JP2015020031A - 走査型共焦点内視鏡システムおよび画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光塗料を用いることなく、容易かつ安定的にキャリブレーションを行うことが可能な、走査型共焦点内視鏡システムおよび画像取得方法を提供すること。【解決手段】 被写体に励起光を照射し、該励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、走査型共焦点内視鏡が受光した蛍光に基づいて、通常観察のための蛍光画像を生成するプロセッサと、キャリブレーションのための指標と、からなる走査型共焦点内視鏡システムであって、キャリブレーション時に、走査型共焦点内視鏡は、指標に蛍光とは異なる所定の波長の光を照射し、該所定の波長の光の反射光を受光し、プロセッサは、走査型共焦点内視鏡が受光した所定の波長の光の反射光に基づいて、指標の画像を生成する構成とした。【選択図】図１

Description

この発明は、生体組織の蛍光画像を取得するための走査型共焦点内視鏡システム、および走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーションのための画像取得方法に関する。

従来、光ファイバによって導光される光を観察部位に対して渦巻状に走査させ、観察部位から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１）。このような走査型内視鏡システムでは、シングルモード型の光ファイバを内視鏡内部に備えており、その基端部は、二軸アクチュエータによって片持ち梁状に保持される。二軸アクチュエータは、振動の振幅を変調および増幅させながら、ファイバ先端部を固有振動数に従って２次元的に振動させて（共振させて）、光ファイバの先端部を渦巻状に駆動させる。その結果、光ファイバによって光源から導光された照明光が観察部位を渦巻状に走査（スキャン）し、当該観察部位からの戻り光に基づきその照射領域（走査領域）の画像が取得される。

また、近年、特許文献１に記載されているような走査型内視鏡システム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（例えば、特許文献２）。走査型共焦点内視鏡システムは、薬剤（蛍光剤）が投与された生体組織にレーザ光（励起光）を照射し、その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共役の位置に配置されたピンホールを介した成分のみを抽出することにより、その生体組織を、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像より高倍率で観察可能にするものである。特許文献２に記載の走査型共焦点内視鏡システムは、生体組織の特定の狭小領域をレーザ光で２次元又は３次元に走査することで、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像の倍率では観察できないような微小な対象物を観察したり、生体組織の断層部を観察したりすることができるように構成されている。

特表２００８−５１４３４２号公報 特開２０１１−２５５０１５号公報

特許文献１および２に記載されるような走査型内視鏡システムにおいては、走査領域（観察部位）からの反射光又は蛍光を所定周期のタイミング（以下、「サンプリング点」という。）で受光し、各サンプリング点での輝度情報をモニタの表示座標系（内視鏡画像の画素位置）に割り当てて、二次元の内視鏡画像を表示している。従って、歪みの無い再現性の高い内視鏡画像を生成するためには、各サンプリング点の走査位置をモニタの表示座標系に正確に合わせる必要がある。そこで、この種の走査型内視鏡システムにおいては、実際の走査パターン（走査軌跡）をモニタしながら、理想的な走査パターンが得られるように較正（キャリブレーション）している。詳しくは、特許文献１に記載のシステムでは、光ファイバから射出される照明光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）によって受光し、走査パターン（走査軌跡）中の照射スポットの位置を検出しながら、二軸アクチュエータへの印加電圧の振幅、位相、周波数等を調整し、理想的な走査パターンが得られるようにキャリブレーションしている。

また、キャリブレーションの一つとして、走査型内視鏡システムによってロッド状の真鍮部材に貼り付けられたグリッド（格子模様）などの指標の画像を取得し、取得された画像の歪みを測定して、画像の評価や歪み補正を行うことも可能である。ここで、従来、特許文献２に記載されるような走査型共焦点内視鏡システムにおいて、画像の評価を行う場合には、指標として用いるグリッドに蛍光塗料を塗布して、得られる蛍光画像に基づいて評価を行っている。しかしながら、グリッドに塗布した蛍光塗料は、時間経過や照射されるレーザ光量によって退色してしまうため、頻繁に蛍光塗料を塗り直す必要があり、大変煩雑である。また、蛍光塗料を塗布する際に濃淡にムラが発生してしまうこともあり、このような場合には、システムに起因する画像の歪みを適切に判定できなくなってしまう。さらに、蛍光塗料の退色や濃淡のムラが発生することにより、取得される画像に再現性がなく、安定した評価を行うことも困難であるといった問題もある。

