WO2014188718A1 - 光走査デバイスおよび光ビームの走査方法 - Google Patents

光走査デバイスおよび光ビームの走査方法 Download PDF

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WO2014188718A1
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light
irradiation
scanning
fiber
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篤義 嶋本
西村　淳一
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オリンパス株式会社
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
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    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/063—Radiation therapy using light comprising light transmitting means, e.g. optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning device and a light beam scanning method.
  • Optical scanning devices such as medical or industrial optical scanning endoscope apparatuses and optical scanning microscopes are required to have not only image observation of an object but also a plurality of functions.
  • treatments such as laser ablation (ESD) in addition to imaging can be performed with one apparatus without reinserting the insertion part of the endoscope.
  • ESD laser ablation
  • an industrial optical scanning endoscope it is desirable that laser measurement can be performed with a single device in addition to imaging.
  • the optical scanning microscope can observe not only a biological sample but also a light stimulus.
  • FIG. 15 is a time chart for explaining the temporal change of the beam scanning method when imaging and treatment are performed in parallel in the optical scanning device according to the prior art.
  • frame i and frame i + 2 are frames for imaging. With these frames, laser scanning is performed while the radius of the laser beam gradually increases (t 1 ) while drawing a spiral trajectory from the center, and the laser beam is stopped when the radius of the orbit reaches the maximum. As a result, the amplitude returns to zero. At this time, in order to return the amplitude to 0, settling time (t 2 ) is required.
  • Such spiral scanning enables image observation of a circular area.
  • the treatment laser is irradiated to the treatment region in the circular region. Since the treatment area is deviated from the center of the circular area of the spiral scan, the optical scanning device applies an offset signal (DC signal) to offset the laser irradiation position when performing the treatment scan (t 3 ). .
  • DC signal an offset signal
  • the laser irradiation position is offset, a periodic signal (AC signal) with a small amplitude is added with the offset signal added, and the laser irradiation position is spirally scanned around the offset position (t 4 ).
  • AC signal a periodic signal with a small amplitude
  • the offset signal also stops and the laser irradiation position returns to the origin (t 5 ).
  • the irradiation time (t 4 ) of the therapeutic laser cannot be secured sufficiently long in the frames i + 1 and i + 3 between the imaging frame i, the frame i + 2, and the like.
  • the therapeutic laser could not be irradiated efficiently, and the irradiation intensity per frame was weak.
  • Such a problem similarly applies to an industrial optical scanning endoscope and an optical scanning microscope.
  • the object of the present invention which has been made by paying attention to these points, is to irradiate irradiation light for treatment, measurement, light stimulation, etc. to a designated area in the imaging area during repeated scanning of irradiation light for imaging. Is to provide an optical scanning device and a light beam scanning method.
  • An invention of an optical scanning device that achieves the above object is as follows.
  • the optical scanning device includes a detection unit that detects light obtained from the object by irradiation of light from the light source, The designated region is configured to be selected based on the output of the detection unit in the first irradiation mode.
  • the drive mechanism spirally scans the object.
  • the light source unit includes a light source for imaging and a light source for specific application, and only the light source for imaging is used in the first irradiation mode, and at least the light source for specific application is used in the second irradiation mode.
  • the object is a living tissue
  • the light source for the specific application can be a therapeutic light source.
  • the light source for specific use may be a measurement light source, for example, near infrared light for laser measurement, and various measurement objects may be used in addition to living tissue.
  • the irradiation fiber may be a multi-core fiber having a plurality of cores for guiding light from the imaging light source and light from the specific application light source, respectively.
  • the drive mechanism can include a magnet attached to the optical fiber and a plurality of electromagnetic coils arranged around the magnet.
  • the drive mechanism may include a piezoelectric drive device that drives the optical fiber.
  • the optical scanning device displays the target object as an image based on the output of the detection unit, and designates the designated area on the image displayed on the display unit And an input unit configured to calculate the offset signal based on the designated area designated by the input unit.
  • the invention of a scanning method of a light beam that achieves the above object is as follows: Driving the irradiation fiber whose emission end is swingably held, and repeatedly scanning light from the first light source on a desired region of the object, By scanning light from the first light source, detecting light obtained from the object to generate image information, Select a designated area from the desired area based on the image information, Displace the scanning center by the irradiation fiber to the designated area, A scanning method of a light beam that irradiates the designated area with light from a second light source during each scan of the desired area by the first light source, The displacement of the scanning center is maintained while repeatedly irradiating the designated area with the second light source.
  • the scanning is spiral scanning.
  • the first light source may be an imaging light source
  • the second light source may include a specific use light source.
  • the object is a living tissue
  • the light source for the specific application can be a therapeutic light source.
  • the specific application light source may be a measurement light source.
  • the irradiation fiber may be a multi-core fiber having a plurality of cores for guiding light from the first light source and light from the second light source, respectively.
  • the scanning center can be displaced by the irradiation fiber by driving the optical fiber with electromagnetic force.
  • the scanning center may be displaced by the irradiation fiber by driving the optical fiber using a piezoelectric driving device.
  • an offset signal for irradiating the designated region is given to the drive mechanism, and the offset signal is maintained while irradiation in the second irradiation mode is repeated.
  • the irradiation time per unit irradiation of irradiation light for treatment, measurement, light stimulation, etc. is lengthened to the designated area in the imaging area between adjacent scanning for each time. Can be irradiated efficiently.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an optical scanning endoscope apparatus that is an example of an optical scanning device according to a first embodiment.
  • FIG. FIG. 2 is an external view schematically showing the optical scanning endoscope main body of FIG. 1. It is sectional drawing which shows the front-end
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view showing the drive mechanism of FIG. 3. It is a figure which shows schematic structure of the light source part of the optical scanning type endoscope apparatus of FIG. It is a figure which shows schematic structure of the detection part of the optical scanning endoscope apparatus of FIG.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an optical scanning endoscope apparatus 10 which is an example of an optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical scanning endoscope apparatus 10 includes an optical scanning endoscope body 20, a light source unit 30, a detection unit 40, a drive current generation unit 50, a control unit 60, a display unit 61, and an input unit 62. It is comprised including.
  • the light source unit 30 and the optical scanning endoscope body 20 are optically connected by an irradiation fiber 11 that is a single mode fiber, and the detection unit 40 and the optical scanning endoscope body 20 are multimode. It is optically connected by a plurality of detection fibers 12 constituted by fibers.
  • the detection unit 40, the drive current generation unit 50, the display unit 61, and the input unit 62 Are connected by a wiring cable.
  • the irradiation cable 11, the detection fiber 12, and the drive current generator 50 and the wiring cable 13 that connects the optical scanning endoscope main body 20 are guided through the optical scanning endoscope main body 20 to the tip.
  • the irradiation fiber 11 is held in a distal end portion of the optical scanning endoscope main body 20 so that an emission end portion of the irradiation light (a distal end portion that emits light from the light source portion 30 of the irradiation fiber 11) can swing. .
  • the irradiation fiber 11 can irradiate the observation object 100 (object) with the laser light from the light source unit 30.
  • the wiring cable 13 is connected to a drive mechanism 21 in the distal end portion of the optical scanning endoscope body 20.
  • the drive mechanism 21 can vibrate the tip of the irradiation fiber 11.
  • the detection fiber 12 is arranged so that light from the observation object 100 is incident on the surface of the distal end portion of the optical scanning endoscope body 20 at the incident end, and the received light from the observation object 100 is received. The light is guided to the detection unit 40.
  • FIG. 2 is a schematic view schematically showing the optical scanning endoscope main body 20.
  • the optical scanning endoscope body 20 includes an operation unit 22 and an insertion unit 23 extending from one end of the operation unit 22.
  • the operation unit 22 is connected to the irradiation fiber 11 from the light source unit 30, the detection fiber 12 from the detection unit 40, and the wiring cable 13 from the drive current generation unit 50.
  • the irradiation fiber 11, the detection fiber 12, and the distribution cable 13 are guided through the operation unit 22 to the distal end portion 24 (the portion in the broken line portion in FIG. 2) located at the distal end of the insertion portion 23 through the insertion portion 23. ing.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the distal end portion 24 of the optical scanning endoscope body 20 of FIG.
