の走査領域内で中心から周辺に向かい一定の回転周期で渦巻状に二次元走査する。このように、照射光は等角速度で走査されるため、円周長の短い走査領域内の中心に近い領域ほど照射光の走査速度が遅く、円周長の長い走査領域内の周辺に近い領域ほど照射光の走査速度が速い。そのため、走査領域内の中心部分と周辺部分とでは、走査領域（生体組織）に対する単位面積当たりの照射光量（照射エネルギー）が異なる。より詳細には、走査領域内の中心に近い領域ほど単位面積当たりの照射エネルギーが高く、走査領域内の周辺に近い領域ほど単位面積当たりの照射エネルギーが低い。

従って、このような渦巻状の走査方式の構成を特許文献１に例示される共焦点内視鏡システムに適用すると、単位面積当たりの照射エネルギーが高い走査領域内の中心に近い生体組織ほど、生体組織に堆積した蛍光物質の分解（褪色）が走査領域内の周辺に近い生体組織と比べて速く進行する。このため、走査領域内の中心部分が周辺部分と比べて暗い画像となり、一様な明るさの共焦点画像を得ることができないという問題が指摘される。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、走査領域内における蛍光物質の褪色による共焦点画像の明るさのムラを抑えるのに好適な走査型共焦点内視鏡システムを提供することである。

本発明の一形態に係る走査型共焦点内視鏡システムは、励起光であるパルス光を射出する光源部と、光源部より射出されるパルス光により被写体を略円形の走査領域内で中心及び周辺の一方から他方に向かい一定の回転周期で渦巻状に二次元走査する走査部と、パルス光の集光点と光学的に共役の位置に配置された共焦点ピンホールと、パルス光により励起された被写体から発せられる蛍光を、共焦点ピンホールを介して受光して画像信号として検出する画像信号検出部と、検出される画像信号に対し、パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、割り当てられた画素位置に各画像信号を配列して共焦点画像を生成する画像生成部とを備えたものである。光源部は、パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある画素位置に各画像信号を配列したときに画像信号が配置されない画素が生じ、かつ画像信号が配置されない画素の割合が二次元画素配列の中心に近いほど高くなるように、パルス光の射出タイミングを制御する。

本発明の一形態によれば、スポットの単位面積当たりの照射エネルギーが高い領域である、走査領域内の中心に近い領域ほど、より多くのスポットが間引かれて、スポットが疎に形成される。このように、走査領域内の中心に近い領域ほどスポットを疎に形成して褪色の進行が速い領域を減少させることにより、走査領域内の中心部分で起きる褪色による共焦点画像の明るさの低下が、スポットを間引かない場合と比べて目立ち難くなる。そのため、共焦点画像の明るさのムラを実質的に抑えることが可能となる。

また、画像生成部は、画像信号が配置されない画素の画素値を当該画素の周辺画素の画素値を用いて補完する構成としてもよい。

また、光源部は、走査領域内の各走査位置へのパルス光の射出タイミングを、画像信号が配置されない画素位置を除く残り画素位置と１対１で対応するタイミングで制御する構成としてもよい。

また、走査型共焦点内視鏡システムは、画像信号が配置されない画素の割合を示す割合情報を複数種類記憶する記憶部と、記憶された複数種類の割合情報の中から１つを指定する指定部とを備えた構成であってもよい。この場合、光源部は、指定部により指定された割合情報に基づいてパルス光の射出タイミングを制御する。

また、光源部は、二次元画素配列内の全ての画素位置の夫々について、対応する走査領域内の走査位置を１対１で関連付けたリマップテーブルと、リマップテーブルに基づいて各々が画素位置と１対１で対応付けられたパルス信号よりなるパルス信号列を生成するパルス信号生成部と、生成されたパルス信号列に含まれるパルス信号を走査領域の中心に近いものほど高い割合で消去にするパルス信号消去部とを有した構成としてもよい。この場合、パルス信号が走査領域の中心に近いものほど高い割合で消去にされ、一部のパルス信号が消去されたパルス信号列を用いてパルス光の射出タイミングが制御されることにより、パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある画素位置に各画像信号を配列したときに画像信号が配置されない画素が生じ、かつ画像信号が配置されない画素の割合が二次元画素配列の中心に近いほど高くなる。