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、蛍光塗料を用いることなく、容易かつ安定的にキャリブレーションに用いるための画像を取得することが可能な、走査型共焦点内視鏡システムおよび画像取得方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明により、被写体に励起光を照射し、該励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、走査型共焦点内視鏡が受光した蛍光に基づいて、通常観察のための蛍光画像を生成するプロセッサと、キャリブレーションのための指標と、からなる走査型共焦点内視鏡システムが提供される。また、本発明の走査型共焦点内視鏡システムは、キャリブレーション時に、走査型共焦点内視鏡が、指標に蛍光とは異なる所定の波長の光を照射し、該所定の波長の光の反射光を受光し、プロセッサが、走査型共焦点内視鏡が受光した所定の波長の光の反射光に基づいて、指標の画像を生成することを特徴とする。

このように、キャリブレーション時には、通常観察時の蛍光とは異なる波長の光に基づいて指標の画像を生成することにより、指標に対して蛍光塗料を塗布する必要がない。そのため、蛍光塗料の退色による塗り直しなどの手間や、濃淡ムラによる画像のひずみが解消され、キャリブレーションにおける画像評価のための画像を容易にかつ安定して取得することができる。

また、上記所定の波長の光は、励起光であっても良く、プロセッサは、通常観察時に励起光をカットし、キャリブレーション時に励起光を透過するよう構成されたフィルタを備える構成としても良い。また、フィルタは、入射角度によって透過率が変化するチューナブルバンドパスフィルタであっても良い。

また、プロセッサは、励起光を供給するための第一の光源と、所定の波長の光を供給するための第二の光源と、を備える構成としても良い。また、この場合、所定の波長は、６００〜６５０ｎｍであっても良い。

また、上記指標は、キャップ形状の部材と、該部材の底面に貼り付けられたグリッドからなる構成としても良い。この場合、キャリブレーション時に、キャップ形状の部材が走査型内視鏡に装着される。このように構成することにより、従来のような大掛かりなキャリブレーション装置に比べて、手軽にキャリブレーションを行うことが可能になるとともに、指標と走査型共焦点内視鏡との位置決めを容易に行うことが可能となる。

また、上記指標は、走査型共焦点内視鏡の先端に設けられたカバーガラスに形成される複数のドットからなる構成としても良い。このように構成することにより、部品点数を削減できるとともに、キャリブレーション時に新たな部材を走査型共焦点内視鏡に装着する必要がなく、作業を簡素化することができる。また、場所と時間を選ばずに、通常観察の途中などでも、容易にキャリブレーションを行うことが可能となる。

さらに、本発明により、被写体に励起光を照射し、励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、走査型共焦点内視鏡が受光した蛍光に基づいて、通常観察のための蛍光画像を生成するプロセッサと、からなる走査型共焦点内視鏡システムの画像評価に用いられる画像の取得方法であって、走査型共焦点内視鏡から、蛍光とは異なる所定の波長の光をキャリブレーションのための指標に照射し、走査型共焦点内視鏡によって該所定の波長の光の反射光を受光するステップと、プロセッサによって、走査型共焦点内視鏡が受光した所定の波長の光の反射光に基づいて、指標の画像を生成するステップと、を含むことを特徴とする、画像取得方法が提供される。

本発明の走査型共焦点内視鏡システムによれば、蛍光塗料を用いることなくキャリブレーションのための画像を取得することができるため、煩雑な作業を必要とせずに、再現性のある安定した画像評価を行うことが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る走査型共焦点内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る共焦点光学ユニットの概略構成を示す側断面図である。 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。 本発明の第１実施形態に係るキャリブレーション部材の外観図である。 本発明の第１実施形態に係るキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。 図６（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る共焦点光学ユニットの概略構成を示す側断面図であり、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、カバーガラスの指標面を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る走査型共焦点内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１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、およびモニタ３００を有している。走査型共焦点内視鏡システム１を用いた共焦点観察は、可撓性を有する管状の共焦点プローブ２００の先端面を被写体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、フィルタ１１３、受光器１１４、映像信号処理回路１１６、画像メモリ１１８、および映像信号出力回路１２０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、走査ドライバ２１０を有している。

