JP6012363B2 - 走査型共焦点内視鏡システム - Google Patents

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、パルス光により走査領域内の各走査位置に形成されるスポットの面積及びスポットの単位面積当たりの照射エネルギーが略一定となるように、走査位置が走査領域内の周辺に近付くほど、パルス光の時間幅を短くすると共にパルス光の強度を増加させる。

本発明の一形態によれば、走査領域内の各走査位置に形成されるスポットの面積及びスポットの単位面積当たりの照射エネルギーが略一定に揃えられるため、走査領域の全域において褪色が略同じ速さで進行する。そのため、褪色による共焦点画像の明るさのムラが抑えられる。

また、例えば、スポットの、渦巻状の走査方向に沿う長さをスポット長Ｄと定義し、走査部による被写体に対する走査速度をＶと定義し、パルス光の時間幅をパルス幅Ｔと定義した場合に、光源部は、次式に示すスポット長Ｄ
スポット長Ｄ＝走査速度Ｖ×パルス幅Ｔ
が略一定となるように、パルス幅Ｔを走査速度Ｖに合わせて変化させる。

また、例えば、スポット１つ当たりの照射エネルギーをＥと定義し、パルス光の強度をＷと定義した場合に、
光源部は、次式に示す一スポット当たりの照射エネルギーＥ
一スポット当たりの照射エネルギーＥ＝強度Ｗ×パルス幅Ｔ
が略一定となるように、強度Ｗをパルス幅Ｔに合わせて変化させる。

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、二次元画素配列内の各画素位置と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、走査部は、例えば、被写体を走査領域内の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。この場合、光源部は、走査部が走査領域内で被写体を１回転走査する毎に、パルス光の時間幅を短くすると共にパルス光の強度を増加させる構成としてもよい。

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。 一サンプリング期間内に照射されるパルス光の時間幅及び強度の関係を示す図である。

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、パルス信号強度調整用メモリ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によるパルス光の発光タイミングを制御する。また、パルス信号強度調整用メモリ１２６には、一サンプリング期間内に照射されるパルス光と各パルス光の強度とを関連付けたパルス光強度調整用テーブルが格納されている。レーザ制御回路１２２は、パルス光強度調整用テーブルに基づいてパルス信号列内の各パルス信号により発光されるパルス光の強度を調整する。これにより、光源１０２から、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、所定の強度に調整されたパルス光が発光される。

信号処理回路１１６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、画像メモリ１１８にフレーム単位でバッファリングされる。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、渦巻状の走査方式（スパイラルスキャン方式）では、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、パルス幅（パルス光の時間幅）を一定とすると、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。図４の拡大図に示す例では、走査領域内の中心に近い領域ほどスポット長が短くスポット面積が小さいため、パルス光の強度を一定とすると、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。この結果、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という問題が発生する。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、パルス光の時間幅及び強度が設定されている。

図５は、一サンプリング期間内に照射されるパルス光の時間幅及び強度の関係を示す図である。図５の例では、説明の便宜上、一サンプリング期間内に行われる被写体の走査は５回転（５スパイラル）とする。図５中、「スパイラルＳ」のＳ１〜Ｓ５は、一サンプリング期間内における各スパイラルの序数を示す。例えば、スパイラルＳ１は１回転目のスパイラルを示し、走査領域内の中心に最も近い領域の走査に対応する。また、スパイラルＳ５は５回転目のスパイラルを示し、走査領域内の周辺に最も近い領域の走査に対応する。なお、説明の便宜上、図５に示す各パラメータを相対値で示しているため、単位は付してない。