また、走査型共焦点内視鏡システムは、パルス信号消去部によりパルス信号が消去される割合を示す割合情報を複数種類記憶する記憶部と、記憶された複数種類の割合情報の中から１つを指定する指定部とを備えた構成としてもよい。この場合、パルス信号消去部は、指定部により指定された割合情報に基づいてパルス信号を消去する割合を決定し、決定された割合で該パルス信号を消去する。

本発明によれば、走査領域内における蛍光物質の褪色による共焦点画像の明るさのムラを抑えるのに好適な走査型共焦点内視鏡システムが提供される。

本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムが有する共焦点光学ユニットの構成を概略的に示す図である。 ＸＹ近似面上における光ファイバの先端の回転軌跡を示す図である。 パルス光による被写体に対するスポット形成位置と、ラスタ座標（共焦点画像の画素アドレス）との関係を模式的に示す図である。 間引き処理後のパルス信号列に基づいて照射されたパルス光のスポット形成位置と、ラスタ座標（共焦点画像の画素アドレス）との関係を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムについて説明する。

図１は、本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１は、共焦点顕微鏡の原理を応用して設計されたシステムであり、高倍率かつ高解像度の被写体を観察するのに好適に構成されている。図１に示されるように、走査型共焦点内視鏡システム１は、システム本体１００、共焦点プローブ２００及びモニタ３００を備えている。走査型共焦点内視鏡システム１を用いた共焦点観察は、可撓性を有する共焦点プローブ２００の管状部の先端面を被写体（体腔内の生体組織）に当て付けた状態で行う。

システム本体１００は、光源１０２、光分波合波器（フォトカップラ）１０４、ダンパ１０６、ＣＰＵ１０８、ＣＰＵメモリ１１０、光ファイバ１１２、受光器１１４、信号処理回路１１６、画像メモリ１１８、信号出力回路１２０、レーザ制御回路１２２、リマップテーブル用メモリ１２４、間引き回路１２６及び操作部１２８を有している。共焦点プローブ２００は、光ファイバ２０２、共焦点光学ユニット２０４、サブＣＰＵ２０６、サブメモリ２０８及び走査ドライバ２１０を有している。

光源１０２は、ＣＰＵ１０８の指示によるレーザ制御回路１２２の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤に含有されている蛍光物質を励起する励起光を射出する。励起光は、例えば波長４８８ｎｍのパルス状のレーザ光であり、以下「パルス光」と記す。パルス光は、光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４のポートの一つには、光コネクタ１５２が結合している。光分波合波器１０４の不要ポートには、光源１０２より射出されたパルス光を無反射終端するダンパ１０６が結合している。前者のポートに入射したパルス光は、光コネクタ１５２を介して共焦点プローブ２００内に配置された光学系に入射する。

光ファイバ２０２の基端は、光コネクタ１５２を通じて光分波合波器１０４と結合している。光ファイバ２０２の先端は、共焦点プローブ２００の先端部に組み込まれた共焦点光学ユニット２０４内に収められている。光分波合波器１０４を射出したパルス光は、光コネクタ１５２を介して光ファイバ２０２の基端に入射した後、光ファイバ２０２を伝送して光ファイバ２０２の先端より射出される。

図２（ａ）は、共焦点光学ユニット２０４の構成を概略的に示す図である。以下、共焦点光学ユニット２０４を説明する便宜上、共焦点光学ユニット２０４の軸線方向（長手方向）をＺ方向と定義し、Ｚ方向に直交しかつ互いに直交する二方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向と定義する。図２（ａ）に示されるように、共焦点光学ユニット２０４は、各種構成部品を収容する金属製の外筒２０４Ａを有している。外筒２０４Ａは、外筒２０４Ａの内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒２０４Ｂを同軸（Ｚ方向）にスライド可能に保持している。光ファイバ２０２の先端（以下、符号「２０２ａ」を付す。）は、外筒２０４Ａ、内筒２０４Ｂの各基端面に形成された開口を通じて内筒２０４Ｂに収容支持されており、走査型共焦点内視鏡システム１の二次的な点光源として機能する。点光源である先端２０２ａの位置は、ＣＰＵ１０８による制御に基づいて周期的に変化する。