  • the irradiation fiber 11 that has passed through the insertion portion 23 is attached to the inner wall of the distal end portion 24 of the optical scanning endoscope body 20 together with the rectangular tube 71 that is disposed so as to surround the irradiation fiber 11. 26 is fixed and held.
  • the irradiation fiber 11 is held in a cantilevered state by the fixing portion 11a by the mounting ring 26 (see FIG. 4), and from here to the emission end portion 11c that emits irradiation light, the oscillating portion in the square tube 71 It is a possible swinging part 11b.
  • a projection lens 25 is provided in front of the emission end portion 11 c of the irradiation fiber 11 so that the light emitted from the irradiation fiber 11 is condensed on the observation object 100.
  • the plurality of detection fibers 12 are arranged so as to pass through the outer periphery of the insertion portion 23 of the optical scanning endoscope main body 20, and the incident end portion 12 a is around the projection lens 25 at the distal end of the distal end portion 24. Is arranged.
  • the square tube 71 is formed in a quadrangular prism side surface shape, and sheet-like electromagnetic coils 72a to 72d for generating a deflection magnetic field are arranged on each side surface.
  • the electromagnetic coils 72 a to 72 d constitute a part of the drive mechanism 21.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view showing the drive mechanism 21 of FIG.
  • a permanent magnet 73 magnetized in the longitudinal direction of the irradiation fiber 11 is attached to the swinging portion 11 b of the irradiation fiber 11.
  • the permanent magnet 73 is provided with a through hole for allowing the irradiation fiber 11 to penetrate along the axis of the cylindrical magnet.
  • the above-described electromagnetic coils 72 a to 72 d are arranged to face one pole of the permanent magnet 73.
  • FIG. 4 only the electromagnetic coils 72a and 72b are displayed, but electromagnetic coils 72c and 72d are arranged on the surface of the rectangular tube 71 opposite to the surface where the electromagnetic coils 72a and 72b are arranged, respectively. Yes.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the light source unit 30 of the optical scanning endoscope apparatus 10 of FIG.
  • the light source unit 30 includes a red light source 31, a green light source 32, and a blue light source 33 that emit CW (continuous oscillation) laser light of three primary colors of red, green, and blue, and a treatment light source 34 (specific identification) for performing laser treatment, respectively.
  • a light source for use a combining unit 35 that combines the light from each light source, and a main body connecting unit 36 that guides the light combined by the combining unit to the irradiation fiber 11.
  • the red light source 31, the green light source 32, and the blue light source 33 constitute a first light source
  • the treatment light source 34 constitutes a second light source.
  • the red light source 31 the green light source 32, and the blue light source 33
  • semiconductor lasers having respective wavelengths of 640 nm, 532 nm, and 445 nm can be used.
  • the therapeutic light source 34 is a light source that emits light having a wavelength different from the above, and is, for example, an ultraviolet ( ⁇ 405 nm) laser.
  • the multiplexing unit 35 includes a dichroic mirror, a fiber combiner, and the like. Further, the main body connecting portion 36 is configured using a fiber connector (FC), a fiber coupling lens, or the like.
  • the red light source 31, the green light source 32, the blue light source 33, and the treatment light source 34 are connected to the control unit 60 by a wiring cable.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the detection unit 40 of the optical scanning endoscope apparatus 10 of FIG.
  • the detection unit 40 includes a red light receiver 41, a green light receiver 42, and a blue light receiver 43 that detect light of red, green, and blue wavelengths, and a demultiplexing unit that demultiplexes the detected light into light of each color. 45 and a main body connection portion 46 that guides light to be detected from the detection fiber 12 into the detection portion 40.
  • a photodiode provided with a filter corresponding to the wavelength of each color can be used.
  • the demultiplexing unit 45 can be configured using a dichroic mirror, a diffraction grating, or the like.
  • the main body connecting portion 46 can be configured using a fiber connector (FC connector) or a fiber coupling lens. Note that the outputs of the red light receiver 41, the green light receiver 42, and the blue light receiver 43 are connected to the control unit 60 through a wiring cable.
  • control unit 60 in FIG. 1 controls the light source unit 30, the detection unit 40, and the drive current generation unit 50 synchronously, processes the electrical signal output by the detection unit 40, synthesizes an image, and displays the display unit 61. To display. Further, various settings such as the scanning speed and the brightness of the display image can be performed on the optical scanning endoscope apparatus 10 from the input unit 62.
  • the light from the red light source 31, the green light source 32, and the blue light source 33 is combined by the combining unit 35 in the light source unit 30 under the control of the control unit 60.
  • the light is guided to the distal end portion 24 of the optical scanning endoscope body 20 by the irradiation fiber 11.
  • the drive current generator 50 applies current to the electromagnetic coils 72 a to 72 d constituting the drive mechanism 21 via the wiring cable 13.
  • the irradiation fiber 11 vibrates so that the tip end portion 11c draws a spiral, and the light emitted from the irradiation fiber 11 spirally scans the surface of the observation object 100 (first irradiation mode).
  • FIG. 7A and 7B are diagrams for explaining a scanning waveform when imaging is performed, where FIG. 7A shows a waveform in the x-axis direction and FIG. 7B shows a waveform in the y-axis direction.
  • the direction in which the electromagnetic coils 72a and 72c face each other is the y-axis direction
  • the direction in which the electromagnetic coils 72b and 72d face each other is the x-axis direction.
  • the waveform in the x-axis direction and the waveform in the y-axis direction are driven so that the phases are shifted from each other by about 90 degrees.
  • the amplitude of the emission end portion 11c of the irradiation fiber 11 gradually oscillates greatly, so that the scanning waveform on the observation object 100 also expands with time.
  • the light source unit 30 stops emitting the irradiation light, and the drive current from the drive current generation unit 50 also rapidly returns to 0 (the broken line portions in FIGS. 7A and 7B). Corresponding to).
  • the scanning trajectory on the observation object 100 becomes as shown in FIG. Reference numeral 81 in FIG. 8 indicates the scanning center.
  • the detection fiber 12 By irradiation of the irradiation light on the observation object 100, reflected light, scattered light, or light such as fluorescence generated from the observation object 100 (detected light) is generated, and a part of the light is detected by the detection fiber 12.
  • the light enters the incident end 12 a directed to the object 100.
  • the light to be detected is guided to the detection unit 40 by the detection fiber 12, and is demultiplexed by the demultiplexing unit 45 in the detection unit 40. For each wavelength component, the red light receiver 41, the green light receiver 42, and the blue light receiver. 43.
  • the control unit 60 calculates information on the scanning position on the scanning path from the waveform, intensity, phase, and the like of the current applied by the drive current generation unit 50, and from the electrical signal output from the detection unit 40, Pixel data of the observation object 100 is obtained.
  • the control unit 60 sequentially stores information on the scanning position and pixel data in a storage unit (not shown), and generates an image of the observation object 100 by performing necessary processing such as interpolation processing after the scanning is completed or during the scanning. And displayed on the display unit 61. By repeatedly scanning the observation object 100, data as a moving image is obtained. This makes it possible to confirm the affected area to be treated on the display unit 61, and to designate the designated area to be treated from the spiral scanned area.
  • the designated area 82 can be designated from the scanning range by the irradiation light of FIG.
  • the designation of the designated area 82 may be designated by the user of the optical scanning microscope apparatus 10 while looking at the display unit 61, or the control unit 60 may automatically specify the image by analyzing the image. It is.
  • FIG. 9 is a time chart of the drive currents of the electromagnetic coils 72b and 72d that apply the magnetic field in the x-axis direction when the designated region to be treated is in the x-axis direction of the scanning center 81.
  • FIG. 9 is an imaging frame for performing imaging in a state before treatment is started.
  • the length of one imaging frame is 1/30 seconds, for example.
  • This imaging frame is repeatedly executed when the therapeutic laser is not irradiated.
  • a treatment frame for performing treatment is executed after frame i at the same length as the imaging frame (that is, 1/30 second). Thereafter, imaging and treatment are performed. And are performed alternately. That is, in FIG. 9, frames i and i + 2 are imaging frames, and frames i + 1 and i + 3 are treatment frames.
  • a settling time (t 2 ) for converging the amplitude to 0 is required.