また、図５中、「走査速度Ｖ」のＶ１〜Ｖ５はそれぞれ、スパイラルＳ１〜Ｓ５時の走査速度を示す。走査速度Ｖ１〜Ｖ５は、各スパイラルＳ１〜Ｓ５の周期が一定であることから、スパイラル軌跡の直径と相関した値となっており、走査位置が走査領域内の中心から周辺に近付くにつれてリニアに上昇する。図５の例では、走査速度Ｖ１を０〜１（スパイラルＳ１の始点での走査速度〜スパイラルＳ１の終点での走査速度）とし、走査速度Ｖ２〜Ｖ５をそれぞれ、１〜２（スパイラルＳ２の始点での走査速度〜スパイラルＳ２の終点での走査速度）、２〜３（スパイラルＳ３の始点での走査速度〜スパイラルＳ３の終点での走査速度）、３〜４（スパイラルＳ４の始点での走査速度〜スパイラルＳ４の終点での走査速度）、４〜５（スパイラルＳ５の始点での走査速度〜スパイラルＳ５の終点での走査速度）とする。

また、図５中、「強度Ｗ」のＷ１〜Ｗ５はそれぞれ、スパイラルＳ１〜Ｓ５時に被写体に照射されるパルス光の強度を示す。強度Ｗ１〜Ｗ５は、一パルス毎に（すなわち走査領域内の中心から周辺に近付く毎に）増加する。図５の例では、強度Ｗ１を０〜１（スパイラルＳ１の始点での強度〜スパイラルＳ１の終点での強度）とし、強度Ｗ２を１〜２（スパイラルＳ２の始点での強度〜スパイラルＳ２の終点での強度）とし、強度Ｗ３を２〜３（スパイラルＳ３の始点での強度〜スパイラルＳ３の終点での強度）とし、強度Ｗ４を３〜４（スパイラルＳ４の始点での強度〜スパイラルＳ４の終点での強度）とし、強度Ｗ５を４〜５（スパイラルＳ５の始点での強度〜スパイラルＳ５の終点での強度）とする。なお、スパイラルＳ１の始点に対応する走査位置には、パルス光が照射されないため、強度Ｗ１が０となっている。

また、図５中、「パルス幅Ｔ」のＴ１〜Ｔ５はそれぞれ、スパイラルＳ１〜Ｓ５時に被写体に照射されるパルス光の時間幅を示す。パルス幅Ｔ１〜Ｔ５は、一パルス毎に（すなわち走査領域内の中心から周辺に近付く毎に）短くなる。図５の例では、パルス幅Ｔ１を１０〜５（スパイラルＳ１の始点でのパルス幅〜スパイラルＳ１の終点でのパルス幅）とする（上述したように、スパイラルＳ１の始点に対応する走査位置にはパルス光が照射されないが、説明の便宜上、パルス幅Ｔ１＝１０のパルス光が照射されると仮定する。）。また、パルス幅Ｔ２を５〜５／２（スパイラルＳ２の始点でのパルス幅〜スパイラルＳ２の終点でのパルス幅）とし、パルス幅Ｔ３を５／２〜５／３（スパイラルＳ３の始点でのパルス幅〜スパイラルＳ３の終点でのパルス幅）とし、パルス幅Ｔ４を５／３〜５／４（スパイラルＳ４の始点でのパルス幅〜スパイラルＳ４の終点でのパルス幅）とし、パルス幅Ｔ５を５／４〜１（スパイラルＳ５の始点でのパルス幅〜スパイラルＳ５の終点でのパルス幅）とする。

また、図５中、「スポット長Ｄ」のＤ１〜Ｄ５はそれぞれ、スパイラルＳ１〜Ｓ５時に被写体に形成されるスポットのスパイラル方向の長さ（図４参照）を示す。このスポット長Ｄは次式により定義される。
スポット長Ｄ＝走査速度Ｖ×パルス幅Ｔ

図５の例では、一サンプリング期間内において被写体が１回転走査される毎に走査速度Ｖが上昇する一方、この走査速度Ｖの上昇に合わせてパルス幅Ｔを短くすることにより、スポット長Ｄを略一定に保つことができている。すなわち、走査領域内の中心から周辺に向かうほどスポットがスパイラル方向に長くなるという、上述した問題が解消されている。なお、各パルス信号に対応するパルス幅Ｔの情報は、リマップテーブルに含まれている。そのため、レーザ制御回路１２２は、リマップテーブルに基づいて生成されたパルス信号列を用いることにより、スパイラルの回転数が増える毎にパルス幅Ｔが短くなるパルス光を、各サンプリング点に対応するタイミングで発光することができる。