サブメモリ２０８は、共焦点プローブ２００の識別情報や各種プロパティ等のプローブ情報を格納している。サブＣＰＵ２０６は、システム起動時にサブメモリ２０８からプローブ情報を読み出して、システム本体１００と共焦点プローブ２００とを電気的に接続する電気コネクタ１５４を介してＣＰＵ１０８に送信する。ＣＰＵ１０８は、送信されたプローブ情報をＣＰＵメモリ１１０に格納する。ＣＰＵ１０８は、格納したプローブ情報を必要時に読み出して共焦点プローブ２００の制御に必要な信号を生成して、サブＣＰＵ２０６に送信する。サブＣＰＵ２０６は、ＣＰＵ１０８から送信された制御信号に従って走査ドライバ２１０に必要な設定値を指定する。

走査ドライバ２１０は、指定された設定値に応じたドライブ信号を生成して、先端２０２ａ付近の光ファイバ２０２の外周面に接着固定された二軸アクチュエータ２０４Ｃを駆動制御する。図２（ｂ）は、二軸アクチュエータ２０４Ｃの構成を概略的に示す図である。図２（ｂ）に示されるように、二軸アクチュエータ２０４Ｃは、走査ドライバ２１０と接続された一対のＸ軸用電極（図中「Ｘ」、「Ｘ’」）及びＹ軸用電極（図中「Ｙ」、「Ｙ’」）を圧電体上に形成した圧電アクチュエータである。

走査ドライバ２１０は、交流電圧Ｘを二軸アクチュエータ２０４ＣのＸ軸用電極間に印加して圧電体をＸ方向に共振させると共に、交流電圧Ｘと同一周波数であって位相が直交する交流電圧ＹをＹ軸用電極間に印加して圧電体をＹ方向に共振させる。交流電圧Ｘ、Ｙはそれぞれ、振幅が時間に比例して線形に増加して、時間（Ｘ）、（Ｙ）かけて実効値（Ｘ）、（Ｙ）に達する電圧として定義される。光ファイバ２０２の先端２０２ａは、二軸アクチュエータ２０４ＣによるＸ方向、Ｙ方向への運動エネルギーが合成されることにより、Ｘ−Ｙ平面に近似する面（以下、「ＸＹ近似面」と記す。）上において中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように回転する。先端２０２ａの回転軌跡は、印加電圧に比例して大きくなり、実効値（Ｘ）、（Ｙ）の交流電圧が印加された時点で最も大きい径を有する円の軌跡を描く。図３に、ＸＹ近似面上の先端２０２ａの回転軌跡を示す。

パルス光は、二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加開始直後から印加停止までの期間中、レーザ制御回路１２２による光源１０２の駆動制御に従って、光ファイバ２０２の先端２０２ａから所定の発光パターンで射出される。以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。サンプリング期間が経過して二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加が停止すると、光ファイバ２０２の振動が減衰する。ＸＹ近似面上における先端２０２ａの円運動は、光ファイバ２０２の振動の減衰に伴って収束し、所定時間経過後に中心軸ＡＸ上で停止する。以下、説明の便宜上、サンプリング期間が終了してから先端２０２ａが中心軸ＡＸ上に停止するまでの期間（より正確には、中心軸ＡＸ上での停止を保証するため、停止までに要する計算上の時間より僅かに長い期間）を「制動期間」と記す。一フレームに対応する期間は、１つのサンプリング期間と１つの制動期間で構成される。制動期間を短縮するため、制動期間の初期段階に二軸アクチュエータ２０４Ｃに逆相電圧を印加して制動トルクを積極的に加えてもよい。

また、図２（ａ）に示されるように、光ファイバ２０２の先端２０２ａの前方には、対物光学系２０４Ｄが設置されている。対物光学系２０４Ｄは、複数枚の光学レンズで構成されており、図示省略されたレンズ枠を介して外筒２０４Ａに保持されている。レンズ枠は、外筒２０４Ａの内部において、内筒２０４Ｂと相対的に固定され支持されている。そのため、レンズ枠に保持された光学レンズ群は、外筒２０４Ａの内部を内筒２０４Ｂと一体となってＺ方向にスライドする。