以下、走査型共焦点内視鏡システム１における通常観察について説明する。光源１０２は、ＣＰＵ１０８の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤を励起する励起光（波長：４８８ｎｍ）を射出する。励起光は、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から射出された励起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励起光は、光コネクタ１５２を通過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の一端（以下、「基端」という。）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の他端（以下、「先端」という。）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から射出された励起光は、光コネクタ１５２を通過して光ファイバ２０２の基端に入射後、光ファイバ２０２を伝送して光ファイバ２０２の先端から射出される。

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）にスライド自在に保持している。光ファイバ２０２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、光ファイバ２０２の先端（以下、符号「２０２ａ」を付す。）は、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。なお、図２（ａ）中、中心軸ＡＸは、Ｚ方向に配置された光ファイバ２０２の軸心を示しており、光ファイバ２０２の先端２０２ａが振動していない状態（初期状態）のとき、中心軸ＡＸは、光ファイバ２０２の光路と一致する。

図１に戻って、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、所定の周波数を有する交流電圧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方向に振動させると共に、交流電圧Ｘと同一の周波数を有し、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方向に振動させる。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。

励起光は、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、光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出される。以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。上述したように、二軸アクチュエータ２０４Ｃへ交流電圧が印加されると、光ファイバ２０２の先端２０２ａは、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。そのため、サンプリング期間中、光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出した励起光は、中心軸ＡＸを中心とした所定の円形の走査領域を渦巻状に走査する。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、光ファイバ２０２の振動は、所定時間後に略ゼロとなる（すなわち、先端２０２ａは、中心軸ＡＸ上でほぼ停止する）。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上にほぼ停止するまでの期間を「ブレーキング期間」と記す。ブレーキング期間の経過後、さらに所定時間の経過を待って、次のサンプリング期間が開始される。以下、説明の便宜上、ブレーキング期間が終了してから次のサンプリング期間の開始までの期間を「セトリング期間」と記す。セトリング期間は、光ファイバ２０２の先端２０２ａを中心軸ＡＸ上に完全に停止させるための待機時間であり、セトリング時間を設けることにより、先端２０２ａを精確に走査させることが可能となる。また、一フレームに対応する期間は、一つのサンプリング期間と一つのブレーキング期間で構成されており、セトリング期間を調整することによって、フレームレートを調整することができる。つまり、セトリング期間は、光ファイバ２０２の先端２０２ａが完全に停止するまでの時間とフレームレートとの関係から適宜設定することができるようになっている。なお、ブレーキング期間を短縮するため、ブレーキング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。

光ファイバ２０２の先端２０２ａの前方には、対物光学系２０４Ｄおよびカバーガラス２０４Ｇ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。カバーガラス２０４Ｇは、外筒２０４Ａの先端面に固定されている。

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を通電し加熱して伸縮量を制御する。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。

光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出された励起光は、対物光学系２０４Ｄおよびカバーガラス２０４Ｇ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軸方向に変位する。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、励起光により励起された被写体の散乱成分（蛍光：ピーク波長５１５ｎｍ）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。蛍光は、光ファイバ２０２を伝送後、光コネクタ１５２を通過して光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４は、入射した蛍光を光源１０２から射出される励起光と分離して光ファイバ１１２に導く。

また、光ファイバ２０２の先端２０２ａには、蛍光とともに励起光の反射光も入射し、光ファイバ１１２に導かれる。励起光の反射光は、蛍光画像を生成する際のノイズとなるため、受光器１１４の手前に設けられたフィルタ１１３によってカットされる。本実施形態のフィルタ１１３は、光の入射角度に応じて透過率を変更することが可能なチューナブルバンドパスフィルタである。具体的には、フィルタ１１３は、光の入射角度が６０度の場合に約４７０ｎｍ〜約４９５ｎｍの波長の光のみを透過し、入射角度が４５度の場合に約４９５ｎｍ〜約５２０ｎｍの波長の光のみを透過し、入射角度が３０度の場合に約５２０ｎｍ〜約５４０ｎｍの波長の光のみを透過する構成となっている。また、フィルタ１１３は、光の入射角度が可変となるように、回転可能に取り付けられており、ＣＰＵ１０８によってフィルタ１１３の角度が制御される。通常の蛍光画像観察時には、励起光の反射光（すなわち、４８８ｎｍの波長の光）をカットして蛍光のみを透過させるために、入射角度が３０度になるようフィルタ１１３の角度が制御される。フィルタ１１３を透過した蛍光は、受光器１１４で検出される。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。

