JP2019502519A - 光プローブ、光強度検出、撮像方法およびシステム - Google Patents

光プローブ、光強度検出、撮像方法およびシステム Download PDF

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Abstract

本発明は、一般に、プローブと、光を導くための第１および第２の光ファイバと、光を取り込むための第３の光ファイバと、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを動作させるように構成されるスイッチとを含む、内視鏡検査のための装置および方法に関する。第１の光ファイバによって分散される光は、第２の光ファイバによって分散される光と少なくとも部分的に重なり合う。【選択図】図５

Description

本出願は、２０１５年１２月２８日に出願した米国仮出願第６２／２７１８８７号の優先権を主張するものであり、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に、内視鏡検査のための装置および方法に関し、より詳細には、広視野を有する情報を得るためのスペクトル符号化内視鏡検査プローブ、画像を取得するための方法、および内視鏡を作製する方法に関する。
医療用プローブは、患者の身体の内部から画像を提供する機能を有する。異物の挿入によって引き起こされる人体への可能性のある潜在的危害を考慮すると、プローブはできる限り小さいことが好ましい。さらに、細い血管、ダクト（ｄｕｃｔ）、針、切開、間隙などの細い経路内の画像を提供する機能は、細いプローブの使用を必要とする。
特に有用な医療用プローブの１つは、スペクトル符号化内視鏡検査（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｅｎｃｏｄｅｄ ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ（「ＳＥＥ」））であり、ＳＥＥは、サブミリ径（ｓｕｂ−ｍｍ ｄｉａｍｅｔｅｒ）のプローブを介して高精細度撮像を行うことができる小型内視鏡である。ＳＥＥの場合、広帯域光は、プローブの先端における回折格子によって回折され、サンプル上に分散スペクトルを生成する。サンプルから戻る光は、分光計を用いて検出され、分解可能な各波長は、サンプル上の異なる点からの反射率に対応する。ＳＥＥ技法、および、０．５ｍｍすなわち５００μｍの直径を有するＳＥＥプローブの原理は、Ｄ．Ｙｅｌｉｎら［（Ｎａｔｕｒｅ Ｖｏｌ．４４３、頁７６５〜７６５（２００６）］によって報告されている。ＳＥＥは、２次元および３次元における高品質の画像を生成することができる。
ＳＥＥプローブの製造に関する技術課題の１つは広視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ，ＦｏＶ）ＳＥＥ撮像、（広いＦｏＶ（ｗｉｄｅ ＦｏＶ） ＳＥＥ撮像とも呼ばれる）を行うことであった。今まで、ＦｏＶを増加させるために、より広いスペクトル範囲（波長範囲または帯域）を有する光源を使用すること、または、より大きい回折角を実現するように光を分散させるために格子ピッチを減少させること、のいずれかが必要であった。しかしながら、両方法は、それらの物理的限界または製造限界に近づいており、結果として約５０°のＦｏＶをもたらすことができるＳＥＥプローブになっている。
したがって、特に狭い空間内の撮像のために、例えば６０°よりも大きいより広いＦｏＶを有する新しいＳＥＥプローブ、およびそのようなプローブを使用する装置を開示することが特に有益である。
したがって、そのような例示的なニーズに対処するために、現在開示されている装置、システム、および（６０°よりも大きい）広いＦｏＶを有する内視鏡を小型にする方法が、本明細書中で提供される。本主題によれば、６０°よりも大きいＦｏＶを有するＳＥＥプローブを確立するための装置、ならびにこれを補完する方法およびシステムの例示的な実施形態が提供され得る。
本開示は、ＳＥＥプローブを用いて被検体のより良い画像をもたらすために、複数の照明ファイバおよび画像処理を利用する装置を教示する。加えて、主題のＳＥＥプローブは、図７に示されるように、２つ以上の照明ファイバからのスペクトル符号化ライン（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ−ｅｎｃｏｄｅｄ ｌｉｎｅ）が重なり合いを有するように設計されており、ＦｏＶを劇的に改善する。最終的な画像は、各スペクトル符号化ラインから得られる画像の論理離接（ｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｓｊｕｎｃｔｉｏｎ）によって与えられる。
本開示の一実施形態では、プローブと、光を導くための第１の光ファイバと、光を導くための第２の光ファイバと、光を取り込むための第３の光ファイバと、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを動作させるように構成されるスイッチとを有し、第１の光ファイバによって分散される光は、第２の光ファイバによって分散される光に重なり合う内視鏡検査のための装置が提供される。
別の実施形態では、主題の装置は、第１の光ファイバから光を受け取るとともに光を分散させる分光分散構成要素（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を組み込むことができる。別の実施形態では、分光分散構成要素は、第２の光ファイバから受け取る光を分散させるために利用される。