内筒２０４Ｂの基端面と外筒２０４Ａの内壁面との間には、圧縮コイルばね２０４Ｅ及び形状記憶合金２０４Ｆが取り付けられている。圧縮コイルばね２０４Ｅは、自然長からＺ方向に初期的に圧縮狭持されている。形状記憶合金２０４Ｆは、Ｚ方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金２０４Ｆは、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね２０４Ｅの復元力より大きくなるように設計されている。走査ドライバ２１０は、サブＣＰＵ２０６が指定した設定値に応じたドライブ信号を生成して、形状記憶合金２０４Ｆを通電し加熱することにより、形状記憶合金２０４Ｆの伸縮量を制御する。形状記憶合金２０４Ｆは、伸縮量に応じて内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごとＺ方向に進退させる。具体的には、形状記憶合金２０４Ｆは、加熱されてＺ方向に延びる（復元する）ことにより、内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごと前方（Ｚ方向）に押し出す。形状記憶合金２０４Ｆはまた、徐冷が進むにつれて形状記憶効果による復元力が低下することに伴い、圧縮コイルばね２０４ＥによりＺ方向に圧縮されて、内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごと後方（Ｚ方向）に引っ込める。

光ファイバ２０２の先端２０２ａより射出されたパルス光は、対物光学系２０４Ｄを透過して被写体の表面又は表層でスポットを形成する。スポット形成位置は、点光源である先端２０２ａの進退に応じてＺ方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット２０４は、二軸アクチュエータ２０４Ｃによる先端２０２ａのＸＹ近似面上の周期的な円運動とＺ方向の進退を併せることで、被写体を三次元走査する。

光ファイバ２０２の先端２０２ａは、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に配置されているため、共焦点ピンホールとして機能する。先端２０２ａには、パルス光により励起された被写体より発せられる蛍光のうち先端２０２ａと光学的に共役な集光点からの蛍光のみが入射する。先端２０２ａより光ファイバ２０２内に入射した蛍光は、光ファイバ２０２を伝送後、光コネクタ１５２を介して光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４は、入射した蛍光を光源１０２から射出されるパルス光と分離して光ファイバ１１２に導く。蛍光は、光ファイバ１１２を伝送して受光器１１４により検出される。ここで検出される信号は、被写体の共焦点画像をなす画像情報であり、以下「画像信号」と記す。受光器１１４により検出された画像信号は、図示省略された回路にてＡＤ変換された後、信号処理回路１１６に入力される。なお、受光器１１４は、微弱な光を低ノイズで検出するため、例えば光電子増倍管等の高感度光検出器としてもよい。

ここで、サンプリング期間中の光ファイバ２０２の先端２０２ａの位置（軌跡）が決まると、先端２０２ａがある位置に来た時に射出されるパルス光による走査領域内の走査位置（スポット形成位置）と、このスポット形成位置からの戻り光（蛍光）を受光器１１４で受光して画像信号を得る信号取得タイミング（以下、「サンプリング点」という。）がほぼ一義的に決まる。そこで、本実施形態では、予め、キャリブレーションにより先端２０２ａの軌跡をモニタし、その結果を基にスポット形成位置及びサンプリング点を推定している。そして、各サンプリング点に対応する、共焦点画像をなす各画素の位置（画素アドレス）とパルス光の発光パターンとが決定されている。サンプリング点（換言すると走査領域内の走査位置）と画素アドレスとの対応関係は、リマップテーブルとして、リマップテーブル用メモリ１２４に格納されている。リマップテーブルでは、共焦点画像をなす全ての画素アドレスの夫々について、対応するサンプリング点（換言すると走査位置）が１対１で関連付けられている。

レーザ制御回路１２２は、リマップテーブルに基づいて各々が各画素アドレスと１対１で対応付けられたパルス信号よりなるパルス信号列を生成し、生成されたパルス信号列を用いて光源１０２を駆動制御する。これにより、リマップテーブルの各サンプリング点（及び各画素アドレス）に対応するタイミングでパルス光が発光される。なお、リマップテーブルに基づいて生成されたパルス信号列は、後述するように、間引き回路１２６により一部のパルス信号が間引かれるが、まずは便宜上、間引き回路１２６によるパルス信号の間引きが行われない内容で説明する。