但し、スポット長Ｄを一定に揃えただけでは、次式に示されるように、パルス幅Ｔを走査領域内の周辺に近付くほど短くしたことに伴い、一スポット当たりの照射エネルギーＥが走査領域内の周辺に近付くほど低くなるという新たな問題が発生する。
一スポット当たりの照射エネルギーＥ＝強度Ｗ×パルス幅Ｔ

そこで、本実施形態では、一サンプリング期間内において被写体が１回転走査される毎にパルス幅Ｔを短くする一方、このパルス幅Ｔを短くすることに合わせて強度Ｗを増加させることにより、一スポット当たりの照射エネルギーＥを一定に保つように構成されている。各パルス光の強度Ｗを示す強度情報は、パルス光強度調整用テーブルに含まれている。そのため、レーザ制御回路１２２は、リマップテーブルに基づいて生成されたパルス信号列及びパルス信号列に含まれる各パルス信号に対応する強度情報に基づいて、スパイラルの回転数が増える毎にパルス幅Ｔが短くなり且つ強度Ｗが増加するパルス光を、各サンプリング点に対応するタイミングで発光することができる。

なお、ＣＰＵメモリ１１０には、適切なパルス幅Ｔと強度Ｗとが組み合わせられた情報のセットが複数種類記憶されている。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上記情報の中から１つを指定することができる。また、パルス幅Ｔ及び強度Ｗ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。

このように、本実施形態では、走査領域内に形成される各スポットの面積及び単位面積当たりの照射エネルギーが略一定に揃えられるため、走査領域の全域において褪色が略同じ速さで進行する。そのため、褪色による共焦点画像の明るさのムラが抑えられる。

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、パルス幅Ｔの低減及び強度Ｗの増加を一パルス毎に（すなわち走査領域内の中心から周辺に近付く毎に）行っているが、別の実施形態では、パルス幅Ｔの低減及び強度Ｗの増加を一スパイラル毎に行ってもよい。

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
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 パルス信号強度調整用メモリ
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 (4)

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、
   前記パルス光により走査領域内の各前記走査位置に形成されるスポットの面積及び該スポットの単位面積当たりの照射エネルギーが略一定となるように、該走査位置が該走査領域内の周辺に近付くほど、該パルス光の時間幅を短くすると共に該パルス光の強度を増加させ、かつ、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、前記二次元画素配列内の各画素位置と１対１で対応するタイミングで制御する、
   走査型共焦点内視鏡システム。
2. 前記スポットの、渦巻状の走査方向に沿う長さをスポット長Ｄと定義し、前記走査部による前記被写体に対する走査速度をＶと定義し、前記パルス光の時間幅をパルス幅Ｔと定義した場合に、
   前記光源部は、次式に示すスポット長Ｄ
   スポット長Ｄ＝走査速度Ｖ×パルス幅Ｔ
   が略一定となるように、前記パルス幅Ｔを前記走査速度Ｖに合わせて変化させる、
   請求項１に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
3. 前記スポット１つ当たりの照射エネルギーをＥと定義し、前記パルス光の強度をＷと定義した場合に、
   前記光源部は、次式に示す一スポット当たりの照射エネルギーＥ
   一スポット当たりの照射エネルギーＥ＝強度Ｗ×パルス幅Ｔ
   が略一定となるように、前記強度Ｗを前記パルス幅Ｔに合わせて変化させる、
   請求項２に記載の走査型共焦点内視鏡システム。
4. 前記走査部は
   前記被写体を前記走査領域内の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し、
   前記光源部は、
   前記走査部が前記走査領域内で被写体を１回転走査する毎に、前記パルス光の時間幅を短くすると共に該パルス光の強度を増加させる、
   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。

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