検出信号は、映像信号処理回路１１６に入力する。映像信号処理回路１１６は、ＣＰＵ１０８の制御下で動作して、検出信号を一定のレートでサンプルホールド及びＡＤ変換してデジタル検出信号を得る。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、当該位置に対応する観察領域（走査領域）中のスポット形成位置、当該スポット形成位置からの戻り光を検出してデジタル検出信号を得る信号取得タイミングがほぼ一義的に決まる。本実施形態においては、予め、校正治具等を用いた実測結果を参考に信号取得タイミングからスポット形成位置が推定され、推定位置に対応する画像上の位置が決定されている。ＣＰＵメモリ１１０には、決定された信号取得タイミングと画素位置（画素アドレス）とを関連付けたリマップテーブルが格納されている。

映像信号処理回路１１６は、リマップテーブルを参照して、各デジタル検出信号により表現される点像の画素アドレスへの割り当てを信号取得タイミングに応じて行う。以下、説明の便宜上、上記の割り当て作業をリマッピングと記す。映像信号処理回路１１６は、リマッピング結果に従って、各点像の空間的配列によって構成される画像の信号を画像メモリ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から映像信号出力回路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。モニタ３００の表示画面には、高倍率かつ高解像度の被写体の三次元共焦点蛍光画像が表示される。

続いて、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１におけるキャリブレーションについて説明する。より詳しくは、走査型共焦点内視鏡システム１によって取得される画像を評価するための画像（キャリブレーション画像）の取得方法について説明する。図４は、本実施形態のキャリブレーションで指標として用いられるキャリブレーション部材４００の外観図である。図４（ａ）は、キャリブレーション部材４００の斜視図であり、図４（ｂ）は、キャリブレーション部材４００を図４（ａ）の矢印Ａの方向から見た底面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、キャリブレーション部材４００は、円筒形のキャップ４０５と、キャップ４０５の底面に貼り付けられたグリッド４１０からなる。キャリブレーションの際には、共焦点プローブ２００の先端部にキャリブレーション部材４００が装着され、グリッド４１０の画像が取得される。

キャップ４０５は、生体適合性を有するポニフェレンエーテル（ＰＰＥ）またはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂を用いて形成される。キャップ４０５の内径は、共焦点光学ユニット２０４の外筒２０４Ａの外径に対応する。このように、キャリブレーション部材４００を共焦点プローブ２００の先端部形状に対応するキャップ形状とすることで、グリッド４１０（指標）に対する共焦点光学ユニット２００のＸ方向およびＹ方向の位置決めを容易に行うことができる。グリッド４１０は、真鍮などの金属で形成され、表面は鏡面加工されていても良い。なお、本実施形態では、グリッド４１０に対して蛍光塗料は塗布されない。

次に、図５を参照して、本実施形態のキャリブレーション（画像取得）の流れを説明する。本実施形態では、まず、共焦点プローブ２００の先端に、キャリブレーション部材４００を装着する（Ｓ１）。そして、キャリブレーションの開始の指示に従って、ＣＰＵ１０８の制御の下、光源１０２から励起光（波長：４８８ｎｍ）が供給される（Ｓ２）。キャリブレーションの開始の指示は、ユーザ（術者、介助者など）による操作ボタン（不図示）の操作、または、キャリブレーション部材４００が共焦点プローブ２００に装着されたことを検出して判断される。

続いて、ＣＰＵ１０８の制御に従って、フィルタ１１３の透過率が変更される（Ｓ３）。具体的には、ＣＰＵ１０８によって、入射角度が６０度となるようフィルタ１１３の角度が制御される。これにより、通常観察時においてカットされていた励起光の反射光がフィルタ１１３を透過する。