本開示のさらに別の実施形態では、第１の光ファイバまたは第２の光ファイバによって導かれる光は、分光分散構成要素に導入する前に、ミラーに向けられる。本実施形態では、光ファイバによって供給される光の入射角は、光がミラーによって反射されなかった場合よりも劇的に異なる。
本開示の様々な実施形態では、第１の光ファイバによって供給される光は、ミラーの有無に関わらず、第２の光ファイバによって供給される光に重なり、被検体の大きい画像を生成するために、ステッチ（ｓｔｉｔｃｈ）され、重なり合った大きい視野をもたらす。例えば、生体内の組織のより大きい画像が、生成され、見られ得る。
本開示のさらに別の実施形態では、第１の光ファイバおよび／または第２の光ファイバは、プローブの光軸からずれる（ｏｆｆｓｅｔ）ように構成される。
本開示のさらなる例示的な実施形態では、第３の光ファイバは、被検体から反射される光を集めるための検出ファイバとして機能することができる。第３の光ファイバは、画像を生成するプロセッサに送られる光スペクトルを読み取るための分光計と通信することができる。
様々な例示的な実施形態では、光源は、光ファイバに光を供給するために組み込むことができる。さらなる実施形態では、回転機構を組み込むとともに、振動する運動または連続した回転運動でプローブを回転させるように構成された機械的走査ユニットが組み込まれてもよい。またさらなる例示的な実施形態では、装置と通信し、装置から受け取られる情報を処理するように構成されているプロセッサが、組み込まれ得る。
本開示のこれらのおよび他の目的、特徴、および利点は、添付図面および与えられるパラグラフを併せてみるときに、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読めば明らかになる。
本発明のさらなる目的、特徴、および利点は、本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を併せてみるときに、以下の詳細な説明から明らかになる。
従来技術の典型的な付随する構成要素を有するＳＥＥプローブを示す図である。 従来技術の典型的な、図１に示したＳＥＥプローブを組み込む撮像システムの概略図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による広いＦｏＶ ＳＥＥプローブの概略図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による照明ファイバからの光の経路を詳述する広いＦｏＶ ＳＥＥプローブの概略図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による照明ファイバからの光の経路を詳述する広いＦｏＶ ＳＥＥプローブの概略図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による実施形態１および２で説明したＳＥＥ撮像システムの概略図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による、広いＦｏＶ ＳＥＥプローブの実現仕方、または切り替え可能なビュー方向ＳＥＥプローブ（ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ ｖｉｅｗｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ＳＥＥ ｐｒｏｂｅ）の実現仕方の例示的な方法を示す図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による２つの回折格子を組み込む例示的な広いＦｏＶ ＳＥＥプローブの一部の概略図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による本開示において提供される撮像方法の詳細なブロック図である。 本主題の１つまたは複数の実施形態による画像取得プロセスの手順を詳述する例示的なフローチャートである。 本主題の１つまたは複数の実施形態による広いＦｏＶを実現するための２つの照明ファイバ１２および１３のスイッチングのための例示的なタイムチャートである。 本主題の１つまたは複数の実施形態による、ＳＥＥ撮像システムが組み込まれる例示的なコンピュータシステムの概略図である。
図面全体を通じて、同じ参照数字および記号は、特段示されない限り、示された実施形態の同じ特徴、要素、構成要素、または部分を示すために使用される。加えて、名称「’」（例えば、１２’または２４’）を含む参照数字は、従来技術の要素および／または参照を意味する。また、次に、本発明が図を参照して詳細に説明されるが、それは例示的な実施形態と併せてそのようになされる。添付のパラグラフによって定められるように、本開示の真の範囲および精神から逸脱することなく、説明された実施形態に変更および修正がなされてもよいことが意図される。
図１は、従来技術の典型的な例示的なＳＥＥプローブを示す。この従来技術のＳＥＥプローブ１００は、照明ファイバ１２’と、集束レンズ１８’と、回折格子１６’とを含む。広帯域光は、照明ファイバ１２’を通じて中継され、レンズ１８’によって合焦される。図１では、広帯域光は、例えば、３つの波長λ1、λ2、およびλ3（λ1＜λ2＜λ3）を含む。次いで、この光は、回折格子１６’によって回折され、各波長は、撮像される被検体２０’上の固有の位置に合焦される。したがって、光は、点ではなく線に集束することができる。この線は、スペクトル符号化ラインと呼ばれる。被検体２０によって反射される光は、検出ファイバ１４’に戻って中継され、図２の分光計２４’に送り届けられ、このことは、以下のパラグラフにおいて説明される。分光計２４’において、被検体２０’のライン画像を表現する戻る光のスペクトルが読み取られる。