信号処理回路１１６は、リマップ処理回路１１６Ａ、画素補完処理回路１１６Ｂ及び画像信号処理回路１１６Ｃを有している。リマップ処理回路１１６Ａは、受光器１１４にて蛍光が受光されることによって検出される画像信号に対し、リマップテーブルを参照して、その蛍光が発せられた位置（パルス光の走査位置）と対応する位置関係にある画素アドレスを、サンプリング点に応じて割り当てる（リマッピングする）。このリマッピングにより、各画像信号によって表現される点像を画素アドレスに従って二次元に配列したもの（共焦点画像）の生成が可能となる。リマップ処理後の画像信号は、画素補完処理回路１１６Ｂにより画素補完処理（後述）が施されて、画像信号処理回路１１６Ｃに入力される。画像信号処理回路１１６Ｃは、画素補完処理回路１１６Ｂより入力された画像信号を画像メモリ１１８にフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、所定のタイミングで画像メモリ１１８から信号出力回路１２０に掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換されてモニタ３００に出力される。これにより、高倍率かつ高解像度の被写体の共焦点画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

上記のように、被写体は、ＸＹの二次元方向に関して略円形の走査領域内の中心から周辺に向かい渦巻状に走査（スパイラルスキャン）される。このとき、光ファイバ２０２は共振運動のため、各スパイラルの周期（１回転の走査にかかる時間）は同じである。そのため、例えば被写体に一定の時間間隔でパルス光を照射した場合、走査速度の遅い走査領域内の中心に近い領域ほどスポット形成位置が密となり、単位面積当たりの照射エネルギーが高くなる。この結果、走査領域内の中心に近い領域ほど褪色がより一層顕著に起きるという、上述した問題が発生する。

これに対し、本実施形態では、パルス光を一定の時間間隔で照射することなく、共焦点画像をなす１つの画素に対して１つのパルス光（走査位置）を対応させ、その対応関係に応じたタイミングでパルス光を照射する。図４は、パルス光による被写体に対するスポット形成位置と、ラスタ座標（共焦点画像の画素アドレス）との関係を模式的に示す図である。図４に示されるように、一画素に対応する被写体の領域に対して１つのパルス光を照射することにより、走査領域内の中心に近い領域ほどスポット形成位置が密に配置されるという問題が解消される。

ところで、本実施形態では、パルス幅（パルス光の時間幅）が一定で且つ走査領域内の周辺に近付くほど走査速度が速くなるため、パルス光により被写体に形成されるスポットの形状は、図４の拡大図に示されるように、走査領域内の中心から周辺に向かうほどスパイラル方向に長くなる（スポット長が長くなる）。パルス光（スポット径）の大きさ自体は実質一定であるため、被写体に形成される各スポットの幅は実質同じである。そのため、スポットの面積はスポット長に依存して変化する。例えば、スポット長が等しいスポットは面積も等しく、スポット長が異なるスポットは面積も異なる。スポット長が短いほどスポット面積は小さくなる。本実施形態では、走査領域内の中心に近い領域ほどスポット長が短いため、スポット面積が小さくなる。ここで、パルス光の強度は一定であるから、走査領域内の中心に近い領域ほどスポットの単位面積当たりの照射エネルギーが高くなる。従って、走査領域内の中心に近い領域のスポットほど褪色をより速く進行させる。この結果、走査領域内の中心に近い領域ほど褪色による共焦点画像の明るさの低下が目立ちやすくなる。そこで、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１では、以下に説明するように、パルス信号の間引き処理が行われる。

ＣＰＵメモリ１１０には、間引き処理に用いられる複数種類の間引き率情報が記憶されている。間引き率情報には、走査領域内の中心部分におけるパルス信号の間引き率と、走査領域内の中心部分から周辺部分にかけて変化する間引き率の勾配が含まれる。間引き率の勾配は、間引き率が走査領域内の中心から周辺にかけて徐々に低下するものとなっている。術者は、操作部１２８を操作することにより、ＣＰＵメモリ１１０に記憶された複数種類の間引き率情報の中から１つの間引き率情報を指定することができる。なお、間引き率及び間引き率の勾配は、術者が操作部１２８を操作して任意にその数値を指定できるようにしてもよい。