  • a direct current (offset signal (I 0 )) is applied to the electromagnetic coils 72b and 72d in order to displace the vibration center of the irradiation fiber 11 in the frame i + 1 to the direction in which the designated region 82 in the x-axis direction is irradiated.
  • treatment laser irradiation is performed from the treatment light source 34 of the light source unit 30 (t 4 ).
  • an alternating current having a smaller amplitude than that in the case of the imaging frame is applied to the electromagnetic coils 72a to 72d of the drive mechanism 21 to irradiate a partial region (designated region) in a desired region to be observed ( Second irradiation mode).
  • no alternating current is applied to the drive mechanism 21 between the treatment frames, and therefore, only a single spot in the designated region 82 may be irradiated (in FIG. 9, the current applied to the drive mechanism 21 during treatment). Is shown as a straight line for simplicity).
  • the imaging frame i + 2 is entered again after the treatment frame i + 1, irradiation light is emitted from the red light source 31, the green light source 32, and the blue light source 33 of the light source unit 30, and spiral scanning of the observation object 100 is started.
  • the direct current applied to the electromagnetic coils 72b and 72d is maintained as it is, and accordingly, the state where the position of the scanning center 81 on the observation object 100 is displaced is also maintained as it is.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the scanning waveform of the frame i + 2 in FIG. 9, where (a) shows the waveform in the x-axis direction and (b) shows the waveform in the y-axis direction.
  • the vibration center is displaced by the direct current component of the electromagnetic force acting between the electromagnetic coils 72 b and 72 d and the permanent magnet 73. Therefore, the scanning trajectory on the observation object 100 is a spiral scan centered on the scanning center 81 that coincides with the designated area 82 as shown in FIG. For this reason, the display image by the display part 61 is also displayed centering on the designated area 82 for treatment.
  • the amplitude of the spiral scan for imaging in the frame i + 2 is smaller than the size of the designated area 82 (that is, while the scanning position is inside the designated area 82 in FIG. 11), simultaneously with imaging, Irradiation can be continued.
  • sampling is denser in the vicinity of the scanning center 81 having a small amplitude than in the peripheral portion.
  • a part of the pixels in the vicinity of the scanning center is not used and is wasted, but the scanning at a position having a small amplitude can be effectively used in the irradiation with the therapeutic laser. Accordingly, as shown in FIG.
  • the treatment time (t 4 ) by the treatment laser partially overlaps the imaging time (t 1 ) from the offset of frame i + 1 to the initial stage of spiral scanning of frame i + 2. It can be carried out. As a result, it is possible to lengthen the irradiation time of the therapeutic laser as compared with the prior art.
  • the irradiation of the therapeutic laser is started when the vibration of the irradiation fiber 11 converges to some extent during the settling time (t 2 ) for returning the amplitude to zero. Can do.
  • a longer treatment time t 4 can be secured, so that the irradiation intensity of the treatment laser as a whole can be increased.
  • the electromagnetic coil 72b of the driving mechanism 21 is stopped until the treatment is stopped by an instruction from the input unit 62 by the user or by determination from the image data acquired by the control unit 60 by imaging. , 72d (the offset signal (I 0 )) is maintained.
  • a desired region of the observation object 100 is repeatedly scanned for imaging by the irradiation light from the red light source 31, the green light source 32, and the blue light source 33 of the light source unit 30.
  • the designated region 82 selected from the desired region is treated with the treatment from the treatment light source 34 during each scan for temporally adjacent imaging.
  • an offset signal (I 0) due to a direct current is applied to the electromagnetic coil of the drive mechanism 21 for irradiation of the designated region 82.
  • the scanning center 81 and the center of the designated area 82 to be treated coincide with each other. Therefore, when the amplitude of the spiral scanning for imaging is small, the treatment laser Since irradiation can be performed, the irradiation time of the therapeutic laser can be further increased. This makes it possible to increase the total irradiation energy of the therapeutic laser per unit frame while keeping the frame rate of the imaging frame high.
  • the direction of the designated area 82 for displacing the scanning center 81 is the x-axis direction, which is a direction in which a pair of electromagnetic coils 72b and 72d are opposed to each other. Any direction on the xy plane may be used.
  • the scanning center 81 can be displaced in a desired direction.
  • the drive mechanism 21 is not limited to the one using a square tube, and various configurations are possible.
  • the electromagnetic coil can be arranged using a cylindrical tube instead of the square tube.
  • the red light source 31, the green light source 32, and the blue light source 33 for imaging may be stopped during the time other than the imaging time (t 1 ), or may be constantly lit. Further, in order to detect light obtained from the observation object 100, for example, an element for light detection is provided at the distal end portion 24 of the optical scanning endoscope body 20 instead of the detection fiber 12 and the detection unit 40. The output signal may be transmitted to the control unit via a wiring cable.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the irradiation multi-core fiber of the optical scanning endoscope apparatus according to the second embodiment.
  • an irradiation multi-core fiber 91 is used instead of the irradiation fiber 11 that is a single core fiber in the first embodiment.
  • the irradiation multi-core fiber 91 has an imaging core 92 and four therapeutic cores 93a to 93d.
  • the imaging core 92 is positioned at the center of the irradiation multi-core fiber 91, and the treatment cores 93a to 93d are arranged at 90 degrees apart from each other at positions approximately equidistant from the imaging core 92.
  • the light source unit in this case is different from the light source unit 30 shown in FIG. 5, and the red light source 31, the green light source 32, and the blue light source 33 are combined by the combining unit 35 and connected to the imaging core 92.
  • four treatment light sources 34 are prepared, and each is connected to the treatment cores 93a to 93d. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 13 is a diagram showing scanning of the observation object 100 by the irradiation multi-core fiber 91 of FIG. According to this, the imaging region 94 centering on the scanning center of the imaging core 92 is scanned by spiral scanning of the irradiation multi-core fiber 91.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a state in which the irradiation position 93a ′ of the therapeutic laser is displaced to the center of the designated region 95 using the irradiation multi-core fiber 91 of FIG.
  • a therapeutic laser is irradiated to the designated region 95 by applying an alternating current having a small amplitude to the driving mechanism.
  • spiral scanning is performed. Thereafter, until the irradiation of the therapeutic laser is stopped, the therapeutic laser is irradiated between the imaging frames adjacent in time, and the offset signal applied to the drive mechanism 21 is maintained during that time.
  • the scanning center at the time of imaging does not coincide with the designated area 95.
  • the position of the scan center is switched between the imaging frame and the treatment frame (The time required to turn on / off the offset becomes unnecessary, and the time for irradiating the treatment laser can be lengthened. Therefore, it is possible to efficiently irradiate the designated region 82 in the imaging region with the treatment light. become. Furthermore, since the irradiation position closest to the designated area 82 can be selected from the four treatment cores 93a to 93d, the distance for displacing the scanning center by the direct current (offset signal) applied to the drive mechanism 21 can be reduced. Can do. Therefore, the drive current can be reduced compared to the case where a single core fiber is used, and more stable scanning is possible.
  • the number and arrangement of the imaging core 92 and the treatment cores 93a to 93d of the irradiation multi-core fiber 91 are merely examples, and many other core arrangements are possible. Further, it is not necessary to fix the imaging core 92 and the therapeutic cores 93a to 93d, and the light source unit 30 can switch between the imaging light source and the therapeutic light source. Alternatively, only one treatment light source 34 may be prepared and connected to one of the treatment cores 93a to 93d to be used.
  • the drive mechanism is not limited to one using an electromagnetic coil and a magnet, and may be one using a piezoelectric element (piezoelectric drive device).
  • piezoelectric drive device For example, four piezoelectric elements that can be expanded and contracted in the direction along the axis of the irradiation fiber are arranged facing the x direction and the y direction of the swinging portion of the irradiation fiber, respectively, and vibrations in the opposite phase to the opposing piezoelectric elements.
  • the irradiation fiber can be driven to vibrate.
  • a drive voltage generation unit that supplies a drive voltage to the piezoelectric element by control from the control unit is provided.
  • the scanning method for performing imaging is not limited to spiral scanning, and can be applied to raster scanning and Lissajous scanning. Also in this case, it is not necessary to shift the scanning position each time between the first irradiation mode and the second irradiation mode for imaging, so that efficient irradiation in the second irradiation mode becomes possible.
