JP6701264B2 - ２次元センサを含む放射状ライン走査分光計 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、スペクトル符号化内視鏡（ＳＥＥ：ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｅｎｃｏｄｅｄ ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ）に関し、より詳細には、２次元（２Ｄ）センサ上での放射状ライン走査（ｒａｄｉａｌ−ｌｉｎｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ）を用いるＳＥＥに関する。

スペクトル符号化内視鏡検査（ＳＥＥ：ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｅｎｃｏｄｅｄ ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ）は、１ｍｍより小さい直径を持つ超小型プローブにおいて、高解像度でリアルタイムの画像化を行うことができる。ＳＥＥは、試料内で横断方向の線（ｌｉｎｅ）に沿って複数の点に同時に焦点を合わせ且つ試料からの反射率を検出するために、広帯域幅の光源、小型の集束光学系、および回折格子を使用する。

ＳＥＥプローブは、一連の集光スポットのアレイを用いて試料を照明するが、各位置、つまり各分散方向は、異なる波長で符号化される。光ファイバを通じて元の方向に伝達された後、散乱および反射スペクトルによって測定されることにより、横断位置の関数としての反射率が判定される。画像の他の次元は、典型的には約２４Ｈｚから６０Ｈｚの緩やかな速度でＳＥＥプローブを機械的に走査することによって得られる。試料から反射される光は、高速ライン走査センサ（ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｓｅｎｓｏｒ）を有する画像化分光計（ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）によって検出される。分光計においてライン走査センサが使用される場合、走査方向、つまり分散方向に垂直な方向における空間的情報は、ラインセンサの高速読み出し（ｆａｓｔ ｒｅａｄ−ｏｕｔ）によって分解される。

一般に、ＳＥＥプローブからの分散スペクトルは、ＳＥＥプローブが回転するときに、試料上を均一に走査していない。つまり、試料は、分散スペクトルによって均等にサンプリングされない。しかしながら、試料からの検出スペクトルは、分光計のセンサ上で均等にサンプリングされるので、サンプリング定理が分光計上の特定の波長域において役に立たない場合、アンダーサンプリングの問題が生じ得る。

スペクトル符号化内視鏡検査（ＳＥＥ）のための装置が提供される。装置は、照明要素（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）、検出光誘導要素（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）、回転要素（ｒｏｔａｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ）、および２次元センサ（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｅｎｓｏｒ）を備える。照明要素は、照明光ビームを試料に向けるように構成される。検出光誘導要素は、試料からの反射光ビームを集めるように構成される。照明要素および検出光誘導要素のうちの少なくとも１つは、それぞれ照明光ビームまたは反射光ビームをスペクトル的に分散させるように構成される。回転要素は、反射光ビームを回転または振動させるように構成される。２次元センサにおいては、反射光ビームが回転要素から２次元センサへ導かれる。

１つの実施形態では、検出光誘導要素は、固定（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）されており、回転要素は、回転接合部（ｒｏｔａｒｙ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を含む。回転要素は、プリズムを含み得る。あるいは、検出光誘導要素は、回転要素によって回転されてもよく、照明光ビームは、固定されたままであってもよい。回転要素は、中空軸モータ（ｈｏｌｌｏｗ ｓｈａｆｔ ｍｏｔｏｒ）を含み得る。

装置は、コリメーティング構成要素（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、分散構成要素（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、および２次元センサを含む、分光計（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）をさらに備え得る。コリメーティング要素（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）は、コリメーティング構成要素および集束構成要素（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を含み得る。

検出光誘導要素は、検出光誘導要素の遠位端に配置された分散構成要素を備え得る。照明要素は、照明ファイバと、集束構成要素と、照明光ビームを試料に向けて分散させるために照明要素の遠位端に配置された分散構成要素とを含み得る。照明回転接合部（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｒｏｔａｒｙ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が含まれて、照明光ビームを回転させるように構成されてもよい。反射光ビームは、照明光ビームの回転速度の整数倍の速度で回転される。反射光ビームおよび照明光ビームは、実質的に同速度で回転される。照明要素は、マルチモード光ファイバを含み、検出光誘導要素は、シングルモード光ファイバを含む。

１つの実施形態では、２次元センサにおける画像サイズを調整するように構成された１対のリレーレンズを含み得る。

回転要素は、２次元センサに入射する前に反射光ビームを分散させるように構成された回転回折格子（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｇｒａｔｉｎｇ）を含み得る。

スペクトル符号化内視鏡（ＳＥＥ）において放射状走査をする方法が提供される。入射が、試料上への投影された入射光ビームである。試料からの反射光ビームが、検出される。試料から検出された反射光ビームは、分散される。分散された入射光ビームおよび分散された反射光ビームは、同調的に（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ）回転される。分散された反射光ビームは、２次元センサ上へ導かれる。

照明ファイバ、検出ファイバ、および第１の分散要素（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を含むＳＥＥプローブが、提供される。照明ファイバは、入射光ビームを光源から試料上へ導くように構成される。検出ファイバは、反射光ビームを分光計に向けて導くように構成される。第１の分散要素は、試料上に入射する光または試料から反射される光を複数の光線に分散させるように構成される。方法は、照明ファイバおよび検出ファイバを同調的に回転させるステップをさらに含み得る。入射光ビームは、試料上への投影の前に分散され得る。