上述したように、レーザ制御回路１２２は、リマップテーブルに基づいて各々が各画素アドレスと１対１で対応付けられたパルス信号よりなるパルス信号列を生成する。生成されたパルス信号列は間引き回路１２６に入力される。間引き回路１２６は、入力されたパルス信号列に対して、操作部１２８を介して指定された間引き率情報をＣＰＵメモリ１１０より取得し、取得された間引き率情報に基づくパルス信号の間引き処理を行う。すなわち、間引き回路１２６は、入力されたパルス信号列のうち、一部の画素アドレスに対応するパルス信号を消去する（又は無効な信号とする）。

レーザ制御回路１２２は、間引き回路１２６によって一部の画素アドレスに対応するパルス信号が消去されたパルス信号列を用いて光源１０２を駆動制御する。レーザ制御回路１２２の駆動制御によるタイミングで光源１０２にパルス光を発光させることにより、略円形の走査領域のうち一部の画素アドレス（間引かれたパルス信号）に対応する領域を除く残りの領域にパルス光が照射される。

図５は、間引き処理後のパルス信号列に基づいて照射されたパルス光のスポット形成位置と、ラスタ座標（共焦点画像の画素アドレス）との関係を模式的に示す、図４と同様の図である。図５の例では、間引かれたパルス信号に対応するスポットの非形成位置（画素）を黒で塗り潰して示している。本実施形態では、走査領域内の中心に近い領域ほどパルス信号の間引き率が高いため、図５に示されるように、スポットが間引かれた非形成位置（画素）の割合が高くなっている。

本実施形態では、スポットの単位面積当たりの照射エネルギーが高い領域である、走査領域内の中心に近い領域ほど、より多くのスポットが間引かれて、スポットが疎に形成される。このように、走査領域内の中心に近い領域ほどスポットを疎に形成して褪色の進行が速い領域を減少させることにより、走査領域内の中心部分で起きる褪色による共焦点画像の明るさの低下が、スポットを間引かない場合と比べて目立ち難くなる。そのため、スポットの間引き率及びその勾配を適切に設定することで、共焦点画像の明るさのムラを実質的に抑えることが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、走査領域内の中心に近い領域ほどより多くのスポットを間引くことにより、走査領域内における褪色による共焦点画像の明るさのムラが抑えられる。

受光器１１４は、間引き処理後のパルス信号列に基づいて照射されたパルス光によるスポット形成位置からの蛍光を画像信号として検出する。すなわち、受光器１１４は、間引き処理後のサンプリング点で画像信号を検出する。リマップ処理回路１１６Ａは、各サンプリング点の画像信号に対し、間引き回路１２６による間引き率情報及びリマップテーブルに基づいて画素アドレスをリマッピングする。このリマッピングにより、各画像信号によって表現される点像を二次元に配列したもの（共焦点画像）であって、スポットの非形成位置（間引かれたサンプリング点）に対応する画素アドレスにて画像信号が配置されないものが生成可能となる。このように、リマップ処理回路１１６Ａでは、間引かれたパルス信号に対応する画素で画像情報が欠落した（いわゆる画素欠陥を持つ）共焦点画像の情報が生成される。

画素補完処理回路１１６Ｂは、画像情報が欠落した欠陥画素の画素値をその周辺画素の画素値を用いて補完する画素補完処理を行い、画像信号処理回路１１６Ｃに出力する。画素補完処理回路１１６Ｂにて行われる画素補完処理には、例えば移動平均法による画素補完処理やメディアンフィルタによる画素補完処理が挙げられる。画像信号処理回路１１６Ｃが欠陥画素補完後の画像信号を処理してモニタ３００に出力することにより、褪色による明るさのムラの抑えられた共焦点画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施例等又は自明な実施例等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

例えば、本実施形態では、リマップテーブルで定義される、画素アドレスと１対１で対応するパルス信号を、操作部１２８により指定された間引き率及びその勾配の情報に基づいて間引いている。これに対して別の実施形態では、リマップテーブル自体が間引き後の内容を反映したものであってもよい。すなわち、リマップテーブルにおいて、サンプリング点と画素アドレスとが必ずしも１対１で対応付けられておらず、一部の画素アドレスにはサンプリング点が対応付けられていない。この間引き後の内容を反映したリマップテーブルは、異なる間引き率及び勾配をもとに作成されたものが複数種類用意されている。術者は、操作部１２８を操作して、共焦点画像の生成に使用するリマップテーブルを指定することができる。