続いて、共焦点プローブ２００のサブＣＰＵ２０６によって、共焦点光学ユニット２０４の内筒２０４ＢをＺ方向に進退させるよう、走査ドライバ２１０が制御される（Ｓ４）。このとき、ＣＰＵ１０８は、受光器１１４における受光量をモニタリングし、受光量が最大となるＺ位置（焦点位置）を検出する。そして、受光量が最大となるＺ位置を発見した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、当該Ｚ位置を共焦点プローブ２００のサブメモリ２０８に記憶する（Ｓ６）。このように共焦点プローブ２００が備えるＺ方向への移動機構を利用することで、焦点位置の検出を容易に行うことが可能となる。

その後、記憶したＺ位置において、上述した通常観察時と同様の方法で、グリッド４１０の画像を取得する（Ｓ７）。ここでは、Ｓ３において、励起光を透過するようフィルタ１１３の透過率を変更したことにより、励起光の反射光に基づいたグリッド４１０の画像が取得される。

このように、本実施形態では、キャリブレーションを行う際に使用する指標に蛍光塗料を塗布する必要がないため、蛍光塗料の退色や濃淡ムラによる影響を受けることなく、容易に安定した画像の取得および評価を行うことができる。また、画像評価のための指標をキャップ形状のキャリブレーション部材４００とすることで、従来のようなマイクロステージを備えた大がかりなキャリブレーション装置を必要とすることなく、手軽にキャリブレーションを行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態では、共焦点光学ユニット２０４´のカバーガラス２０４Ｇ´の構成が第１実施形態と相違する。共焦点プローブ２００におけるその他の構成およびシステム本体１００の構成は、第１実施形態と同様であり、説明を省略する。図６（ａ）に示されるように、本実施形態における共焦点光学ユニット２０４´のカバーガラス２０４Ｇ´の内面には、指標面２１４が形成されている。図６（ｂ）は、指標面２１４を示す図である。指標面２１４は、所定の大きさを有する正方形状のアルミ膜からなる複数のドットＤが格子状に蒸着されて形成される。カバーガラス２０４Ｇ´に入射した励起光は、一部がドットＤによって反射され、残りはドットＤが蒸着されていない部分によって透過される。すなわち、励起光の一部は被写体に照射されず、画像を得ることができない。そのため、通常の蛍光画像観察を行う場合には、画素の補間が必要となる。また、指標面２１４におけるドットＤの数や配置（間隔）は、画素の補間が適切に行えることを考慮して設定する。

本実施形態では、指標面２１４をキャリブレーションの際の指標として用いる。そのため、共焦点プローブ２００の先端にキャリブレーション部材４００を装着する必要がない。本実施形態におけるキャリブレーションの流れは、図５に示される第１実施形態のキャリブレーション（画像取得）の流れと、Ｓ１の処理が不要となる点を除いて同様である。詳しくは、本実施形態では、まず、共焦点プローブ２００の先端に何も装着されていない状態で、キャリブレーションの開始が指示されると、ＣＰＵ１０８の制御に従って、光源１０２から励起光が供給される（Ｓ２）。キャリブレーションの開始の指示は、ユーザ（術者、介助者など）によるシステム本体１００に設けられた操作ボタン（不図示）の操作などによって行われる。続いて、ＣＰＵ１０８の制御に従って、励起光を透過させるために、入射角度が６０度になるようフィルタ１１３の角度が制御される（Ｓ３）。続いて、内筒２０４ＢをＺ方向に進退させつつ、受光量をモニタリングする（Ｓ４）。そして、受光量が最大となるＺ位置を発見した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、当該Ｚ位置を記憶し（Ｓ６）、記憶したＺ位置において、指標面２１４の画像を取得する（Ｓ７）。この場合の指標面２１４の画像は、励起光の反射光による画像である。

本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加え、キャリブレーションのための部材を用いることなく、さらに容易にキャリブレーションのための画像を取得することが可能となる。例えば、通常観察を行っている最中に画像の歪みが発生した場合にも、共焦点プローブ２００を体外へ取り出すことなく、キャリブレーションの開始指示を行うだけで、容易に画像評価のための画像を取得し、歪み補正等を行うことができる。