ＳＥＥシステムが提供される。ＳＥＥシステムは、照明要素、検出ファイバ、回転要素、および分光計を備える。照明要素は、照明ファイバと、集束構成要素と、試料に向けられる照明光ビームを分散させるために照明要素の遠位端に配置された分散構成要素とを含み得る。検出ファイバは、試料からの反射光ビームを集めるように、また、反射光ビームを回転要素に送るように、構成される。回転要素は、反射光ビームを回転または振動させるように構成される。分光計は、コリメーティング構成要素と、反射光ビームを分散させるように構成された分散構成要素と、２次元センサとを含み得る。分散された反射光は、回転要素から分光計へ導かれる。

ＳＥＥシステムでは、回転デバイスは、分散照明光ビームおよび反射光ビームを同調的に回転させるように構成される。検出ファイバは、固定されており、回転要素は、回転接合部を含む。検出ファイバは、回転要素によって回転される。ＳＥＥシステムは、照明光ビームを回転させるように構成された回転接合部をさらに備える。

図１（ａ）は、前方ビュー（ｆｏｒｗａｒｄ ｖｉｅｗ）のＳＥＥプローブの例示的な構造の図である。図１（ｂ）は、試料上を放射状に走査しているＳＥＥプローブからの分散光線の図である。図１（ｃ）は、センサ画素によって均等にサンプリングされた波長により分光計内のラインセンサ上で画像化された分散光線の検出信号の図である。 図２（ａ）は、試料上を放射状に走査しているＳＥＥからの分散光線の図である。図２（ｂ）は、本出願の１つの実施形態による分光計において２次元センサ上を走査している分散光線の検出信号の図である。 図３は、２Ｄセンサを含むＳＥＥシステムの概略図である。 図４は、別の実施形態による２Ｄセンサを含むＳＥＥシステムの概略図である。 図５は、別の実施形態による２Ｄセンサを含むＳＥＥシステムの概略図である。 図６は、２Ｄセンサ上での放射状走査を実現するために使用される分光計の例示的な構造の図である。 図７は、２Ｄセンサ上での放射状走査を実現するために使用される分光計の別の例示的な構造の図である。 図８は、２Ｄセンサ上での放射状走査を実現するために使用される分光計の別の例示的な構造の図である。 図９は、２Ｄセンサ上での放射状走査を実現するために使用される分光計の別の例示的な構造の図である。 図１０は、例示的なＳＥＥカラープローブの概略図である。 図１１は、カラー画像を形成するために組み合わせられる２つの単色画像のための分散光線の検出信号の図である。 図１２は、別の実施形態によるＳＥＥシステムとともに使用されるコンピュータシステムの図である。

以下の説明は、特定の例示的な実施形態に関するものであるが、他の実施形態は、代替形態、均等物、および修正形態を含み得る。さらに、例示的な実施形態は、いくつかの新規な特徴を含むことができ、また、特定の特徴は、本明細書で説明される装置、システム、および方法を実施するのに必須ではない場合がある。

前方ビューのＳＥＥプローブの場合、分散スペクトルの１つの領域、例えば赤色光線が、スペクトルの青色光線などの他の領域よりも遙かに大きい面積を走査する。波長がセンサ上で均等にサンプリングされた場合、検出信号は、スペクトルのいくつかの領域ではアンダーサンプリングされ、他の領域ではオーバーサンプリングされる。図１（ａ）〜図１（ｃ）は、前方ビューのＳＥＥプローブに関するそのような問題を示す。図１（ａ）に示されるように、ＳＥＥが回転するにつれて、分散光線が試料を放射状に走査する。図１（ｂ）に示されるように、例えば６６７ｎｍで波長λ２によってサンプリングされる領域２が、例えば３９０ｎｍで波長λ１によってサンプリングされる領域１の面積よりも遙かに大きい面積を有する。しかし、波長は、分光計においてライン走査センサの同じ時間間隔によって均等にサンプリングされる。結果的に、図１（ｃ）に示されるように、λ１によってサンプリングされる領域１は、分光計上でオーバーサンプリングされ、λ２によってサンプリングされる領域２は、アンダーサンプリングされる。

側方ビュー（ｓｉｄｅ ｖｉｅｗ）のＳＥＥプローブシステムでは、ＳＥＥプローブを振動させることによるスペクトル的に符号化された線の（分散方向に垂直な）遅軸走査のために、検流計式スキャナ（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃ ｓｃａｎｎｅｒ）が典型的に使用される。前方ビューのＳＥＥプローブでは、照明ファイバおよび／または検出ファイバを含むプローブは、典型的には、ファイバが絡み合うのを避けるために、光ファイバ回転接合部を含むモータによって連続的に３６０°回転される。図１（ａ）に示されるように、本出願の一実施形態による前方ビューのＳＥＥプローブは、ＳＥＥプローブを通って移動する光を導くために延在する照明ファイバを含む。ＳＥＥプローブは、ＧＲＩＮレンズおよび回折格子を含むことができ、この回折格子から、光は、例えば約３９０ｎｍでの波長λ１を持つ光線、約６６７ｎｍでの波長λ２を持つ光線、および約８２０ｎｍでの波長λ３を持つ光線を含む、複数の光線に分散される。図２（ａ）に示されるように、分散光線λ１、λ２、およびλ３は、試料上を放射状に走査する。オーバーサンプリングおよびアンダーサンプリングの問題を解決するために、図１（ｃ）に示されるようなセンサ上での分散光線の検出信号のライン走査は、図２（ｂ）に示されるようにセンサの外側領域上に落ちる波長λ３がセンサの内側領域上に落ちる波長λ１よりも多くサンプリングされるように、放射状走査に置き換えられることが好ましい。