ＳＥＥプローブから画像を取得する本明細書中に説明される従来技術のＳＥＥシステムの詳細を、図２に示す。図２では、光源２２’は広帯域光を出力し、この広帯域光は広帯域光照明ファイバ１２’に結合される。照明ファイバ１２’は、ＳＥＥプローブ１０に取り付けられている照明ファイバ１２’に、接合ユニット２６’を通じて接続される。被検体２０’から後方散乱された光は、検出ファイバ１４’によって集められ、これは、接合ユニット２６’を通じて選択波長の強度が検出される検出器２４’に中継される。検出器の一例は、分光計であり得る。
ＳＥＥプローブ１０’は、物体の２次元画像を得るために、機械的走査ユニット２８’によってレンズの光軸に沿って回転可能に走査することができる。典型的には、機械的走査ユニット２８’は、ガルバノスキャナ（Ｇａｌｖｏ ｓｃａｎｎｅｒ）またはモータによってなされる。αの半分の角度でスペクトル符号化ラインを前後に走査することによって、一方向のＦｏＶは、およそ２αである。スペクトル符号化ラインのＦｏＶは、最小波長および最大波長の分散角度によって決定される。図１では、ＦｏＶは、λ1およびλ3の分散角度によって決定される。回転角を増加させる場合、一方向にＦｏＶを増加させることができる。ガルバノメトリックモータを用いるとき、回転の実際の限界は、およそα＝３５°である。α＞３５°で画像をとることはとても難しい。回折格子のピッチが４５０ｎｍであり、４５０ｎｍから７５０ｎｍまでの広帯域光が使用される場合、スペクトル符号化ラインのＦｏＶは、およそ４５°に制限される。
スペクトル符号化ラインのＦｏＶを増加させるために、スペクトル範囲を増大させる必要があり、これは、可視光撮像に制限される場合、可視波長範囲によって制限される。したがって、視野をさらに増大させるために、回折角を増大させる必要がある。このために、最も簡単な方法は、格子ピッチを減少させることであるが、４５０ｎｍ未満のピッチを有する回折格子の製造は、とても難しく、達成するのに費用がかかる。加えて、格子ピッチが減少するとき、回折効率は減少する。したがって、スペクトル符号化ラインのＦｏＶを増大させるために、ＳＥＥプローブに関連する基礎的な方法論を再発明することが必要である。
図３は、本主題の１つまたは複数の実施形態による広いＦｏＶ ＳＥＥプローブ１０の概略図を示す。図３に示されるように、勾配屈折率（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘ（ＧＲＩＮ））レンズ３４が、集束レンズとして使用される。ウェッジ研磨端部（ｗｅｄｇｅ−ｐｏｌｉｓｈｅｄ ｅｎｄ）を有する透明ロッド３２は、ＧＲＩＮレンズ３４に取り付けられる。ウェッジ研磨端部は、研磨面３０および回折格子１６を有する。この設計では、２つの照明ファイバ１２および１３が、ＧＲＩＮレンズ３４に取り付けられる。第１の照明ファイバ１２および第２の照明ファイバ１３は、透明ロッド３２の中心線から垂直にずれて位置している。例えば、第１の照明ファイバ１２からの波長λ1、λ2、およびλ3（λ1＜λ2＜λ3）を含む広帯域光は、回折格子１６に直接入射し、次いで図４に示されるように、回折される。例えば、第２の照明ファイバ１３からの波長λ1、λ2、およびλ3（λ1＜λ2＜λ3）を含む広帯域光は、まず、反射される研磨面１６に直接入射され、次いで図５に示されるように回折される。この反射の構成により、第１の照明ファイバ１２のより短い波長λ1は、光軸のより近くで回折されるのに対して、第２の照明ファイバ１３のより長い波長λ3は、光軸のより近くで回折される。これらの２つの回折は、より広い範囲の回折角を可能にし、これによって主題のＳＥＥプローブ１０のＦｏＶが劇的に増加する結果になる。
より多くの特定の例が、以下の実施形態において説明される。本明細書中にこれらの実施形態が与えられるが、それらは、本主題の全範囲を限定するようなものではなく、開示される技術の一例として働くものにすぎない。
実施形態１：広視野
本実施形態では、広いＦｏＶ ＳＥＥプローブ１０のシステムが、図６に関連して説明される。広いＦｏＶプローブのパラメータも、与えられる。第１に、広いＦｏＶ ＳＥＥプローブ１０は、接合ユニット２６に取り付けられる。接合ユニット２６および機械的走査ユニット２８は、ハンドピース（ｈａｎｄｐｉｅｃｅ）内にある。しかしながら、ハンドピース内の機械的走査ユニット２８からの振動は、プローブの正確なユーザ取扱いに悪影響を及ぼし得る。したがって、機械的走査ユニット２８は、ハンドピースへの振動を減少させるために、ハンドピース以外の部分にあり得る。
波長４５０〜７５０ｎｍを有する広帯域光は、（以下詳述される）コンピュータシステム５００によって制御される光源２２から放射される。この実施形態の場合、最大波長λmaxは７５０ｎｍであり、最小波長λminは４５０ｎｍである。シングルモードファイバは、広帯域光を接合ユニット２６に導くために使用される。接合ユニット２６の内部には、コンピュータシステム５００によって制御されるスイッチングデバイスが存在する。スイッチングデバイスは、コンピュータシステム５００からのコマンド（ｃｏｍｍａｎｄ）に従って光を結合するためにファイバを切り替えることができる。