  • spiral scanning since the irradiation direction of the irradiation light always returns to the origin at the end of scanning, if the scanning center is shifted to the designated area by applying the present invention, the designated area can be observed as it is. So it is more efficient.
  • the first irradiation mode in addition to or in place of light from the blue, green, and red light sources for imaging, light having a wavelength suitable for NBI observation and fluorescence observation (light for measurement) is used. ), And by visually observing or analyzing an image of an object, for example, an affected part of a human body, it is possible to identify a site to be treated and determine a designated region for performing the treatment. .
  • the second irradiation mode in addition to the treatment light, or in place of the treatment light, the measurement wavelength can be irradiated to irradiate the designated region. good.
  • the present invention can be applied not only to the treatment use but also to the measurement use, and it is also possible to perform only the measurement or both the measurement and the treatment.
  • the present invention is not limited to a therapeutic optical scanning endoscope apparatus, but also in an industrial optical scanning endoscope, when imaging and measuring a specific area, or in an optical scanning microscope, imaging and a specific area.
  • the present invention can be applied to various devices, for example, when light stimulation is given to the device.

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Abstract

　光走査型内視鏡装置は、出射端部が揺動可能に保持され、光源部からの光を対象物に照射する照射用ファイバと、照射用ファイバの出射端部を駆動し、光源からの光を対象物に照射させる駆動機構とを備え、光源からの光により対象物の所望の領域を繰り返し走査するイメージング用の第１の照射モード（ｔ1に対応）と、対象物の所望の領域から選択された指定領域を、時間的に隣接する各前記第１の照射モードの走査の間に照射する第２の照射モード（ｔ4に対応）とを有し、第２の照射モードが開始されると、駆動機構に指定領域を照射するオフセット信号（Ｉ0）を与え、第２の照射モードによる照射が繰り返される間は、オフセット信号を維持する。

Description

光走査デバイスおよび光ビームの走査方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１３年５月２１日に出願された日本国特許出願２０１３－１０７３０７号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は、光走査デバイスおよび光ビームの走査方法に関する。
　医療用または工業用の光走査型内視鏡装置や光走査型顕微鏡などの、光走査デバイスでは、対象物の画像観察のみならず、複数の機能を併せ持った装置が求められている。例えば、医療用の光走査型内視鏡の分野では、イメージングに加えてレーザーアブレーション（ＥＳＤ）等の治療が、内視鏡の挿入部を挿入し直さずに一つの装置でできることが望まれている。また、工業用の光走査型内視鏡では、イメージングに加えレーザ計測を一つの装置でできることが望ましい。さらに、光走査型顕微鏡では、生体試料を顕微鏡観察するだけではなく、光刺激を与えて観察できることが望ましい。
　このため、特許文献１に開示されている光走査デバイスでは、先端部が揺動可能に保持されたファイバを用い、イメージングのためのレーザのスパイラル走査と治療用レーザの照射との双方を行うことが記載されている。図１５は、従来技術による光走査デバイスにおいて、イメージングと治療とを並行して行う場合のビーム走査方法の時間変化を説明するタイムチャートである。この図において、フレームｉとフレームｉ＋２とはイメージングのためのフレームである。これらのフレームで、レーザの照射位置が、中心かららせん状の軌跡を描きながら半径を徐々に拡大する間（ｔ1）レーザ走査を行い、軌道の半径が最大となったところでレーザの照射を停止して振幅が０に戻る。このとき振幅を０に戻すために、整定時間（ｔ2）が必要となる。このようなスパイラル走査によって、円形領域の画像観察が可能になる。
　一方、フレームｉ＋１およびｉ＋３では、円形領域内の治療領域に治療用レーザを照射する。治療領域は、スパイラル走査の円形領域の中心からはずれているため、光走査デバイスは、治療用の走査を行う場合は、オフセット信号（直流信号）を印加しレーザ照射位置をオフセットさせる（ｔ3）。レーザ照射位置がオフセットされると、オフセット信号を加えた状態で、小さい振幅での周期信号（交流信号）を加え、レーザ照射位置を、オフセット位置を中心に小さくスパイラル走査させる（ｔ4）。これによって、円形領域内の任意の位置への治療用レーザの照射が可能となる。治療用レーザの照射が終了すると、オフセット信号も停止しレーザ照射の位置は原点に戻る（ｔ5）。
特表２００９－５１６５６８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の光走査デバイスによれば、各イメージングフレームの間に、治療用レーザの走査中心の位置を、イメージング用の円形領域の中心からオフセットさせ、さらに、治療用レーザの照射が終了するとオフセットを停止して、レーザの照射位置を原点に戻している。このため、各イメージングフレームの間で、オフセットをオン・オフさせる時間（ｔ3，ｔ5）が、その都度かかってくる。また、オフセットのオン・オフの直後には、ファイバの先端に不所望な振動が発生し、この振動を収束させる時間が必要となるため、オフセットのオン・オフにかかる時間（ｔ3，ｔ5）を簡単には短くすることはできない。
　以上のようなことから、従来技術では、イメージングフレームｉ、フレームｉ＋２等の間のフレームｉ＋１，ｉ＋３で、治療用のレーザの照射時間（ｔ4）を十分に長く確保することができなかった。その結果、治療用レーザを効率的に照射することができず、１フレーム当たりの照射強度が弱かった。このような課題は、工業用の光走査型内視鏡や光走査型顕微鏡においても、同様に当てはまる。
　したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、イメージング用の照射光の繰り返し走査の間に、イメージング領域内の指定領域へ、治療用、計測用、光刺激用等の照射光を効率よく照射できる光走査デバイスおよび光ビームの走査方法を提供することにある。
　上記目的を達成する光走査デバイスの発明は、
　出射端部が揺動可能に保持され、光源部からの光を対象物に照射する照射用ファイバと、
　前記照射用ファイバの前記出射端部を駆動し、前記光源からの光を前記対象物に照射させる駆動機構とを備え、
　前記光源からの光により前記対象物の所望の領域を繰り返し走査するイメージング用の第１の照射モードと、前記対象物の前記所望の領域から選択された指定領域を、時間的に隣接する各前記第１の照射モードの走査の間に照射する第２の照射モードとを有し、前記第２の照射モードが開始されると、前記駆動機構に前記指定領域を照射するためのオフセット信号を与え、前記第２の照射モードによる照射が繰り返される間は、前記オフセット信号を維持するように構成されていることを特徴とするものである。