センサ上での検出信号の放射状走査を実現するために、ＳＥＥシステムが、図３に示されるように提供される。ＳＥＥシステムは、試料側３０ｉにおけるＳＥＥプローブ３３、および検出側３０ｄにおける画像化分光計を含む。ＳＥＥプローブ３３は、照明ファイバ３１と、検出ファイバ３２と、スペーサのセットなどの光学系３４ａと、ＧＲＩＮレンズ、球状レンズ、球面レンズ、および／または非球面レンズを含む遠位端光学系（図１ａ参照）と、回折格子またはプリズムなどの分散光学系３４ｂと、を含む。照明ファイバは、シングルモードファイバとすることができ、検出ファイバは、マルチモードファイバとすることができる。照明ファイバ３１は、光源、例えばレーザまたは他の照明源から試料上へ光を導くために、ＳＥＥプローブ３３を通って延在する。光は、分散光学系３４ｂにより、種々の波長における光線に分散される。図３に示された例では、分散光線は、λ１、λ２、およびλ３を含む。試料から反射された分散光線は、検出ファイバ３２によって検出される。画像化分光計の光学系は、分散光線λ１、λ２、およびλ３の検出信号を試料から分光計３６へ導くために、検出側３０ｄに位置する画像化分光計に向かって試料側３０ｉから延在する検出ファイバ３２を含み得る。１つの実施形態では、分光計は、画像センサ３７から離れて、小型の構造、例えばＳＥＥプローブ３０の光学系３４ａおよび３４ｂの構造に類似した構造を持つ検出プローブ３６を含み得る。検出プローブ３６は、試料側３０ｉから延在する検出ファイバ３２、回折格子またはプリズムなどの分散光学系、ＧＲＩＮレンズ、球状レンズ、球面レンズ、および／または非球面レンズなどのコリメーティングレンズおよび集束レンズを含み得る。

２次元センサ３７上での検出信号の放射状走査を実現するために、検出プローブ３６は、ＳＥＥプローブ３３と同調的に回転する。検出された分散光線は、２Ｄセンサ３７上で画像化される。検出プローブ３６の回転速度は、非均一回転歪（ＮＵＲＤ：ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を軽減するために、２Ｄセンサ３７のフレームレートよりも高速とされ得る。高速度回転はまた、２Ｄセンサ３７の読み出し無駄時間（ｒｅａｄ−ｏｕｔ ｄｅａｄ−ｔｉｍｅ）によりブラックアウト領域（ｂｌａｃｋｏｕｔ ａｒｅａ）が生じるのを防ぐ。検出プローブ３６の回転は、ＳＥＥプローブ３３を駆動するのと同じモータによって制御／駆動され得る。あるいは、ＳＥＥプローブ３３および検出プローブ３６の回転は、異なるモータによって駆動および／または制御されてもよい。

１つの実施形態では、照明ファイバ３１は、シングルモードファイバから選択される場合があり、一方で検出ファイバは、マルチモードファイバから選択される場合がある。検出ファイバの数は、１つに限定されない。照明ファイバ３１は、光ファイバ回転接合部３５とともにモータによって回転される。検出ファイバ３２は、検出プローブ３６のための回転接合部を必要とせずにＳＥＥプローブ３３と検出プローブ３６との同調的回転を実現するために、照明ファイバ３１と一緒に回転される。

２Ｄセンサ上での検出された分散光線の照明パターンは、図２（ｂ）に示されたような形状に限定されないことが、理解されるであろう。１つの波長、例えばλ１が、１回の露光時間中に非常に限られた数の画素上でオーバーサンプリングされ且つ過剰暴露される状況では、これらの画素は飽和する可能性があり、センサのダイナミックレンジは十分ではない可能性がある。この問題を緩和するために、検出された分散光線のドーナツ形状の走査パターンが提供され得る。

図４は、別の実施形態によるＳＥＥシステムを示す。図３に示されたようなＳＥＥシステムと同様に、このＳＥＥシステムは、試料側４０ｉにおけるＳＥＥプローブ４３、および検出側４０ｄにおける画像化分光計４６を含む。照明側４０ｉは、照明ファイバ４１、検出ファイバ４２、ならびに照明ファイバ４１および検出ファイバ４２が貫通するＳＥＥプローブ４３を含む。ＳＥＥプローブ４３は、スペーサのセットなどの光学系４４ａと、ＧＲＩＮレンズ、球状レンズ、球面レンズ、および／または非球面レンズを含む遠位端光学系（図１ａ参照）と、回折格子またはプリズムなどの分散光学系４４ｂとを含み得る。照明ファイバ４１は、光源、例えばレーザまたは他の照明源からＳＥＥプローブ４３の遠位端に向けて光を導くために、ＳＥＥプローブ４３を通って延在する。光は、分散光学系４４ｂにより、試料上に入射する種々の波長における複数の光線に分散される。図４に示された例では、分散光線は、λ１、λ２、およびλ３を含む。試料から反射された分散光線は、検出ファイバ４２によって検出される。画像化分光計の光学系は、分散光線λ１、λ２、およびλ３の検出信号を試料から画像分光計４６へ導くために、照明側４０ｉから画像分光計に向かって延在する検出ファイバ４２を含み得る。１つの実施形態では、分光計は、画像センサ４７から離れて、小型の構造、例えばＳＥＥプローブ４３の光学系４４ａおよび４４ｂの構造に類似した構造を持つ検出プローブ４６を含み得る。照明側４０ｉから延在する検出ファイバ４２は、画像センサ４７上への入射の前に、回折格子またはプリズムなどの分散光学系、検出プローブ４６のＧＲＩＮレンズ、球状レンズ、球面レンズ、および／または非球面レンズなどのコリメーティングレンズおよび集束レンズを通過する。