１ 走査型共焦点内視鏡システム
１００ システム本体
１０２ 光源
１０４ 光分波合波器
１０６ ダンパ
１０８ ＣＰＵ
１１０ ＣＰＵメモリ
１１２ 光ファイバ
１１４ 受光器
１１６ 信号処理回路
１１６Ａ リマップ処理回路
１１６Ｂ 画素補完処理回路
１１６Ｃ 画像信号処理回路
１１８ 画像メモリ
１２０ 信号出力回路
１２２ レーザ制御回路
１２４ リマップテーブル用メモリ
１２６ 間引き回路
１２８ 操作部
１５２ 光コネクタ
１５４ 電気コネクタ
２００ 共焦点プローブ
２０２ 光ファイバ
２０２ａ （光ファイバ２０２の）先端
２０４Ａ 外筒
２０４Ｂ 内筒
２０４Ｃ 二軸アクチュエータ
２０４Ｄ 対物光学系
２０４Ｅ 圧縮コイルばね
２０４Ｆ 形状記憶合金
２０４ 共焦点光学ユニット
２０６ サブＣＰＵ
２０８ サブメモリ
２１０ 走査ドライバ
３００ モニタ

Claims (6)

1. 励起光であるパルス光を射出する光源部と、
   前記光源部より射出されるパルス光により被写体を略円形の走査領域内で中心及び周辺の一方から他方に向かい一定の回転周期で渦巻状に二次元走査する走査部と、
   前記パルス光の集光点と光学的に共役の位置に配置された共焦点ピンホールと、
   前記パルス光により励起された被写体から発せられる蛍光を、前記共焦点ピンホールを介して受光して画像信号として検出する画像信号検出部と、
   前記検出される画像信号に対し、前記パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、該画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、該割り当てられた画素位置に各該画像信号を配列して共焦点画像を生成する画像生成部と、
   を備え、
   前記光源部は、
   前記パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある画素位置に前記各画像信号を配列したときに該画像信号が配置されない画素が生じ、かつ該画像信号が配置されない画素の割合が前記二次元画素配列の中心に近いほど高くなるように、該パルス光の射出タイミングを制御する
   ことを特徴とする、走査型共焦点内視鏡システム。
2. 前記画像生成部は、
   前記画像信号が配置されない画素の画素値を当該画素の周辺画素の画素値を用いて補完する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
3. 前記光源部は、
   前記走査領域内の各走査位置へのパルス光の射出タイミングを、前記画像信号が配置されない画素位置を除く残り画素位置と１対１で対応するタイミングで制御する
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
4. 前記画像信号が配置されない画素の割合を示す割合情報を複数種類記憶する記憶部と、
   前記記憶された前記複数種類の割合情報の中から１つを指定する指定部と、
   を備え、
   前記光源部は、
   前記指定部により指定された割合情報に基づいて前記パルス光の射出タイミングを制御する
   ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
5. 前記光源部は、
   前記二次元画素配列内の全ての画素位置の夫々について、対応する前記走査領域内の走査位置を１対１で関連付けたリマップテーブルと、
   前記リマップテーブルに基づいて各々が前記画素位置と１対１で対応付けられたパルス信号よりなるパルス信号列を生成するパルス信号生成部と、
   前記生成されたパルス信号列に含まれるパルス信号を前記走査領域の中心に近いものほど高い割合で消去にするパルス信号消去部と、
   を有し、
   前記パルス信号が前記走査領域の中心に近いものほど高い割合で消去にされ、一部のパルス信号が消去されたパルス信号列を用いて前記パルス光の射出タイミングが制御されることにより、該パルス光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある画素位置に前記各画像信号を配列したときに該画像信号が配置されない画素が生じ、かつ該画像信号が配置されない画素の割合が前記二次元画素配列の中心に近いほど高くなる
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
6. 前記パルス信号消去部によりパルス信号が消去される割合を示す割合情報を複数種類記憶する記憶部と、
   前記記憶された前記複数種類の割合情報の中から１つを指定する指定部と、
   を備え、
   前記パルス信号消去部は、
   前記指定部により指定された割合情報に基づいて前記パルス信号を消去する割合を決定し、決定された割合で該パルス信号を消去する
   ことを特徴とする、請求項５に記載の走査型共焦点内視鏡システム。

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