　また、好適には、前記光走査デバイスは、前記光源からの光の照射により、前記対象物から得られる光を検出する検出部を備え、
　前記指定領域は、前記第１の照射モードによる前記検出部の出力に基づいて選択されるように構成されている。
　また、前記第１の照射モードにおいて、前記駆動機構は前記対象物をスパイラル走査することが好ましい。
　さらに、前記光源部は、イメージング用の光源と特定用途用の光源とを備え、前記第１の照射モードではイメージング用の光源のみを用い、前記第２の照射モードでは少なくとも前記特定用途用の光源を用いることができる。ここで、前記対象物は生体組織であり、前記特定用途用の光源は治療用光源とすることができる。あるいは、前記特定用途用の光源は、計測用光源、例えば、レーザ計測用の近赤外光を用い、対象物としては生体組織の他、種々の計測対象物を用いることができる。
　また、前記照射用ファイバは、それぞれ前記イメージング用の光源からの光と前記特定用途用の光源からの光とを導光する複数のコアを有するマルチコアファイバとしても良い。
　また、前記駆動機構は、前記光ファイバに取り付けられた磁石と、該磁石の周りに配置された複数の電磁コイルを含んで構成することができる。あるいは、前記駆動機構は、前記光ファイバを駆動する圧電駆動デバイスを含んで構成しても良い。
　さらに、光走査デバイスは、前記第１の照射モードにおいて、前記検出部の出力に基づいて前記対象物を画像として表示する表示部と、該表示部に表示された画像上で前記指定領域を指定するための入力手段とを備え、前記入力手段により指定された前記指定領域に基づいて、前記オフセット信号を算出するように構成されていても良い。
　上記目的を達成する光ビームの走査方法の発明は、
　出射端部が揺動可能に保持された照射用ファイバを振動駆動して、第１の光源からの光を対象物の所望の領域に繰り返し走査させ、
　前記第１の光源からの光の走査により、前記対象物から得られる光を検出して画像情報を生成し、
　前記画像情報に基づいて前記所望の領域から指定領域を選択し、
　前記指定領域に前記照射用ファイバによる走査中心を変位させ、
　前記第１の光源による前記所望の領域の各走査の間に、第２の光源からの光により前記指定領域を照射する光ビームの走査方法であって、
　前記第２の光源により前記指定領域の照射を繰り返し行う間は、前記走査中心の変位を維持することを特徴とするものである。
　好適には、前記走査はスパイラル走査である。
　また、前記第１の光源は、イメージング用の光源であり、前記第２の光源は特定用途用の光源を含むことができる。また、前記対象物は生体組織であり、前記特定用途用の光源は治療用光源とすることができる。あるいは、前記特定用途用の光源は、計測用光源とすることができる。
　さらに、前記照射用ファイバは、それぞれ前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とを導光する複数のコアを有するマルチコアファイバとしても良い。
　また、前記照射用ファイバによる前記走査中心の変位は、前記光ファイバを電磁力で駆動することにより行うことができる。あるいは、前記照射用ファイバによる前記走査中心の変位は、前記光ファイバを、圧電駆動デバイスを用いて駆動することにより行っても良い。
　本発明によれば、第２の照射モードが開始されると、駆動機構に指定領域を照射するためのオフセット信号を与え、第２の照射モードによる照射が繰り返される間は、オフセット信号を維持するようにしたので、各時間的に隣接するイメージング用の走査の間に、イメージング領域内の指定領域へ、治療用、計測用、光刺激用等の照射光の単位照射当たりの照射時間を長くし、効率よく照射することができる。
第１実施の形態に係る光走査デバイスの一例である光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の光走査型内視鏡本体を概略的に示す外観図である。 図１の光走査型内視鏡本体の先端部を示す断面図である。 図３の駆動機構を拡大して示す斜視図である。 図１の光走査型内視鏡装置の光源部の概略構成を示す図である。 図１の光走査型内視鏡装置の検出部の概略構成を示す図である。 イメージングを行う場合の走査波形を説明する図であり、（ａ）はｘ軸方向の波形を、（ｂ）はｙ軸方向の波形を示す。 イメージングを行う場合の走査軌跡を示す図である。 イメージングと治療とを並行して行う場合の駆動機構に印加する駆動電流を示すタイムチャートである。 図９のフレームｉ＋２の走査波形を説明する図であり、（ａ）はｘ軸方向の波形を、（ｂ）はｙ軸方向の波形を示す。 図９のフレームｉ＋２におけるｘｙ平面内での走査軌跡を示す図である。 第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の照射用マルチコアファイバの断面図である。 図１２の照射用マルチコアファイバを用いた場合の走査位置のオフセットを説明する図である。 図１２の照射用マルチコアファイバを用い治療用レーザの走査位置を指定領域にオフセットした状態を説明する図である。 従来技術において、イメージングと治療とを並行して行う場合のビーム走査を説明するタイムチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
　図１は、本発明の第１実施の形態に係る光走査デバイスの一例である光走査型内視鏡装置１０の概略構成を模式的に示す図である。光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡本体２０と、光源部３０と、検出部４０と、駆動電流生成部５０と、制御部６０と、表示部６１と入力部６２とを含んで構成される。光源部３０と光走査型内視鏡本体２０との間はシングルモードファイバである照射用ファイバ１１により光学的に接続され、検出部４０と光走査型内視鏡本体２０との間はマルチモードファイバにより構成される複数の検出用ファイバ１２により光学的に接続されている。また、駆動電流生成部５０と光走査型顕微鏡本体２０との間、並びに、制御部６０と光源部３０、検出部４０、駆動電流生成部５０、表示部６１及び入力部６２のそれぞれとの間は、配線ケーブルにより接続されている。
　照射用ファイバ１１、検出用ファイバ１２および駆動電流生成部５０と光走査型内視鏡本体２０とを接続する配線ケーブル１３は、光走査型内視鏡本体２０内を先端部まで導かれる。照射用ファイバ１１は、光走査型内視鏡本体２０の先端部内に照射光の出射端部（照射用ファイバ１１の光源部３０からの光を出射させる先端部）が揺動可能に保持される。この照射用ファイバ１１は、観察対象物１００（対象物）に光源部３０からのレーザ光を照射することができる。また、配線ケーブル１３は、光走査型内視鏡本体２０の先端部内の駆動機構２１に接続される。駆動機構２１は、照射用ファイバ１１の先端を振動駆動させることができる。検出用ファイバ１２は、入射端部を光走査型内視鏡本体２０の先端部の表面上に観察対象物１００からの光を入射させるように配列され、受光した観察対象物１００からの光を検出部４０へ導光する。
　図２は、光走査型内視鏡本体２０を概略的に示す概観図である。光走査型内視鏡本体２０は、操作部２２および操作部２２の一端から延びる挿入部２３を備える。操作部２２には、光源部３０からの照射用ファイバ１１、検出部４０からの検出用ファイバ１２、および、駆動電流生成部５０からの配線ケーブル１３が、それぞれ接続されている。これら照射用ファイバ１１、検出用ファイバ１２および配線ケーブル１３は、操作部２２を通り、挿入部２３内部を通じて挿入部２３の先端に位置する先端部２４（図２における破線部内の部分）まで導かれている。
　図３は、図２の光走査型内視鏡本体２０の先端部２４の断面図である。挿入部２３を通ってきた照射用ファイバ１１は、照射用ファイバ１１を囲むように配置された角型チューブ７１とともに、光走査型内視鏡本体２０の先端部２４の内壁に取り付けられた取付環２６に固定され保持される。照射用ファイバ１１は、取付環２６により固定部１１ａで片持ち状態で保持され（図４参照）、ここから、照射光を出射する出射端部１１ｃまでが、角型チューブ７１内で揺動部可能な揺動部１１ｂとなっている。照射用ファイバ１１の出射端部１１ｃの前方には、照射用ファイバ１１を出射した光が観察対象物１００に集光されるように投影用レンズ２５が設けられている。また、複数の検出用ファイバ１２は、光走査型内視鏡本体２０の挿入部２３の外周を通るように配置され、その入射端部１２ａは、先端部２４の先端の投影用レンズ２５の周りに配列されている。一方、角型チューブ７１は、四角柱の側面形状に形成され、各側面には、偏向磁場発生用のシート状の電磁コイル７２ａ～７２ｄがそれぞれ配置されている。この電磁コイル７２ａ～７２ｄは、駆動機構２１の一部を構成するものである。
　図４は、図３の駆動機構２１を拡大して示す斜視図である。照射用ファイバ１１の揺動部１１ｂには、照射用ファイバ１１の長手方向に着磁された永久磁石７３が取り付けられている。永久磁石７３は、円柱状の磁石の軸に沿って照射用ファイバ１１を貫通させるための貫通孔を設けたものである。また、上述の電磁コイル７２ａ～７２ｄは、永久磁石７３の一方の極と対向して配置されている。図４では、電磁コイル７２ａと７２ｂのみが表示されているが、角型チューブ７１の電磁コイル７２ａ、７２ｂの配置された面と対向する面には、それぞれ、電磁コイル７２ｃ、７２ｄが配置されている。