図４に示されたような実施形態では、照明ファイバ４１、および検出側４０ｄ上の検出ファイバ４２は、異なるモータによって制御され且つ駆動される。このように、照明ファイバ４１は、試料側４０ｉ上の検出ファイバ４２が固定されたままでいる間に、回転し得る。照明ファイバ４１とレーザまたは他の光源からの照明ファイバとが絡み合うのを防ぐために、回転接合部４５ａが、ＳＥＥプローブ４３に取り付けられる。回転接合部４５ｂもまた、検出側４０ｄ上の検出ファイバ４２が照明ファイバ４１とは独立して回転することを可能にするために、検出プローブ４６に取り付けられる。図４に示されたような構造は、検出ファイバ４２が長く且つ柔軟であるときに有利である。照明ファイバ４１および検出側４０ｄ上の検出ファイバ４２の回転は、独立して制御され得るが、照明ファイバ４１と検出ファイバ４２との間の同調的な回転が、なおも望ましい。

図５は、別の実施形態によるＳＥＥシステムを示す。図３に示されたようなＳＥＥシステムと同様に、このＳＥＥシステムは、試料側５０ｉにおけるＳＥＥプローブ５３、および検出側５０ｄにおける画像化分光計５６を含む。照明側５０ｉにおけるＳＥＥプローブ５３は、照明ファイバ５１および検出ファイバ５２を含む。ＳＥＥプローブ５３は、スペーサと、ＧＲＩＮレンズ、球状レンズ、球面レンズ、および／または非球面レンズを含む遠位端光学系と、回折格子またはプリズム５４ｂなどの分散デバイスとからなる光学系５４ａのセットを含み得る。この実施形態では、光学系５４のセットは、照明ファイバ５１ではなく検出ファイバ５２の先端に取り付けられる。照明ファイバ５１は、光源、例えばレーザまたは他の照明源から試料に向けて光を導く。試料から反射された光は、光ファイバの先端に取り付けられた光学系５４によって分散され且つ集められて、検出ファイバ５２により画像分光計５６に向けて導かれる。画像化分光計５６の光学系は、分散光線λ１、λ２、およびλ３の検出信号を試料から画像分光計５６へ導くために、照明側５０ｉから画像分光計に向かって延在する検出ファイバ５２を含み得る。１つの実施形態では、分光計は、画像センサ５７から離れて、小型の構造、例えばＳＥＥプローブ５３の光学系５４ａおよび５４ｂの構造に類似した構造をもつ検出プローブ５６を含み得る。照明側５０ｉから延在する検出ファイバ５２は、画像センサ５７上への入射の前に、回折格子またはプリズムなどの分散光学系、検出プローブ５６のＧＲＩＮレンズ、球状レンズ、球面レンズ、および／または非球面レンズなどのコリメーティングレンズおよび集束レンズを通過する。

図５に示されたような実施形態では、照明ファイバ５１は、マルチモードファイバを含み、一方で検出ファイバ５２は、シングルモードファイバを含み得る。スペーサを含む光学系５４ａ、レンズ（ＧＲＩＮレンズ／球状レンズ／球面レンズ／非球面レンズ）、回折格子および／またはプリズムなどの分散光学系５４ｂは、検出ファイバ５２の遠位端に取り付けられる。照明ファイバ５１は、検出ファイバ５２が回転している間に固定されたままでいることができ、また、検出ファイバ５２および検出プローブ５６は、反射光ビームが照明光ビームの回転速度と実質的に同じ速度で回転し得るように、同じ速度で回転する。別の実施形態では、反射光ビームは、照明光ビームの回転速度の整数倍の速度で回転され得る。図５では、検出ファイバ５２および検出ファイバ５６の回転速度は、反射光ビームおよび照明光ビームの回転速度が例えば互いにわずか５％の違いで実質的に同じであるように検出ファイバ５２および５６の回転速度が制御されるように、制御される。結果的に、図５に示されたような構造では、回転接合部は必要とされない。

図６は、ＳＥＥシステムの検出側における分光計の一実施形態を示す。図示のように、分光計は、検出ファイバ、例えば図３、図４、または図５に示されるような検出ファイバ３２、４２、または５２からの光線を平行にするためのコリメーティングレンズ６１を含む。分光計の回転部分６２は、画像の放射状走査を実現するために、分散デバイス６３、例えば回折格子と、２Ｄセンサ６５上への入射の前に平行にされた光線を回転させるための集束レンズ６４と、を含む。

図７は、ＳＥＥシステムの検出側における分光計の別の実施形態を示す。図示のように、分光計は、中間像７２を形成するための光学系のセット７１と、２Ｄ画像センサ７５上での放射状走査を引き起こすために回転する回転可能なプリズム７３と、２Ｄ画像センサ７５と、を含む。分光計はまた、画像のサイズを調整して２Ｄセンサ７５のサイズに適合させるために、１対のリレーレンズ７４を含み得る。