図３に示されるものと同じタイプの広いＦｏＶ ＳＥＥプローブ１０が実装される。ＧＲＩＮレンズ３４（中心屈折率＝１．６１、屈折率分布定数＝０．４２、長さ＝３．８ｍｍ、直径＝０．３５ｍｍ）は、集束レンズとして使用される。ウェッジ研磨端部を有する光ロッド３２は、ＧＲＩＮレンズ３４に取り付けられる。ウェッジのない長さは、２．５ｍである。下側ウェッジ表面は、周期４５０ｎｍの回折格子１６を有し、これは、光ロッド３２上のエポキシの上へスタンプされる（ｓｔａｍｐｅｄ）。光軸からの格子角度は、ほぼ４０°である。上側ウェッジ表面は、ミラー３０として機能するように鏡面研磨されている。研磨面角度は、光軸からほぼ４０°である。２つのシングルモード照明ファイバ１２および１３が、ウェッジ交線（ｗｅｄｇｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ）に垂直に対称的な０．１１ｍｍのずれでＧＲＩＮレンズ３４に取り付けられる。検出ファイバ１４は、ＧＲＩＮレンズ３４に取り付けられる。広いＦｏＶ ＳＥＥプローブ１０は、機械的走査ユニット２８に接続され、機械的走査ユニット２８は接合ユニット２６に接続される。
準備において、光源２２からの光は、第１の照明ファイバ１２または第２の照明ファイバ１３に結合され、スペクトル符号化ラインは、被検体２０の上へ回折格子１６を通じて形成され得る。被検体２０からの反射光は、検出ファイバ１４によって検出され、これは通常、シングルモードファイバよりも多くの光を集めるためにマルチモードファイバである。検出ファイバ１４は、反射光を接合ユニット２６を通じて分光計２４へ導く。分光計２４は、戻る光のスペクトルを読み出し、このスペクトルは、データ処理のためにコンピュータシステム５００に送られる。コンピュータシステム５００は、各ライン画像を処理して、画像をモニタ５０４に表示する。ユーザ、例えば医者は、所与のユーザインタフェース５０３を通じてコンピュータシステム５００を操作することができる。
図９は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、本開示に与えられた撮像方法の詳細なブロック図を示す。図９では、接合ユニット２６は、光スイッチおよびマルチチャンネル回転接合を含む。走査ユニット２８は、モータ本体２８−１およびモータ制御ユニット２８−２を含む。制御ユニット２８−２は、少なくともモータ制御のための基板を備える。制御ユニット２８−２は、モータシャフトおよびセンサの端部に連結されたエンコーダスケールを備えることもできる。エンコーダスケールは、モータシャフトと同様に回転し得る。センサは、エンコーダスケールの回転を検出し、回転角情報（位置情報）を出力する。コンピュータシステム５００は、センサ（制御ユニット２８−２）によって出力された角度情報（位置情報）を示す信号を入力し、制御ユニット２８−２からの入力信号に従って光スイッチを制御する。一例示的な実施形態では、ステッピングガルバノモータは、モータ本体２８−１として実施することができ、それによってエンコーダスケールおよびセンサは、省略され得る。
本開示に述べられたマルチチャンネル回転ジョイント／接合に関しては、出願人は、当業者によく知られている様々なロータリジョイント／回転接合を参照によって組み込み、これは、限定するものではないが、Ｚｈａｎｇらの米国特許出願公開第２０１０／０１９５９５６号、およびＧｏｌｄらの米国特許第４８４２３５５号を含む。
例示的な画像を得る方法
コンピュータシステム５００は、開始され、広帯域光を第１の照明ファイバ１２に結合するように、接合ユニット２６に位置するスイッチングデバイスにコマンドを送る。次いで、コンピュータシステム５００は、−αから＋αの角度だけ、またはその逆も同様に、一度に広いＦｏＶプローブ１０を回転させるように、機械的走査ユニット２８にコマンドを送る。スペクトル符号化ラインは、予め決定された回転ステップΔαで走査される。例えば、回転方向に１０００画素を画像化するためには、Δα＝２α／１０００である。機械的走査ユニット２８は、プローブ１０を連続的に移動させる。連続移動中、ライン画像は、サンプリング回転速度（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｒａｔｅ）Δαで得られる。θminを最大波長λmaxの回折角とする。また。θmaxを最小波長λminの回折角とする。λminとλmaxの間の回折角によるスペクトル符号化ラインが得られる。画像は、これらの回折角に従って得られる。この２次元（「２Ｄ」）画像は、画像１と呼ばれる。
その後、コンピュータシステム５００は、第２の照明ファイバ１３に光を結合するようにスイッチングデバイスにコマンドを送る。次いで、コンピュータシステム５００は、−αから＋αだけ（または逆も同様）広いＦｏＶプローブ１０を回転させるように機械的走査ユニット２８にコマンドを送る。ΨminおよびΨmaxを、それぞれλminおよびλmaxの回折角とする。画像は、スペクトル符号化ラインから得られ、その回折角は、ΨminとΨmaxの間である。この２次元画像は、画像２と呼ばれる。
このステップでは、画像１および画像２は、広いＦｏＶ画像を得るために、コンピュータシステム５００によって結合（ｃｏｍｂｉｎｅ）される。図７に概略的示されるように、ＦｏＶは、ここに示された主題に関してλminからΨmaxの範囲まで明らかに増加する。これらのステップを繰り返すことによって、被検体の動画画像が得られる。本実施形態では、スペクトル符号化方向のＦｏＶは、８０°を超えて増加する。
本開示の例示的な流れ
ここまでは、広いＦｏＶプローブ１０の構造、広いＦｏＶプローブ１０を用いる撮像方法、および撮像システムについて説明した。以下、図１０とともに、画像取得プロセスの例示的な手順を詳細に説明する。このプロセスは例示的であるので、様々な追加のステップ、代替ステップ、ステップの省略、派生ステップ、および前述のものの組み合わせが考えられ、本主題によって包含されるとみなされることが考えられる。