　図５は、図１の光走査型内視鏡装置１０の光源部３０の概略構成を示す図である。光源部３０は、それぞれ、赤、緑および青の三原色のＣＷ（連続発振）レーザ光を射出する赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３と、レーザ治療を行うための治療用光源３４（特定用途用の光源）と、各光源からの光を合波する合波部３５と、合波部で合波された光を照射用ファイバ１１に導光するための本体接続部３６とを備える。ここで、赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３は第１の光源を構成し、治療用光源３４は第２の光源を構成する。赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３としては、例えば、それぞれの波長が６４０ｎｍ、５３２ｎｍおよび４４５ｎｍの半導体レーザを使用することができる。また、治療用光源３４は、上記と異なる波長の光を射出する光源であり、例えば紫外線（～４０５ｎｍ）レーザである。また、合波部３５は、ダイクロイックミラーやファイバコンバイナ等を含んで構成される。さらに、本体接続部３６は、ファイバコネクタ（ＦＣ）またはファイバカップリングレンズ等を用いて構成される。なお、赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３および治療用光源３４は、配線ケーブルにより制御部６０と接続されている。
　図６は、図１の光走査型内視鏡装置１０の検出部４０の概略構成を示す図である。検出部４０は、それぞれ赤、緑および青の波長の光を検出する赤色受光器４１、緑色受光器４２、青色受光器４３と、被検出光を各色の光に分波するための分波部４５と、検出用ファイバ１２からの被検出光を検出部４０内に導光する本体接続部４６とを備える。赤色受光器４１、緑色受光器４２及び青色受光器４３としては、例えば、各色の波長に対応したフィルタを備えたフォトダイオードを用いることができる。また、分波部４５は、ダイクロイックミラーや回折格子等を用いて構成することができる。また、本体接続部４６は、ファイバコネクタ（ＦＣコネクタ）やファイバカップリングレンズを用いて構成することができる。なお、赤色受光器４１、緑色受光器４２および青色受光器４３の出力は、制御部６０と配線ケーブルで接続されている。
　さらに、図１の制御部６０は、光源部３０、検出部４０および駆動電流生成部５０を同期制御するとともに、検出部４０により出力された電気信号を処理して、画像を合成し表示部６１に表示する。また、入力部６２から、光走査型内視鏡装置１０に、走査速度や表示画像の明るさ等、種々の設定を行うことができる。
　次に、光走査型内視鏡装置１０による、生体組織である観察対象物１００の所望の領域のイメージングおよび治療について説明する。まず、観察対象物１００のイメージングのために、制御部６０の制御の下で、光源部３０において、赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３からの光が合波部３５で合波され、照射用ファイバ１１により光走査形内視鏡本体２０の先端部２４に導光される。これとともに、駆動電流生成部５０が配線ケーブル１３を介して駆動機構２１を構成する電磁コイル７２ａ～７２ｄに電流を印加する。ここで、電磁コイル７２ａ，７２ｃと電磁コイル７２ｂ，７２ｄとの間には、位相が９０度異なり振幅が時間とともに拡大する電流を与える。これにより、照射用ファイバ１１は先端部１１ｃがらせんを描くように振動し、照射用ファイバ１１を出射した光は、観察対象物１００の表面上をスパイラル走査する（第１の照射モード）。
　図７は、イメージングを行う場合の走査波形を説明する図であり、（ａ）はｘ軸方向の波形を、（ｂ）はｙ軸方向の波形を示す。ここでは、電磁コイル７２ａと７２ｃとが対向する方向をｙ軸方向、電磁コイル７２ｂと７２ｄとが対向する方向をｘ軸方向とする。ｘ軸方向の波形とy軸方向の波形とは、互いに位相を約９０度ずらすように駆動される。電磁コイル７２ａ～７２ｄへの電流の印加により、照射用ファイバ１１の出射端部１１ｃの振幅が徐々に大きく振動するため、観察対象物１００上の走査波形も時間と共に拡大する。そして、振幅が最大値に達すると、光源部３０は照射光の射出を停止し、駆動電流生成部５０からの駆動電流も急速に０に戻る（図７（ａ），（ｂ）の破線部に対応する）。これにより、観察対象物１００上での走査軌跡は図８のようになる。図８の８１は走査中心を示している。
　観察対象物１００上への照射光の照射により、反射光、散乱光または観察対象物１００から発生する蛍光等の光（被検出光）が発生し、その一部は検出用ファイバ１２の観察対象物１００に向けられた入射端部１２ａに入射する。この被検出光は、検出用ファイバ１２により検出部４０に導かれ、検出部４０内で、分波部４５によって分波され波長成分ごとに、赤色受光器４１、緑色受光器４２および青色受光器４３により検出される。
　制御部６０は、駆動電流生成部５０により印加する電流の波形、強度および位相等から走査経路上の走査位置の情報を算出するとともに、検出部４０から出力された電気信号から、当該走査位置における観察対象物１００の画素データを得る。制御部６０は、走査位置と画素データの情報を順次記憶部（図示せず）に記憶し、走査終了後または走査中に補間処理等の必要な処理を行って観察対象物１００の画像を生成し、表示部６１に表示する。観察対象物１００の走査を繰り返し行うことにより、動画像としてのデータが得られる。これによって、表示部６１上で治療すべき患部を確認することが可能になり、スパイラル走査された領域の中から治療すべき指定領域を指定することができる。例えば、図８の照射光による走査範囲から、指定領域８２を指定できる。なお、この指定領域８２の指定は、光走査型顕微鏡装置１０の使用者が表示部６１を見ながら指定しても良いし、制御部６０が画像を分析して自動的に特定することも可能である。
　次に、指定領域８２について制御部６０から治療が指示されると、各時間的に隣接するイメージングのための繰り返し走査の間に、光源部３０の治療用光源３４を用いた治療用のレーザ照射が行われ、イメージングと治療とが並行して行われる。以下に、イメージングと治療とを並行して行う場合の駆動機構２１に印加する駆動電流を、図９を用いて説明する。ここで、図９は、治療を行う指定領域が走査中心８１のｘ軸方向にあるとした場合の、ｘ軸方向に磁場を印加する電磁コイル７２ｂ、７２ｄの駆動電流のタイムチャートである。
　図９のフレームｉは、治療が開始される前の状態のイメージングを行うイメージングフレームである。一つのイメージングフレームの長さは、例えば、１／３０秒である。治療用レーザの照射が行われないときは、このイメージングフレームが繰り返し実行される。次に、治療用のレーザの照射が指示されると、フレームｉの次にイメージングフレームと同じ長さ（すなわち、１／３０秒）で、治療を行う治療フレームを実行し、以降はイメージングと治療とが交互に行われる。すなわち、図９において、フレームｉ,ｉ＋２はイメージングフレームであり、フレームｉ＋１，ｉ＋３は治療フレームである。
　フレームｉでは、スパイラル走査によるイメージング（ｔ1）の後、振幅を０に収束させるための整定時間（ｔ2）が必要となる。振幅の最大値から振幅を急峻に０に戻すと、照射用ファイバ１１に不所望な振動が発生する。この振動の減衰にかかる時間のため、整定時間（ｔ2）にはある程度の無視できない時間が必要となる。次に、フレームｉ＋１で、照射用ファイバ１１の振動中心をｘ軸方向の指定領域８２を照射する方向まで変位させるために、電磁コイル７２ｂ，７２ｄに直流電流（オフセット信号（Ｉ0））を印加する。この振動中心の変位（オフセット）が完了するまでの時間（ｔ3）の後、光源部３０の治療用光源３４から治療用レーザの照射が行われる（ｔ4）。
　治療用レーザの照射時には、駆動機構２１の電磁コイル７２ａ～７２ｄにイメージングフレームの場合よりも振幅の小さい交流電流を与え、観察対象の所望の領域内の一部分の領域（指定領域）を照射する（第２の照射モード）。あるいは、治療用フレームの間で駆動機構２１に交流電流を印加せず、したがって、指定領域８２の単一スポットのみに照射しても良い（図９では、治療時の駆動機構２１に印加する電流を簡単のために直線で示している）。
　治療フレームｉ＋１の後、再びイメージングフレームｉ＋２に入ると、光源部３０の赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３より照射光が出射されるとともに、観察対象物１００のスパイラル走査が開始される。ここで、電磁コイル７２ｂ，７２ｄに印加されている直流電流はそのまま維持され、従って、観察対象物１００上の走査中心８１の位置が変位した状態もそのまま維持される。
　図１０は、図９のフレームｉ＋２の走査波形を説明する図であり、（ａ）はｘ軸方向の波形を、（ｂ）はｙ軸方向の波形を示す。ｘ軸方向には電磁コイル７２ｂ、７２ｄと永久磁石７３との間に働く電磁力の直流成分により、振動中心が変位している。このため、観察対象物１００上の走査軌跡は、図１１のように指定領域８２に走査中心８１が一致し、これを中心とするスパイラル走査となる。このため、表示部６１による表示画像も治療を行う指定領域８２が中心に表示される。