図８は、ＳＥＥシステムの検出側における分光計の別の実施形態を示す。図６に示されたような分光計と同様に、この分光計は、検出ファイバ、例えば図３〜図５に示されたような検出ファイバ３２、４２、および５２からの光線を平行にするためのコリメーティングレンズ８１と、回折格子などの分散デバイス８２と、集束レンズ８４と、を含む。この実施形態では、画像センサ８５上での放射状走査を実現するために、分散デバイス８２自体が回転している。

図９は、分光計の別の実施形態を示す。図示のように、分光計は、コリメータ９１、回折格子９２、および、中間像を形成するための集束レンズ９３を含む。分光計は、２Ｄセンサ９５上に投影される画像の拡大率を調整するための１対のリレーレンズ９４をさらに備える。この実施形態では、検出ファイバの正面にある回折格子９２は、好ましくは検出ファイバに入る分散光線と同調的に回転する。図６〜図８に示されたような分光計は、図３〜図５にそれぞれ示されたようなＳＥＥプローブ３３、４３、および５３のうちの任意のものとの組合せで使用され得ることが、理解されるであろう。

本開示に従って使用され得るＳＥＥプローブの例示的な一実施形態が、図１０に示されている。このＳＥＥプローブは、照明ファイバ１０１と、ここでは屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズとして示されている集束構成要素１１２、鏡または他の反射器として作用する表面１１６を有するスペーサ１１４および回折格子であり得る分散構成要素１１８を含む光学系１０４と、を具備する。広帯域光（または、他の電磁放射線）が、照明ファイバ１０１に結合されるか他の方法で照明ファイバ１０１内に提供される。照明ファイバ１０１は、例えばファイバコアモードを通じてＳＥＥプローブの光学系１０４へ光を導くように構成される。例えばシングルモードファイバ、数モードファイバ、もしくはマルチモードファイバであり得るかまたはそれを含み得る照明ファイバ１０１。ファイバのファイバクラッド（ｆｉｂｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ）の外径は、例えば１００μｍ、１２５μｍ、または２００μｍとすることができ、また、所望に応じて修正されてもよい。光は、一般に可視スペクトル内のものでありまたＵＶまたは近ＩＲおよび他の範囲にまで広がることもある、種々の波長の混合物である。波長の例示的な範囲は、典型的には４００ｎｍから８００ｎｍまたは１０００ｎｍまでとされ得る。光（または、他の電磁放射線）は、集光構成要素を通過した後でわずかに集束され得る。光がプローブを通過するとき、光は、例えば、入力波長に対して透過的な媒体内を伝搬する。いくつかの実施形態では、ファイバは、ダブルクラッドファイバであり、典型的なコア径は、１０μｍ未満である。ファイバは、照明１０１および検出１０２の両方に対して使用され得る。

集束構成要素１１２は、例えば、光をほとんど平行にするがわずかに集束させるＧＲＩＮレンズであってもよい。あるいは、ＧＲＩＮレンズの代わりに、マイクロレンズなどの他の集束構成要素が使用されてもよい。この実施形態のスペーサ１１４は、例えば、中空（ａｉｒ）、ガラス、またはエポキシであってもよく、また、近位端において垂直研磨（ｎｏｒｍａｌ−ｐｏｌｉｓｈ）され、且つ、図１０に示された遠位端において角度研磨（ａｎｇｌｅ−ｐｏｌｉｓｈ）される。スペーサ１１４はまた、角度研磨された表面１１６を含み、この表面１１６は、レンズ１１２からの光が表面１１６上に入射するときに鏡として使用され得る。この角度研磨された表面１１６は、その反射性を高めるために、例えば金属または誘電体のコーティングを有することができる。レンズ１１２は、ＧＲＩＮレンズであってもよい。レンズ１１２は、スペーサ１１４近位端に取り付けられる。角度研磨されたスペーサの遠位端は、回折格子として示されている分散要素１１８のための基部として使用される。スペーサ１１４の寸法は、集束構成要素１１２を通って入来する光が角度付き表面１１６のうちの１つによって反射されて分散構成要素１１８に進むように、決定される。分散構成要素１１８は、スペーサ１１４上に直接配置された回折格子として示されている。回折格子は、例えば、標準的な溝形回折格子（ｇｒｏｏｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ）、ブレーズド回折格子（ｂｌａｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ）、またはホログラフィック回折格子（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ）を含むボリューム回折格子（ｖｏｌｕｍｅ ｇｒａｔｉｎｇ）などの、様々な形態を有し得る。分散構成要素１１８は、プリズムであってもよい。分散構成要素１１８は、光を、組織試料１２６上に入射して示されているスペクトル的に符号化された線（ｌｉｎｅ）１２４に回折する。

対象から戻ってきた光は、同じ光学系によって検出され、したがって光ファイバ１０２を通じて分光計へ送達され得る。したがって、組織１２６によって反射された光（または、他の電磁放射線）は、ファイバ１０２に結合されるか他の方法でファイバ１０２に戻され、次いで分光計へ送達され得る。他のＳＥＥ光学構成要素も使用され得る。例えば、本明細書で説明されるような装置および方法は、例えば米国特許第６，３４１，０３６号、同第７，４４７，４０８号、同第７，５５１，２９３号、同第７，７９６，２７０号、同第７，８５９，６７９号、同第８，０４５，１７７号、同第８，１４５，０１８号、同第８，８３８，２１３号、同第９，２５４，０８９号、同第９，２９５，３９１号、同第９４１５５５０号、同第９，５５７，１５４号、および米国特許出願公開第２０１７／００３５２８１号、ＷＯ２０１５／１１６９５１、ＷＯ２０１５／１１６９３９、ＷＯ２０１７／０２４１４５、および２０１７年１月２７日に出願された米国非仮特許出願第１５／４１８，３２９号で説明されている例示的なＳＥＥシステムとともに使用することができ、これらの特許および特許公開のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に援用される。