図１０に示された広いＦｏＶプローブ１０を用いた画像取得プロセスのフローチャートは、このデバイスのユーザが動作のためにコンピュータ５００、モニタ５０４、およびレーザ光源２２をオンにすることを組み込む。次いで、ユーザは、撮像を始めるために、広いＦｏＶプローブ１０を接合ユニット２６に取り付ける。
ステップＳ１０１において、レーザ光源２２のシャッタが、コンピュータ５００からのコマンドによって開かれる。シャッタは、機械式とすることができ、またはソフトウェアによって制御することができる。シャッタが開かれているとき、レーザ光源２２からの光が、シングルモードファイバを通って接合ユニット２６に進む。ステップＳ１０２において、レーザ光源２２からの光は、接合ユニット２６の内部のスイッチングデバイスによって第１の照明ファイバ１２に結合される。光は、広いＦｏＶプローブ１０の先端に到着し、続いて回折格子１６によって光が分散し、被検体２０を照明する。
ステップＳ１０３において、画像は、第１の照明ファイバ１２からの光によって得られる。このステップは、多くのライン画像を集めることからなり、そのうちの１つは、以下の通りに得られる。分散された光は被検体２０を照射し、被検体２０から反射された光の一部は、検出ファイバ１４に戻る。検出ファイバ１４は、分光計２４へ光を導く。このスペクトル分布は、コンピュータ５００へ送られ、それは被検体２０のライン画像に変換される。コンピュータ５００は、機械的走査ユニット２８にコマンドを送ることによって光軸を中心にして広いＦｏＶプローブ１０の回転を制御する。前後の回転は−αから＋αの間で行われ、それによって広いＰｏＶプローブ１０の回転角は、２αである。この前後の回転は、例えば、ガルバノモータによって行うことができる。コンピュータ５００は、回転角αi（１≦ｉ≦Ｎ）でライン画像を取得し、ここで、Ｎは回転方向の画素数である。回転角を設定する最も簡単なやり方は、αj+1−αj（１≦ｊ＜Ｎ）が一定であることである。回転角を設定する別の可能なやり方は、｜ｔａｎ（αj+1）−ｔａｎ（αj）｜（１≦ｊ＜Ｎ）が一定であることである。Ｎ個のライン画像が得られるとき、Ｎ個のライン画像は、２次元画像を形成するように共に結合される。
ステップＳ１０４において、被検体２０を照明するためのファイバは切り替えられ、すなわち、レーザ光源２２からの光は、第１のファイバ１２の代わりに第２の照明ファイバ１３へ導かれる。この動作は、コンピュータ５００からのコマンドによって行われる。
図１１は、広いＦｏＶを実現するために、２つの照明ファイバ１２と１３の間でスイッチングするための例示的なタイムチャートを示すために提供される。コンピュータシステム５００は、回転角情報をモータに入力し、入力角度情報が「α」または「−α」に対応するか決定される。この結果に基づいて、回転方向を変更するために接合ユニット２６内の光スイッチへスイッチング信号が出力され（コマンド１００１）、それによって広いＦｏＶプローブ１０は、所望の方向に回転する。コンピュータシステム５００は、センサ（制御ユニット２８−２）によって与えられる回転角情報に基づいて、コンピュータ５００がライン画像を取得する回転角を決定することができる。コンピュータ５００は、センサから出力される情報をコンピュータシステム５００が入力してからの経過時間に基づいて、コンピュータ５００がライン画像を取得する回転角を決定することができる。加えて、コンピュータシステム５００は、コンピュータシステムがコマンドを出力するタイミングからの経過時間によってコンピュータ５００がライン画像を取得する回転角を決定することができる。
図１０をさらに見ると、ステップＳ１０５において、２次元画像が、第２の照明ファイバを用いて取得される。このプロセスはステップＳ１０３のプロセスと同じであるので、本明細書において詳細は省略され、および上記参照であり得る。
ステップＳ１０６において、ステップＳ１０３およびＳ１０５で得られた２つの２次元画像が共に結合され、これはしばしば、「画像のステッチング（ｉｍａｇｅ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）」と呼ばれる。２つの画像は、いくらかの重なり合いを有し、コンピュータ５００は、どの部分が画像が重なり合っているかを決定する。次いで、コンピュータ５００は、検出された重なり合った部分に従って２つの画像を結合する。画像のステッチングは、特別な技法ではなく、今日では商用カメラで見つけられ得る。したがって、画像のステッチングの詳細は、参照により本明細書に組み込まれる。
ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６で結合された画像は、ディスプレイ５０４に表示される。ステップＳ１０８において、コンピュータ５００がユーザから終了コマンドを受信していない場合、手順は、ステップＳ１０２に戻ることによって続けられ、さもなければ、それは、ステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９において、動作を安全に終了するために、コンピュータ５００は、レーザ光源２２のシャッタを閉じる。システム全体をシャットダウンするために、ユーザは、コンピュータ５００、レーザ光源２２、およびディスプレイ５０４をオフすることができる。