　また、フレームｉ＋２におけるイメージング用のスパイラル走査の振幅が、指定領域８２の大きさよりも小さい間（すなわち、図１１で走査位置が指定領域８２の内側にある間）、イメージングと同時に、治療用レーザの照射を継続して行うことができる。スパイラル走査では、振幅の小さい走査中心８１の近傍では周辺部に比べてサンプリングが密になる。イメージングのみの場合は、この走査中心の近傍の画素の一部が使用されないで無駄になるが、治療用レーザの照射では振幅の小さい位置での走査を有効に利用できる。したがって、図９に示すように、治療用レーザによる治療時間（ｔ4）はフレームｉ＋１のオフセット後から、フレームｉ＋２のスパイラル走査の初期段階まで、イメージングの時間（ｔ1）と一部重複して行うことができる。その結果、従来技術に比べ治療用レーザの照射時間を長くすることができる。
　また、イメージングフレームｉ＋２の後、フレームｉ＋３の治療フレームに移る際も、振動中心を変位させる必要が無いので、駆動機構２１の電磁コイル７２ｂ，７２ｄに印加する直流電流（オフセット信号（Ｉ0））を変化させる必要が無い。したがって、フレームｉ＋１で必要とされたオフセットを駆動する時間（ｔ3）は不要となる。本発明者らが、オフセット信号後の照射用ファイバ１１の収束にかかる時間を、運動方程式から算出したところによれば、約２０ｍｓかかることがわかっている。したがって、例えば、１フレームのフレーム長を約３３ｍｓ（３０ｆｐｓ）とするとき、本発明は治療時間（ｔ4）を確保するのに極めて有効である。さらに、スパイラル走査によるイメージング時間（ｔ1）の後、振幅を０に戻すための整定時間（ｔ2）中で照射用ファイバ１１の振動がある程度収束したところで、治療用レーザの照射を開始することができる。これにより、フレームｉ＋３では、さらに長い治療時間ｔ4を確保することがでるので、全体としての治療用レーザの照射強度を高めることができる。
　フレームｉ＋３以降においても、使用者が入力部６２を通じて指示することにより、あるいは、制御部６０がイメージングで取得した画像データから判断することにより、治療が停止されるまで、駆動機構２１の電磁コイル７２ｂ，７２ｄに印加される直流電流（オフセット信号（Ｉ0））は維持される。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、光源部３０の赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３からの照射光により観察対象物１００の所望の領域をイメージングのために繰り返し走査する第１の照射モードと、出力された信号に基づいて、所望の領域から選択された指定領域８２を、時間的に隣接するイメージングのための各走査の間に、治療用光源３４からの治療用レーザで照射する第２の照射モードとを有し、第２の照射モードの開始が指示されると、指定領域８２の照射のために駆動機構２１の電磁コイルに直流電流によるオフセット信号（Ｉ0）を与え、第２の照射モードの繰り返しの間は、このオフセット信号（Ｉ0）を維持するようにしたので、イメージングのための走査と治療用のレーザ照射との間で、走査中心の位置の切り替え（オフセットのオン・オフ）にかかる時間が不要になり、単位フレーム当たりの治療用のレーザ光を照射する時間を長くすることが出来るので、イメージング領域内の指定領域８２へ、治療用の光を効率よく照射することが可能になる。
　さらに、オフセット信号（Ｉ0）を維持することにより、走査中心８１と治療対象である指定領域８２の中心とが一致するので、イメージング用のスパイラル走査の振幅が小さいときは、同時に治療用レーザの照射を行うことができるので、さらに治療用レーザの照射時間を長くすることができる。これによって、イメージングフレームのフレームレートを高く保ったまま、単位フレームあたりの治療用レーザの照射総エネルギーを強くすることができる。
　なお、本実施の形態において、走査中心８１を変位させる指定領域８２の方向を、一組の電磁コイル７２ｂ、７２ｄが対向する方向であるｘ軸方向としたが、走査中心を変位させる方向は、ｘｙ平面の何れの方向でも良い。ｙ軸方向の電磁コイル７２ａ、７２ｃおよびｘ軸方向の電磁コイル７２ｂ、７２ｄに、変位方向に応じた直流成分を印加することにより、所望の方向へ走査中心８１を変位させることが可能である。また、駆動機構２１は角型チューブを用いたものに限られず、種々の構成が可能である。例えば、角型チューブに代えて円筒型のチューブを用いて電磁コイルを配置することも可能である。さらに、イメージング用の赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３は、イメージング時間（ｔ1）以外の時間は停止していても良く、あるいは、常時点灯していても良い。また、観察対象物１００から得られる光を検出するために、検出用ファイバ１２と検出部４０とに代えて、例えば、光走査型内視鏡本体２０の先端部２４に光検出用の素子を配置して、その出力信号を配線ケーブルにより制御部に伝達するようにしても良い。
（第２実施の形態）
　図１２は、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の照射用マルチコアファイバの断面図である。第２実施の形態では、第１実施の形態において、シングルコアファイバである照射用ファイバ１１に代えて、照射用マルチコアファイバ９１を用いる。照射用マルチコアファイバ９１は、イメージング用コア９２と４つの治療用コア９３ａ～９３ｄとを有する。イメージング用コア９２は、照射用マルチコアファイバ９１の中心に位置し、治療用コア９３ａ～９３ｄは、イメージング用コア９２から略等距離離れた位置に、互いに９０度ずつ離れて配置される。
　また、この場合の光源部は、図５で示した光源部３０とは異なり、赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３を合波部３５で合波して、イメージング用コア９２に接続するとともに、治療用光源３４を４つ用意し、それぞれを治療用コア９３ａ～９３ｄに接続する。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一または対応する構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
　次に、図１２の照射用マルチコアファイバ９１を用いて観察対象物１００を照射する場合の観察および治療の手順について説明する。まず、イメージングフレームでは、イメージング用コア９２を用いて、図９と同様に照射光を観察対象物１００上で走査させる。図１３は、図１２の照射用マルチコアファイバ９１による観察対象物１００の走査を示す図である。これによれば、照射用マルチコアファイバ９１のスパイラル走査により、イメージング用コア９２の走査中心を中心とするイメージング領域９４が走査される。（９２’，９３ａ’～９３ｄ’は、それぞれ、イメージング用コア９２、治療用コア９３ａ～９３ｄからの静止時の光の照射位置を示す。）これによって、イメージング領域９４の各走査位置の画素データが検出部４０により検出され、制御部６０で画像生成され、表示部６１に表示される。そして、入力部６２からの使用者の選択により、あるいは、制御部６０が取得した画像データから判断することによって治療すべき指定領域９５が指定される。
　次に、時間的に隣接するイメージングフレームの間に、指定領域９５に治療用レーザを照射する場合を説明する。この場合は、照射用マルチコアファイバ９１の中心に位置するイメージング用コア９２ではなく、走査が停止しているときに指定領域９５に最も近い位置を照射する治療用コア９３ａ～９３ｄの一つが選択される。図１３の例では、指定領域９５に最も近い位置を照射するのは治療用コア９３ａなので、イメージングフレームにおけるスパイラル走査の整定時間の後の治療用フレームでは、治療用コア９３ａが指定領域９５を照射するように、駆動機構２１に直流電流（オフセット信号）が印加される。図１４は、図１２の照射用マルチコアファイバ９１を用い、治療用レーザの照射位置９３ａ’を指定領域９５の中心に変位させた状態を説明する図である。このオフセット信号を印加した状態で、さらに駆動機構に小さい振幅の交流電流を印加することによって、指定領域９５に治療用レーザの照射を行う。
　治療用レーザの照射後、再びイメージングフレームに戻ると、駆動機構２１の直流信号を維持したまま、イメージング用コア９２からイメージング用の照射光を照射するとともに、スパイラル走査を行う。以降、治療用レーザの照射が中止されるまで、各時間的に隣接するイメージングフレームの間で治療用レーザの照射を行い、その間は駆動機構２１に印加されるオフセット信号が維持される。この場合、第１実施の形態とは異なり、イメージングの際の走査中心は、指定領域９５と一致しない。