図１１は、画像を生成するために試料上での分散の回転運動を利用する設計を示す。この図では、本開示の種々の例示的な実施形態によるＳＥＥプローブにより、２色画像が得られる。この例では、スペクトル的に符号化された第１の線１１０を走査することにより、単色画像を得ることができる。スペクトル的に符号化された第２の線１１２を走査することにより、別の単色画像を得ることができる。例示的な（例えば、２つの）単色画像は、図１１の右側に示されたような２色画像を生成するために組み合わせることができ、ここで、各点は、波長λ₁およびλ₃における光によって画像化された点１１４によって例示されているように、２つの波長の光によって画像化されている。

いくつかの実施形態では、分光計のセンサは、２Ｄ ＲＧＢ、例えばベイヤ配列センサ（Ｂａｙｅｒ ａｒｒａｙ ｓｅｎｓｏｒ）を含み得る。他の実施形態では、検出側は、３つの単色２Ｄセンサ、および、３セットの回転機構を有し得る。分光計は、分散線（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）の中心または中心に近い部分が回転走査軸（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｘｉｓ）であるように、図３〜図５に示されたような検出プローブに類似して設計され得る。２Ｄセンサは、カラーセンサを含む。

本明細書で説明されたような放射状走査に基づいて画像を得る方法が多数存在する。少なくとも１つの実施形態では、本明細書で説明されたＳＥＥ装置、システム、および方法を制御し且つ監視するために、コンピュータが充てられ得る。

コンピュータシステム１２００（例えば、上述のコンソールまたはコンピュータ１２００参照）の種々の構成要素が、図１２に挙げられている。コンピュータシステム１２００が、中央処理装置（「ＣＰＵ」）１２０１、ＲＯＭ１２０２、ＲＡＭ１２０３、通信インターフェイス１２０５、ハードディスク（および／または他の記憶デバイス）１２０４、スクリーン（またはモニタインターフェイス）１２０９、キーボード（または、キーボードに加えてマウスもしくは他の入力デバイスも含み得る入力インターフェイス）１２１０、および、上述の構成要素のうちの１つまたは複数の構成要素間のＢＵＳまたは他の接続線を含み得る。さらに、コンピュータシステム１２００は、上述の構成要素のうちの１つまたは複数を備え得る。例えば、コンピュータシステム１２００が、ＣＰＵ１２０１、ＲＡＭ１２０３、（通信インターフェイス１２０５などの）入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス、および（コンピュータシステム１２００の各構成要素間の通信システムとして１つまたは複数の電線路１２１３を含み得るバスを具備し得る。１つまたは複数の実施形態では、コンピュータシステム１２００および少なくともそのＣＰＵ１２０１は、ＳＥＥデバイスの１つもしくは複数の上述の構成要素または放射状走査ＳＥＥを実行するためのシステムと通信し得る。ＣＰＵ１２０１は、記憶媒体に記憶されたコンピュータ実行可能命令を読み取り且つ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、本明細書で説明された方法および／または画像処理を実行するための命令を含み得る。コンピュータシステム１２００は、ＣＰＵ１２０１に加えて１つまたは複数の追加のプロセッサを含むことができ、ＣＰＵ１２０１を含むそのようなプロセッサは、本明細書で説明されるような放射状走査ＳＥＥシステムから画像を作り出すために使用され得る。システム１２００は、ネットワーク接続を介して（例えば、ネットワーク１２０６を介して）接続される１つまたは複数のプロセッサをさらに含み得る。システム１２００によって使用されるＣＰＵ１２０１および任意の追加のプロセッサは、同一の電気通信ネットワーク内に配置されてもよく、または、異なる電気通信ネットワーク内に配置されてもよい（例えば、ＳＥＥ技法の実行が遠隔制御され得る）。

Ｉ／Ｏまたは通信インターフェイス１２０５は、光源１２０１、分光計、マイクロフォン、通信ケーブルおよび（有線または無線の）ネットワーク、キーボード１２１０、マウス（例えば、図１２に示されたマウス１２１１参照）、タッチスクリーンまたはスクリーン１２０９、ライトペン、などを含み得る入力および出力デバイスへの通信インターフェイスを提供する。モニタまたはディスプレイインターフェイスまたはスクリーン１２０９は、それへの通信インターフェイスを提供する。