また、本実施形態の指標面２１４におけるドットＤの配置は、図６（ｂ）に示される例に限定されるものではない。例えば、走査型内視鏡の場合は、中心部付近の取得座標密度が高く、周辺は低いことなどを考慮し、カバーガラス２０４Ｇ´の全体に均一にドットＤを形成するのではなく、中心部付近と周辺部でドットＤの蒸着分布を可変としても良い。この場合の一例が図６（ｃ）に示される。図６（ｃ）では、放射状にドットＤを蒸着させている。さらに、別の実施形態として、ドットＤをアルミ膜で形成するのではなく、屈折率を制御可能な誘電体膜などによって形成し、通常観察時とキャリブレーション時において屈折率を可変としても良い。

続いて、本発明の第３実施形態について図７を参照して説明する。図７は、第３実施形態における共焦点内視鏡システム１´の概略構成図である。図７に示されるように、第３実施形態は、光源１０２の構成のみが第１実施形態と相違する。共焦点プローブ２００の構成およびシステム本体１００´のその他の構成は、第１実施形態と同様であり、説明を省略する。本実施形態では、光源として４８８ｎｍの波長の光（励起光）を照射するレーザ１０２ａと、６００〜６５０ｎｍの波長の光（赤色光）を照射するレーザ１０２ｂを備えている。通常観察時には、レーザ１０２ａから励起光が供給され、キャリブレーション時には、レーザ１０２ｂから６００〜６５０ｎｍの波長の光が供給される。レーザ１０２ａおよびレーザ１０２ｂは、ＣＰＵ１０８によって切り替えられる。なお、本実施形態においては、フィルタ１１３は、励起光をカットするフィルタであれば良く、チューナブルバンドパスフィルタのように透過率が可変なものである必要はない。ただし、チューナブルバンドパスフィルタを用いることも可能である。

本実施形態におけるキャリブレーション（画像取得）の流れを図８に示す。本実施形態では、第１実施形態と同様に、まず、共焦点プローブ２００の先端に、キャリブレーション部材４００を装着する（Ｓ１１）。そして、キャリブレーションの開始が指示されると、ＣＰＵ１０８の制御に従って、光源がレーザ１０２ａからレーザ１０２ｂに切り替えられ、レーザ１０２ｂから６００〜６５０ｎｍの波長の光が供給される（Ｓ１２）。続いて、内筒２０４ＢをＺ方向に進退させつつ、受光量をモニタリングする（Ｓ１３）。そして、受光量が最大となるＺ位置を発見した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、当該Ｚ位置を記憶し（Ｓ１５）、記憶したＺ位置において、グリッド４１０の画像を取得する（Ｓ１６）。この場合のグリッド４１０の画像は、６００〜６５０ｎｍの波長の光の反射光による画像である。

本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２実施形態を第３実施形態と組み合わせることも可能である。この場合は、第２実施形態における指標面２１４のドットＤをアルミ膜ではなく、６００〜６５０ｎｍの波長の光のみを反射する物質で形成する。これにより、キャリブレーション時に、６００〜６５０ｎｍの波長の光の反射光に基づく指標の画像を得ることができる。また、この場合は、励起光（４８８ｎｍの波長の光）は全てカバーガラス２０４Ｇを透過するため、通常の蛍光画像観察の際における励起光のロスは発生しない。そのため、第２実施形態のように、画素の補間を行う必要がなくなる。

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の各実施形態における構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な組み合わせおよび変形が可能である。まず、上記実施形態は、観察対象をらせん状に走査する走査型共焦点内視鏡システムに適用した場合について説明したが、本発明は、その他の走査型共焦点内視鏡システムにも適用することが可能である。例えば、走査領域の水平方向を往復走査するラスタスキャン方式や、走査領域を正弦波的に走査するリサージュスキャン方式等を採用する走査型内視鏡システムにも本発明を適用することが可能である。また、本実施形態の共焦点プローブ２００は、電子内視鏡の鉗子チャネルを介して、患者の体内（例えば消化管内）に挿入されるプローブタイプのものとして説明したが、共焦点プローブ２００は、電子内視鏡と一体に構成されてもよい。その場合、キャリブレーション部材４００の内径は電子内視鏡の外径に対応し、グリッド４１０は、共焦点光学ユニット２０４によって画像を取得できる位置に適宜貼り付けられる。