上記のフローチャートの説明は、広いＦｏＶプローブ１０を前後に回転させるためにガルバノモータを用いることを前提とした。しかしながら、代替の実施形態では、一方向に連続的に回転する標準的な回転モータを組み込むことも可能である。標準的なモータが利用される場合、それに応じて、ステップＳ１０３およびＳ１０５は変更されてもよい。
ステップＳ１０３またはＳ１０５において、２次元画像は、多くのライン画像を組み合わせることによって得られる。照明ファイバ１２または１３からの分散された光は、被検体２０を照明し、反射光のスペクトルは、分光計２４によって検出ファイバ１４を介して解析される。分光計２４から出力されるスペクトル分布は、被検体２０のライン画像に変換される。機械的走査ユニット２８に組み込まれたモータは、画像取得プロセス中に、広いＦｏＶプローブ１０を連続的に回転させる。しかしながら、ライン画像は、−αから＋αの間の予め決定された回転角範囲でのみ取り込まれる。言い換えれば、回転角が−αから＋αの範囲内にない場合、ライン画像は取り込まれない。コンピュータ５００は、回転角αi（１≦ｉ≦Ｎ）でライン画像を取得し、ここで、Ｎは回転方向の画素数である。−α≦αi≦＋αは明らかである。回転角を設定する最も簡単なやり方は、αj+1−αj（１≦ｊ＜Ｎ）を一定（定数）とするものである。回転角を設定する別の可能なやり方は、｜ｔａｎ（αj+1）−ｔａｎ（αj）｜（１≦ｊ＜Ｎ）を一定とするものである。Ｎ個のライン画像が得られるとき、Ｎ個のライン画像は、２次元画像を形成するように共に配置される。
照明ファイバの１つからの回折光が、光軸に沿って前方へ行く場合、α＝１８０度に設定することは良いオプションである。α＝１８０度に設定することによって、広いＦｏＶプローブ１０の前方を観察することができ、前方ビューの広いＦｏＶ ＳＥＥプローブ１０を実現する。
実施形態２：ビュースイッチング
本実施形態では、方向切り替え可能なＳＥＥプローブが開示される。この実施形態に使用されるＳＥＥプローブは、実施形態１に開示されたプローブと同様であるが、被検体の画像を得るための動作が異なる。
ユーザは、前方ビューのような方向または側方ビューのような方向のいずれかからビュー方向を選択する。ユーザは、ユーザインタフェースユニット５０３において前方ビューのような方向を選択する場合、コンピュータシステム５００は、光を第１の照明ファイバ１２に結合するために、接合ユニット２６の内部の光スイッチへコマンドを送る。この条件下で、図１０のステップＳ１０３に類似する先に開示した標準的なＳＥＥ画像取得手順が、実行される。次いで、動画画像が、モニタ５０４に表示される。
ユーザがビュー方向の切り替えを好む場合、ユーザは、ユーザインタフェースユニット５０３を介して側方ビューの向きを選択することができる。この例では、コンピュータシステム５００は、第２の照明ファイバ１３に光を結合するために、光スイッチにコマンドを送る。この条件下で、結果として得られる画像が、図１０のステップＳ１０５に類似する手順によって得られる。本実施形態では、画像取り込みプロセスは、標準的なＳＥＥ画像取り込みプロセスである。しかしながら、第１および第２の照明ファイバの切り替えと共に図３に示された広いＦｏＶプローブ１０は、方向切り替え可能なＳＥＥプローブという結果になり得る。
製造
広いＦｏＶプローブ１０および撮像システムの製造が、本明細書中に開示される。照明ファイバ１２および１３は、ＧＲＩＮレンズ３４に融着接続され得る。ＧＲＩＮレンズ３４ならびに照明ファイバ１２および１３の溶融温度が大きく変わる場合、エポキシが、照明ファイバ１２および１３を取り付けるために接続に代わって使用され得る。高い強度の光が、照明ファイバとＧＲＩＮレンズ３４との間のエポキシに損傷を与え得るので、照明ファイバにコアレスファイバ（長さ１ｍｍ未満）を融着接続することができる。この場合、コアレスファイバは、エポキシを用いてＧＲＩＮレンズに取り付けられる。
ＧＲＩＮレンズ３４の研磨端表面は、とても滑らかに研磨されるべきである。通常、０．３μｍの研磨ペーパーが研磨を仕上げるために良好である。透明ロッド３２については、ガラスロッドをＧＲＩＮレンズ３４に接続することができ、またはガラスロッドは、ＧＲＩＮレンズ３４にエポキシで取り付けることができる。透明ロッド３２も、エポキシで構成され得る。
回折格子１６は、研磨面にスタンプ（ｓｔａｍｐ）することができる。エポキシは、スタンピングのために使用することができる。代替として、または加えて、回折格子シートも、表面上に配置されてもよい。代替として、射出成形が一方または両方の研磨面および回折格子のために利用されてもよい。
検出ファイバ１４は、ＧＲＩＮレンズの側面に（光軸およびウェッジ交線によって形成される平面と同じくらい近くに）、取り付けられるべきである。その端面は、分割または研磨され、透明ロッド３２に取り付けられるべきである。広いＦｏＶプローブ１０を補強するために、熱収縮チューブが、ファイバを含むすべての構成要素のまわりに利用されてもよい。現在、５μｍ未満の壁厚を有する熱収縮チューブは、利用可能である。この熱収縮チューブが広いＦｏＶプローブ１０に包まれる場合でも、広いＦｏＶプローブ１０の直径は、１０μｍ未満だけ変化する。したがって、広いＦｏＶプローブ１０は極めて小さいままである。
本開示の例示的な実施形態は、可視光を利用して説明されたが、不可視光（ｉｎｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ）が広いＦｏＶプローブ１０に組み込まれても置き換えられてもよく、そのようにすることもできることが理解される。広いＦｏＶプローブ１０は、本開示に示された概略図と同じように限定されない。例えば、３つ以上の照明ファイバを使用してもよい。または、２つ以上の回折格子を使用してもよい。一例によって、図８は、２つの回折格子Ｇ１およびＧ２の使用を示し、これは、被検体の画像を取り組むために、１つまたは複数の照明ファイバの使用を組み込むことができる。本実施形態では、第１の照明ファイバ１２によって照明された第１の回折格子Ｇ１からの回折光は、第２の照明ファイバ２によって照明された第１の回折格子Ｇ２からの回折光とのわずかな重なり合いを有するシステムを設計することが可能である。