本明細書で説明されるような放射状ライン走査を実行する方法などの、本開示の任意の方法および／またはデータは、コンピュータ可読記憶媒体上に記憶され得る。ハードディスク（例えば、ハードディスク１２０４、磁気ディスク、など）、フラッシュメモリ、ＣＤ、光学ディスク（例えば、コンパクトディスク（「ＣＤ」）、デジタル多用途ディスク（「ＤＶＤ」）、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク、など）、光磁気ディスク、（ＲＡＭ１２０３などの）ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、ＤＲＡＭ、リードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）、分散コンピューティングシステムの記憶装置、メモリカード、または同種のもの（例えば、不揮発性メモリカード、半導体ドライブ（ＳＳＤ）（図１２のＳＳＤ１２０７参照）、ＳＲＡＭ、など、しかしこれらに限定されない他の半導体メモリ）、これらの任意選択の組合せ、サーバ／データベース、などのうちの１つまたは複数のような、しかしこれらに限定されない、一般に使用されるコンピュータ可読および／または書き込み可能記憶媒体が、上述のコンピュータシステム１２００のプロセッサまたはＣＰＵ１２０１などのプロセッサに本明細書で説明された方法の諸ステップを実行させるために使用され得る。コンピュータ可読記憶媒体は、非一時的なコンピュータ可読媒体であってもよく、および／または、コンピュータ可読媒体は、一時的な伝搬信号が存在することを唯一の例外として、あらゆるコンピュータ可読媒体を含み得る。コンピュータ可読記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、などのような、しかしこれらに限定されない、所定の期間または限られた期間または短い期間にわたっておよび／または電力の存在下のみで情報を記憶する媒体を含み得る。本開示の実施形態はまた、記憶媒体（より詳細には「非一時的なコンピュータ可読記憶媒体」と呼ばれることもある）に記録されたコンピュータ実行可能命令（例えば、１つまたは複数のプログラム）を読み出し且つ実行して上述の実施形態のうちの１つまたは複数の実施形態の機能を行うシステムまたは装置のコンピュータ、および／または、上述の実施形態のうちの１つまたは複数の実施形態の機能を行うための１つまたは複数の回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））を含むシステムまたは装置のコンピュータによって実現することができ、また、例えば記憶媒体からコンピュータ実行可能命令を読み出し且つ実行して上述の実施形態のうちの１つまたは複数の実施形態の機能を行うことおよび／または１つまたは複数の回路を制御して上述の実施形態のうちの１つまたは複数の実施形態の機能を行うことによりシステムまたは装置のコンピュータによって行われる方法により、実現することができる。

本開示の少なくとも１つの態様によれば、上述のコンピュータ１２００のプロセッサ、コンピュータ１２００’のプロセッサ、などのような、しかしこれに限定されないプロセッサに関連する上記の装置、システム、および方法は、図に示されたものなどの適切なハードウェアを利用して実現され得る。本開示の１つまたは複数の態様の機能性は、図１２に示されたものなどの適切なハードウェアを利用して実現され得る。そのようなハードウェアは、標準的なデジタル回路、ソフトウェアおよび／またはファームウェアプログラムを実行するように動作可能な既知のプロセッサのうちの任意のもの、プログラム可能リードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、プログラム可能アレイ論理デバイス（ＰＡＬ）、などのような１つまたは複数のプログラム可能なデジタルデバイスまたはシステム、などの既知の技術のうちの任意のものを利用して実装され得る。（図１２に示されるような）ＣＰＵ１２０１はまた、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、ナノプロセッサ、１つまたは複数のグラフィックス処理装置（「ＧＰＵ」、ビジュアル処理装置（「ＶＰＵ」）とも呼ばれる）、１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、または他のタイプの処理構成要素（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含みおよび／またはそれらで作られ得る。なおもさらに、本開示の種々の態様は、適切な記憶媒体（例えば、コンピュータ可読記憶媒体、ハードドライブ、など）または輸送可能性および／もしくは配布のための媒体（フロッピーディスク、メモリチップ、など）に記憶され得るソフトウェアおよび／またはファームウェアプログラムによって実施され得る。コンピュータは、コンピュータ実行可能命令を読み出し且つ実行するために、別々のコンピュータまたは別々のプロセッサのネットワークを含み得る。コンピュータ実行可能命令は、例えば、ネットワークまたは記憶媒体から、コンピュータに提供され得る。

上述のように、コンピュータまたはコンソール１２００’の一代替実施形態のハードウェア構造が、図１２に示されている。コンピュータ１２００’は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２０１、図形処理装置（ＧＰＵ）１２１５、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２０３、ネットワークインターフェイスデバイス１２１２、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などの操作インターフェイス１２１４、および、ハードディスクドライブまたは半導体ドライブ（ＳＳＤ）１２０７などのメモリを含む。コンピュータまたはコンソール１２００’は、ディスプレイ１２０９を含むことが好ましい。コンピュータ１２００’は、操作インターフェイス１２１４またはネットワークインターフェイス１２１２を介して、回転要素（例えば、３４、３６、４４、４６、など）、少なくとも１つの検出器（例えば、３０ｄ、４０ｄ、５０ｄ、など）、ＭＣＵ、および／または分光計と接続し得る。コンピュータ１２００’などのコンピュータは、１つまたは複数の実施形態において、ＭＣＵを含み得る。操作インターフェイス１２１４は、マウスデバイス１２１１、キーボード１２１０、またはタッチパネルデバイスなどの操作ユニットと接続される。コンピュータ１２００’は、各構成要素のうちの２つ以上を含み得る。あるいは、ＣＰＵ１２０１またはＧＰＵ１２１５は、コンピュータ１２００、コンピュータ１２００’、などのようなコンピュータの設計に応じて、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または他の処理装置に置き換えられてもよい。

コンピュータプログラムが、ＳＳＤ１２０７に記憶され、ＣＰＵ１２０１が、ＲＡＭ１２０３にプログラムをロードし且つプログラム内の命令を実行して、本明細書で説明された１つまたは複数の処理、ならびに基本的な入力、出力、計算、メモリ書込み、およびメモリ読出しの処理を行う。