また、上記第１および第２実施形態では、フィルタ１１３として、透過率を変更可能なチューナブルバンドパスフィルタを使用する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、励起光カットフィルタを一時的に退避可能な構成（スライド式、またはロータリーシャッター式）とし、キャリブレーション時には退避させても良い。また、その他にも、フィルタ１１３を音響光学変調可変フィルタ（ＡＯＴＦ）によって構成し、透過率を外部変調によって可変とする構成としても良い。さらに、光分波合波器１０４において、励起光の透過率を制御し、キャリブレーション時には励起光を透過する構成とすることも可能である。この場合は、フィルタ１１３が不要となる。

また、上記第１および第３実施形態では、キャップ形状のキャリブレーション部材４００をキャリブレーションの際の指標として用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、ロッド状のグリッドを有する従来のキャリブレーション装置に共焦点プローブ２００を取り付けて、グリッドの画像を取得する構成としても良い。この場合も、グリッドに蛍光塗料を塗布する必要はなく、容易かつ安定的に画像歪みの評価を行うことが可能となる。

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
１１３ 励起光カットフィルタ
１１４ 受光器
１１６ 映像信号処理回路
１１８ 画像メモリ
１２０ 映像信号出力回路
１２２ 光源制御回路
２００ 共焦点プローブ
２０２ 光ファイバ
２０４ 共焦点光学ユニット
２０４Ｃ 二軸アクチュエータ
２０４Ｇ カバーガラス
２０６ サブＣＰＵ
２０８ サブメモリ
２１０ 走査ドライバ
４００ キャリブレーション部材

Claims (9)

1. 被写体に励起光を照射し、該励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、
   前記走査型共焦点内視鏡が受光した前記蛍光に基づいて、通常観察のための蛍光画像を生成するプロセッサと、
   キャリブレーションのための指標と、からなる走査型共焦点内視鏡システムであって、
   キャリブレーション時に、前記走査型共焦点内視鏡は、前記指標に前記蛍光とは異なる所定の波長の光を照射し、該所定の波長の光の反射光を受光し、前記プロセッサは、前記走査型共焦点内視鏡が受光した前記所定の波長の光の反射光に基づいて、前記指標の画像を生成することを特徴とする、走査型共焦点内視鏡システム。
2. 前記所定の波長の光は、前記励起光であ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. 前記プロセッサは、通常観察時に前記励起光をカットし、キャリブレーション時に前記励起光を透過するよう構成されたフィルタを備えることを特徴とする、請求項２に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
4. 前記フィルタは、入射角度によって透過率が変化するチューナブルバンドパスフィルタであることを特徴とする、請求項３に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
5. 前記プロセッサは、前記励起光を供給するための第一の光源と、前記所定の波長の光を供給するための第二の光源と、を備え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。
6. 前記所定の波長は、６００〜６５０ｎｍであ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。
7. 前記指標は、キャップ形状の部材と、該部材の底面に貼り付けられたグリッドからなり、
   キャリブレーション時に、前記キャップ形状の部材が前記走査型内視鏡に装着されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
8. 前記指標は、前記走査型共焦点内視鏡の先端に設けられたカバーガラスに形成される複数のドットからなることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
9. 被写体に励起光を照射し、励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、前記走査型共焦点内視鏡が受光した前記蛍光に基づいて、通常観察のための蛍光画像を生成するプロセッサと、からなる走査型共焦点内視鏡システムの画像評価に用いられる画像の取得方法であって、
   前記走査型共焦点内視鏡から、前記蛍光とは異なる所定の波長の光をキャリブレーションのための指標に照射し、前記走査型共焦点内視鏡によって該所定の波長の光の反射光を受光するステップと、
   前記プロセッサによって、前記走査型共焦点内視鏡が受光した前記所定の波長の光の反射光に基づいて、前記指標の画像を生成するステップと、を含むことを特徴とする、画像取得方法。

Images