機械的走査ユニット２８は、前後に振動するように構成された。加えて、機械的走査ユニット２８は、回転するように構成され得る。この例では、回転接合は、接合ユニット２６を回転させるように組み込むことができる。連続回転中、スペクトル符号化ラインは、回転角が予め決定された回転角範囲以内である場合にのみ走査される。
さらに、本開示の例示的な実施形態は、ＧＲＩＮレンズ３４を備えるが、マイクロレンズまたはボールレンズなどの他の合焦用の構成要素が組み込まれ、かつ／または補足されてもよい。ここで、光線がおおよそ正弦波の経路に従うＧＲＩＮレンズ３４について簡単に説明する。ＧＲＩＮレンズ３４のピッチは、１つのピッチを伝搬した光線が正弦波の経路軌道の１サイクルを伝搬しているように決定される。したがって、１ピッチおよび２ピッチの長さを有するＧＲＩＮレンズ３４は、同じ光学特性を有する。ＧpをＧＲＩＮレンズ３４の１ピッチとする。ＧＲＩＮレンズ３４を有する広いＦｏＶプローブ１０を多数回設計したとしても、ＧＲＩＮレンズ３４の長さは、（ｋ＋ｉ／４）Ｇp＋０．１Ｇpよりも大きく、（ｋ＋１／４）Ｇp＋０．３Ｇpよりも小さく、ここで、ｋは、ゼロまたは正の整数である。これは、広いＦｏＶプローブ１０設計のフレームワークを我々に結果として与える。
広いＦｏＶプローブ１０を保護するために、広いＦｏＶプローブ１０は、窓を有する筒内にあり得る。ハイポチューブは、そのような目的のために使用され得る。検出ファイバ１４および広いＦｏＶプローブ１０は、上記実施形態ではユニット内にあるが、それらは分離され得る。例えば、検出ファイバ１４は、保護チューブの一部であり得る。この場合には、機械的走査ユニット２８は、検出ファイバ１４を必ずしも回転させず、機械的走査ユニット２８への必要とされるパワーは減少され得る。
本明細書中に与えられる例示的な手順は、コンピュータアクセス可能媒体に記憶された１つまたは複数の実行可能命令を実行するコンピュータシステム上で実行されてもよく、かつ／またはそれによってもしくはその制御下で支援されてもよい。例えば、コンピュータシステムがコンピュータアクセス可能媒体にアクセスするとき、コンピュータシステムは、そこから実行可能命令を取り出し、次いで実行可能命令を実行する。加えてまたは代替として、ソフトウェア構成が、コンピュータ可読媒体から別個に与えられてもよく、これは、上記手順を実行するために処理構成を構成するように、コンピュータシステムに命令を与えることができる。
図６および図１２には、コンピュータシステム５００の様々な構成要素が示されている。コンピュータシステム５００は、ＣＰＵ５０１、記憶装置／ＲＡＭ５０２、Ｉ／Ｏインタフェース５０３、およびモニタインタフェース５０４を含むことができる。加えて、コンピュータシステム５００は、１つまたは複数のデバイスを備えることができる。例えば、あるコンピュータは、構成要素５０１、５０２、および５０３を含むことができ、他のコンピュータは、構成要素５０４を含むことができる。
ＣＰＵ５０１は、記憶装置／ＲＡＭ５０２に記憶されたコンピュータ実行可能命令を読み実行するように構成される。コンピュータ実行可能命令は、本明細書中に記載される方法および／または計算の実行のためにそれらを含むことができる。
記憶装置／ＲＡＭ５０２は、１つまたは複数のコンピュータ可読および／または書込み可能媒体を含むとともに、例えば、磁気ディスク（例えば、ハードディスク）、光ディスク（例えば、ＤＶＤ、ブルーレイ）、光磁気ディスク、半導体メモリ（例えば、不揮発性メモリカード、フラッシュメモリ、ソリッドステートドライブ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどを含み得る。記憶装置／ＲＡＭ５０２は、コンピュータ可読データおよび／またはコンピュータ実行可能命令を記憶することができる。コンピュータシステム５００内の各構成要素は、バスを介して互いに通信する。例えば、分光計Ｄからのスペクトルデータは、照明ファイバ１２および１３から被検体の照明、反射、および検出に応じて取り込まれる画像がＣＰＵ５０１によってステッチされる前に、記憶装置／ＲＡＭ５０２に記憶される。
Ｉ／Ｏインタフェース５０３は、光源２２、分光計２４、接合ユニット２６、走査ユニット２８、ユーザインタフェースユニット５０３、マイクロフォン、および通信ケーブル、ならびに（有線または無線の）ネットワークを含み得る入出力デバイスに通信インタフェースをもたらす。ユーザインタフェースユニット５０３は、キーボード、マウス、タッチスクリーン、光ペン、マイクロフォンなどを含み得る。モニタインタフェース５０４は、モニタに通信インタフェースを与える。

Claims (15)

  1. 内視鏡検査のための装置であって、
    プローブと、
    光を導くための第１の光ファイバと、
    光を導くための第２の光ファイバと、
    光を取り込むための第３の光ファイバと、
    前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを動作させるように構成されるスイッチとを備え、