　本実施の形態によれば、第１実施の形態と同様に、最初の治療用フレームで走査位置を変位させた後は、イメージングフレームと治療用フレームとの間で、走査中心の位置の切り替え（オフセットのオン・オフ）にかかる時間が不要になり、治療用レーザを照射する時間を長くすることが出来るので、イメージング領域内の指定領域８２へ、治療用の光を効率良く照射することが可能になる。さらに、４つの治療用コア９３ａ～９３ｄのうち照射位置が指定領域８２に最も近いものを選択できるので、駆動機構２１に印加する直流電流（オフセット信号）により走査中心を変位させる距離を小さくすることができる。したがって、シングルコアファイバを用いた場合に比べ、駆動電流を小さくすることができ、より安定した走査が可能になる。
　なお、本実施の形態において、照射用マルチコアファイバ９１のイメージング用コア９２および治療用コア９３ａ～９３ｄの数および配置は例示に過ぎず、これ以外に幾多のコアの配置が可能である。また、イメージング用コア９２と治療用コア９３ａ～９３ｄとを固定する必要は無く、イメージング用の光源と治療用の光源とを光源部３０で切り替えることも可能である。また、治療用光源３４は１台のみ用意し、使用する治療用コア９３ａ～９３ｄの一つに切り替えて接続するようにしても良い。
　また、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、駆動機構は、電磁コイルと磁石を用いたものに限られず、圧電素子（圧電駆動デバイス）を用いたものでも良い。例えば、照射用ファイバの軸に沿う方向に伸縮可能な４つの圧電素子を、照射用ファイバの揺動部のx方向およびｙ方向にそれぞれ対向して配置し、対抗する圧電素子に逆位相の振動電圧を印加することにより、照射用ファイバを振動駆動することができる。その場合、駆動電流生成部に代えて、制御部からの制御により圧電素子に駆動電圧を供給する駆動電圧生成部を設ける。
　また、イメージングを行う走査方法はスパイラル走査に限られず、ラスター走査やリサージュ走査に適用することも可能である。その場合も、イメージング用の第１の照射モードと第２の照射モードとの間で、その都度走査位置をシフトしないで良いので、第２の照射モードによる効率的な照射が可能になる。しかし、スパイラル走査の場合は、走査終了時に照射光の照射方向が必ず原点に戻る走査方法であるから、本発明を適用して走査中心を指定領域にシフトさせると、そのまま指定領域の観察が可能になるので、より効率的である。
　さらに、第１の照射モードとしては、イメージング用の青色、緑色、赤色の各光源からの光に加え、あるいは、それらに代えて、ＮＢＩ観察、蛍光観察に適した波長の光（計測用の光）を照射し、対象物、例えば、人体の患部の画像を目視観察ないしは、画像分析することにより、治療すべき部位を特定し、治療を実施するための指定領域を決定することも可能である。また、第２の照射モードとして、治療用の光に加え、あるいは、治療用の光に代えて上記のような計測用の波長の光を照射して、指定領域の計測を行えるようにしても良い。このように、本発明では、治療用途に限らず、計測用途にも応用が可能であり、計測のみ、或いは計測と治療の両方を行うことも可能である。
　また、本発明は治療用の光走査型内視鏡装置のみならず、工業用の光走査型内視鏡において、イメージングおよび特定領域の計測を行う場合や、光走査型顕微鏡においてイメージングおよび特定領域に光刺激を与える場合など、種々の装置に適用することが可能である。
　１０　　光走査型内視鏡装置
　１１　　照射用ファイバ
　１２　　検出用ファイバ
　１３　　配線ケーブル
　２０　　光走査型内視鏡本体
　２１　　駆動機構
　２２　　操作部
　２３　　挿入部
　２４　　先端部
　２５　　投影用レンズ
　３０　　光源部
　４０　　検出部
　５０　　駆動電流生成部
　６０　　制御部
　６１　　表示部
　６２　　入力部
　７１　　角型チューブ
　７２ａ～７２ｄ　　電磁コイル
　７３　　永久磁石
　８１　　走査中心
　８２　　指定領域
　９１　　照射用マルチコアファイバ
　９２　　イメージング用コア
　９３ａ～９３ｄ　　治療用コア
　９４　　イメージング領域
　９５　　指定領域
　１００　　観察対象物

Claims (18)

  1. 　出射端部が揺動可能に保持され、光源部からの光を対象物に照射する照射用ファイバと、
    　前記照射用ファイバの前記出射端部を駆動し、前記光源からの光を前記対象物に照射させる駆動機構とを備え、
    　前記光源からの光により前記対象物の所望の領域を繰り返し走査するイメージング用の第１の照射モードと、前記対象物の前記所望の領域から選択された指定領域を、時間的に隣接する各前記第１の照射モードの走査の間に照射する第２の照射モードとを有し、前記第２の照射モードが開始されると、前記駆動機構に前記指定領域を照射するためのオフセット信号を与え、前記第２の照射モードによる照射が繰り返される間は、前記オフセット信号を維持するように構成されることを特徴とする光走査デバイス。
  2. 　前記光源からの光の照射により、前記対象物から得られる光を検出する検出部を備え、
    　前記指定領域は、前記第１の照射モードによる前記検出部の出力に基づいて選択されることを特徴とする請求項１に記載の光走査デバイス。
  3. 　前記第１の照射モードにおいて、前記駆動機構は前記対象物をスパイラル走査することを特徴とする請求項１または２に記載の光走査デバイス。
  4. 　前記光源部は、イメージング用の光源と特定用途用の光源とを備え、前記第１の照射モードではイメージング用の光源のみを用い、前記第２の照射モードでは少なくとも前記特定用途用の光源を用いるとことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の光走査デバイス。
  5. 　前記対象物は生体組織であり、前記特定用途用の光源は治療用光源であることを特徴とする請求項４に記載の光走査デバイス。
  6. 　前記特定用途用の光源は、計測用光源であることを特徴とする請求項４に記載の光走査デバイス。
  7. 　前記照射用ファイバは、それぞれ前記イメージング用の光源からの光と前記特定用途用の光源からの光とを導光する複数のコアを有するマルチコアファイバであることを特徴とする請求項４～６の何れか一項に記載の光走査デバイス。
  8. 　前記駆動機構は、前記光ファイバに取り付けられた磁石と、該磁石の周りに配置された複数の電磁コイルを含んで構成されることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の光走査デバイス。
  9. 　前記駆動機構は、前記光ファイバを駆動する圧電駆動デバイスを含んで構成されることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の光走査デバイス。
  10. 　前記第１の照射モードにおいて、前記検出部の出力に基づいて前記対象物を画像として表示する表示部と、該表示部に表示された画像上で前記指定領域を指定するための入力手段とを備え、前記入力手段により指定された前記指定領域に基づいて、前記オフセット信号を算出するように構成されることを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の光走査デバイス。
  11. 　出射端部が揺動可能に保持された照射用ファイバを振動駆動して、第１の光源からの光を対象物の所望の領域に繰り返し走査させ、
    　前記第１の光源からの光の走査により、前記対象物から得られる光を検出して画像情報を生成し、
    　前記画像情報に基づいて前記所望の領域から指定領域を選択し、
    　前記指定領域に前記照射用ファイバによる走査中心を変位させ、
    　前記第１の光源による前記所望の領域の各走査の間に、第２の光源からの光により前記指定領域を照射する光ビームの走査方法であって、
    　前記第２の光源により前記指定領域の照射を繰り返し行う間は、前記走査中心の変位を維持することを特徴とする走査方法。
  12. 　前記走査はスパイラル走査であることを特徴とする請求項１１に記載の光ビームの走査方法。
  13. 　前記第１の光源は、イメージング用の光源であり、前記第２の光源は特定用途用の光源を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光ビームの走査方法。
  14. 　前記対象物は生体組織であり、前記特定用途用の光源は治療用光源であることを特徴とする請求項１３に記載の光ビームの走査方法。
  15. 　前記特定用途用の光源は、計測用光源であることを特徴とする請求項１３に記載の光ビーム走査方法。
  16. 　前記照射用ファイバは、それぞれ前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とを導光する複数のコアを有するマルチコアファイバであることを特徴とする請求項１１～１５の何れか一項に記載の光走査デバイス。
  17. 　前記照射用ファイバによる前記走査中心の変位は、前記光ファイバを電磁力で駆動することにより行うことを特徴とする請求項１１～１６の何れか一項に記載の光ビームの走査方法。
  18. 　前記照射用ファイバによる前記走査中心の変位は、前記光ファイバを圧電駆動デバイスを用いて駆動することにより行うことを特徴とする請求項１１～１６の何れか一項に記載の光ビームの走査方法。
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