コンピュータ１２００、１２００’などのコンピュータは、画像化を行うために回転要素（例えば、３４、３６、４４、４６、など）および／またはＭＣＵと通信し、且つ、取得された強度データから画像を再構成する。モニタまたはディスプレイ１２０９は、再構成された画像を表示し、また、画像化条件に関するかまたは画像化すべき対象に関する他の情報を表示し得る。モニタ１２０９はまた、ＳＥＥシステム（例えば、システム１００、システム１００’、システム１００”、システム１１００、など）を操作するために、ユーザにグラフィカルユーザーインターフェイスを提供する。操作信号が、操作ユニット（例えばマウスデバイス１２１１、キーボード１２１０、タッチパネルデバイスなどであるがこれらに限定されない）からコンピュータ１２００’内の操作インターフェイス１２１４に入力され、コンピュータ１２００’は、その操作信号に対応して、画像化条件の設定または変更および画像化の開始または終了をするようにシステムに命令する。本明細書で論じられたシステムのうちの任意のシステムの照明要素、回転要素、分光計、２次元センサ、および／または１つもしくは複数の他の構成要素は、コンピュータ１２００、１２００’と通信して状況情報および制御信号を送受信するためのインターフェイスを有し得る。

上記の開示は、説明に役立つ特定の実施形態について説明しているが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、また、以下の特許請求の範囲は、その範囲に含まれる様々な修正形態および等価な構成を含む。

Claims (21)

1. スペクトル符号化内視鏡検査（ＳＥＥ）のための装置であって、
   照明光ビームを試料に向けるように構成された照明光誘導要素と、
   前記試料からの反射光ビームを集めるように構成された検出光誘導要素と、
   前記反射光ビームおよび前記照明光ビームの一方または両方を回転または振動させるように構成された回転要素と、
   前記反射光ビームの光を検出するように構成された２次元センサと、
   を備え、
   前記照明光誘導要素および前記検出光誘導要素のうちの少なくとも一方が、前記照明光ビームまたは前記反射光ビームをそれぞれ複数の光線にスペクトル的に分散させるように構成され、
   前記検出光誘導要素により前記反射光ビームが前記回転要素から前記２次元センサへ導かれて、前記２次元センサが前記分散された反射光ビームの放射状走査を検出するようになっている、装置。
2. 前記回転要素は、照明側の回転接合部と検出側の回転接合部とを含み、前記検出光誘導要素は、固定されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記検出側の回転接合部は、回転可能なプリズムを含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記検出光誘導要素は、前記回転要素によって回転される、請求項１に記載の装置。
5. 前記回転要素は、１つまたは複数のモータを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記照明光誘導要素は、固定されたままである、請求項４に記載の装置。
7. 分光計をさらに備え、
   前記分光計は、
   コリメーティング構成要素、
   分散構成要素、および、
   前記２次元センサ
   を含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記コリメーティング構成要素は、１つまたは複数のレンズを含み、前記分散構成要素は、回折格子およびプリズムの１つまたは複数を含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記検出光誘導要素は、前記検出光誘導要素の遠位端に配置された分散構成要素を含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記照明光誘導要素は、
    照明ファイバ、
    集束構成要素、および、
    前記試料に向けられた前記照明光ビームを分散させるために前記照明ファイバの遠位端に配置された分散構成要素
    を含む、請求項１に記載の装置。
11. 前記回転要素は、前記照明光ビームを回転させるように構成された照明回転接合部を備える、請求項１に記載の装置。
12. 前記反射光ビームは、前記照明光ビームの回転速度の整数倍と実質的に同じ速度で回転される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記反射光ビームおよび前記照明光ビームは、互いに独立して回転される、請求項１１または１２に記載の装置。
14. 前記照明光誘導要素は、マルチモード光ファイバまたはシングルモード光ファイバを含み、
    前記検出光誘導要素は、シングルモード光ファイバの１つまたは複数および／またはマルチモード光ファイバの１つまたは複数を含む、
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記２次元センサにより検出された前記放射状走査の画像サイズを調整するように構成された１対のリレーレンズをさらに備える、請求項１に記載の装置。
16. 前記回転要素は、前記反射光ビームが前記２次元センサに入射する前に前記反射光ビームを分散させるように構成された回転回折格子を含む、請求項１に記載の装置。
17. 照明光誘導要素であって、
    照明ファイバ、
    集束構成要素、および、
    試料に向けられた照明光ビームを分散させるために前記照明光誘導要素の遠位端に配置された第１の分散構成要素
    を含む照明光誘導要素と、
    前記試料からの反射光ビームを集め且つ前記反射光ビームを回転要素に送るように構成された検出ファイバと、
    前記反射光ビームを回転または振動させるように構成された前記回転要素と、
    分光計であって、
    コリメーティング構成要素、
    前記反射光ビームを複数の光線に分散させるように構成された第２の分散構成要素、および、
    ２次元センサ
    を含む分光計と、
    を備え、
    前記分散された反射光ビームが、前記回転要素から前記分光計へ導かれて、前記２次元センサが前記複数の光線を検出するようになっている、スペクトル符号化内視鏡（ＳＥＥ）システム。
18. 前記回転要素は、前記分散された照明光ビームおよび前記反射光ビームを同調的に回転させるように構成される、請求項１７に記載のＳＥＥシステム。
19. 前記検出ファイバは、固定されており、
    前記回転要素は、回転接合部を含む、
    請求項１７に記載のＳＥＥシステム。
20. 前記検出ファイバは、前記回転要素によって回転される、請求項１７に記載のＳＥＥシステム。
21. 前記照明光ビームを回転させるように構成された回転接合部をさらに備える、請求項１７に記載のＳＥＥシステム。