    前記第１の光ファイバによって分散される光は、被検体上で前記第２の光ファイバによって分散される光に少なくとも部分的に重なり合う、装置。
  2. 前記第１の光ファイバから光を受け取る分光分散構成要素
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第２の光ファイバから光を受け取る分光分散構成要素
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  4. 前記第２の光ファイバからの光を反射するように構成されるミラー
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  5. 前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバから光を受け取る分光分散構成要素をさらに備え、
    前記ミラーから反射され、前記分光分散構成要素によって分散される前記光は、前記第１の光ファイバによって分散される光に少なくとも部分的に重なり合う、
    請求項４に記載の装置。
  6. 前記第３の光ファイバによって検出される光を受け取るように構成されるプロセッサをさらに備え、
    前記第１の光ファイバから検出される前記光および前記第２の光ファイバによって取り込まれる前記光は、より大きい視野を構成するために前記プロセッサによってステッチされ得る、
    請求項５に記載の装置。
  7. 前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバは、前記プローブの光軸からずれている、
    請求項１に記載の装置。
  8. 前記第３の光ファイバは、被検体によって反射される光を検出するための検出ファイバであり、前記反射される光は、前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバから供給される、
    請求項１に記載の装置。
  9. 前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを照明するための光源
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  10. 前記第３の光ファイバと通信し、前記第３の光ファイバによって集められた光を読み取るように構成される分光計
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  11. 回転機構を組み込むとともに、振動する運動または連続した回転運動で前記プローブを回転させるように構成された機械的走査ユニット
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  12. 前記装置と通信し、画像を生成するために前記装置から受け取られる情報を処理するように構成されているプロセッサ
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  13. プローブと、
    光を導くための第１の光ファイバと、
    光を導くための第２の光ファイバと、
    光を取り込むための第３の光ファイバと、
    前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを動作させるように構成されるスイッチであって、前記第１の光ファイバによって分散される光が、被検体上で前記第２の光ファイバによって分散される光に少なくとも部分的に重なり合う、スイッチと、
    前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを照明するための１つまたは複数の光源と、
    前記第３の光ファイバと通信する分光計と、
    前記分光計と通信する検出器と
    を備える内視鏡システム。
  14. 回転機構を組み込むとともに、振動する運動または連続した回転運動で前記プローブを回転させるように構成された機械的走査ユニット
    をさらに備える、請求項１３に記載の内視鏡システム。
  15. 第１の光ファイバに光を結合するステップと、
    被検体の第１の部分の第１の画像を取得するステップと、
    前記第１の光ファイバから第２の光ファイバへ前記光を切り替えるステップと、
    前記被検体の第２の部分の第２の画像を取得するステップであって、前記被検体の前記第２の部分が、前記被検体の前記第１の部分に少なくとも部分的に重なり合う、ステップと、
    ステッチングするステップと
    を含む、撮像方法であって、
    画像をステッチし、
    画像を表示し、
    プローブと、
    光を導くための第１の光ファイバと、
    光を導くための第２の光ファイバと、
    光を取り込むための第３の光ファイバと、
    前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを動作させるように構成されるスイッチであって、前記第１の光ファイバによって分散される光が、被検体上で前記第２の光ファイバによって分散される光に少なくとも部分的に重なり合う、スイッチと、
    前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバを照明するための１つまたは複数の光源と、
    前記第３の光ファイバと通信する分光計と、
    前記分光計と通信する検出器と
    を備える撮像方法。
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