(57)【要約】      （修正有）【課題】以前のシステムのサイズ、回転接合部、または作製の要件を必要とせず、カラーでの観察をもたらし得る新しいカラースペクトル符号化内視鏡を提供する。【解決手段】スペクトル的に符号化される内視鏡プローブ１２０。このプローブ１２０は、導光要素１１２と、光集束要素１２２と、回折格子要素１２６とを備える。プローブ１２０は、複数の波長の光ビームのセットが、回折格子要素１２６によって異なる次数で実質的に同じ角度で回折されるよう構成される。光ビームのセットは、少なくとも３つの光ビームを含む。光ビームのセットの中の各光ビームは、異なる波長と関連付けられる。【選択図】図２
2020078568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー撮像のためのスペクトル符号化内視鏡検査プローブであって、
照明光を導く導光要素と、
光集束要素と、
回折格子要素と
を備え、
前記スペクトル符号化内視鏡検査プローブは、複数の波長の光ビームのセットが、前記回折格子要素によって異なる次数で実質的に同じ角度で回折されるよう構成され、
前記光ビームのセットは、少なくとも３つの光ビームを含み、
前記光ビームのセットの中の各光ビームは、異なる波長と関連付けられる、プローブ。
【請求項２】
前記複数の波長が４００ｎｍ〜１２００ｎｍであり、
前記異なる次数の絶対値の最小値が２である、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記光ビームのセットの中の各光ビームが、複数の波長範囲の中の異なる波長範囲と関連付けられ、
各光ビームが異なる回折次数で回折され、
各光ビームが実質的に同じ角度範囲で回折される、請求項１に記載のプローブ。
【請求項４】
前記複数の波長範囲の中の各波長範囲のスペクトル幅は、３０ｎｍよりも大きい、請求項３に記載のプローブ。
【請求項５】
前記角度範囲は、１０°よりも大きい、請求項３に記載のプローブ。
【請求項６】
前記導光要素は、単一の光ファイバから成る、請求項１に記載のプローブ。
【請求項７】
前記照明光は、広帯域の可視光を含む、請求項１に記載のプローブ。
【請求項８】
前記回折格子要素を出るスペクトル的に分散された光は、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長を有し、ゼロ次の透過では回折されない、請求項１に記載のプローブ。
【請求項９】
スペクトル的に分散された光の複数の次数は、−ｍ次、−（ｍ＋１）次、および−（ｍ＋２）次であり、ここでｍは整数である、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１０】
前記スペクトル的に分散された光の複数の次数は、
−３次、−４次、および−５次から成る第１のセットと、
−４次、−５次、および−６次から成る第２のセットと、
−５次、−６次、および−７次から成る第３のセットと
から選択される次数のセットである、請求項９に記載のプローブ。
【請求項１１】
前記回折格子要素を出る前記スペクトル的に分散された光は、ゼロ次の透過では回折されない、請求項９に記載のプローブ。
【請求項１２】
前記光集束要素は、屈折率分布形（ＧＲＩＮ）レンズまたはボールレンズである、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１３】
前記プローブは、前方ビューのプローブである、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１４】
前記プローブは、側方ビューのプローブである、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１５】
前記回折格子要素の空間周波数と、複数の次数である前記次数のうちの１つとの積の絶対値は、２０００／ｍｍよりも大きい、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１６】
前記回折格子要素は、１．０μｍより大きい溝深さを有するバイナリ回折格子である、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１７】
前記回折格子要素は、０．５未満のデューティーサイクルを有する、請求項１６に記載のプローブ。
【請求項１８】
前記異なる次数のうちの回折次数Ａと前記異なる次数のうちの回折次数Ｂとにおいて、Ｂに対するＡの比が２未満であり、
前記回折格子要素は、回折次数Ａと関連付けられた第１の波長の光を、回折次数Ｂと関連付けられた第２の波長の光を回折するときと同じ角度で回折し、
前記第１の波長が前記第２の波長よりも小さい、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１９】
カラー撮像のためのスペクトル符号化内視鏡検査プローブを備えるシステムであって、
照明光を導く導光要素と、
光集束要素と、
回折格子要素であって、前記導光要素、前記光集束要素、および前記回折格子要素は、複数の波長の光ビームのセットが、異なる次数で同じ角度で回折されるよう構成され、
前記光ビームのセットは、少なくとも３つの光ビームを含み、
前記光ビームのセットの中の各光ビームは、異なる波長と関連付けられる、回折格子要素と、
収集された光を導く第２の導光要素と、
少なくとも１つの検出器と、
複数の次数で回折された光からの情報に基づき、カラー画像を形成するよう適合され、かつ構成されるプロセッサと
を備える、システム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの検出器は、分光計を備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
スペクトル的に分散された光の複数の次数は、−ｍ次、−（ｍ＋１）次、および−（ｍ＋２）次の回折次数であり、ここでｍは整数である、請求項１９に記載のプローブ。
【請求項２２】
複数の次数ではない次数で回折された光ビームを遮断するために、前記プローブの視野の外側に位置付けられたビームブロックをさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２の導光要素は、１つまたは複数の角度研磨された光ファイバを備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
第１の方向で前記光ビームのセットを走査するためのスキャナをさらに備え、
前記プロセッサは、第１の方向のカーネルによる平滑化処理機能を、前記複数の次数で回折された光からの情報に適用するようにさらに構成され、
前記カーネルは、前記複数の次数の各々における波長の第１のサブセットのための第１のサイズであり、
前記カーネルは、前記複数の次数の各々における波長の第２のサブセットのための第２のサイズであり、
前記第１のサイズは、前記第１のサイズとは異なる、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記カラー画像が極座標での画像であり、
前記複数の次数の各々における波長の前記第１のサブセットが、前記極座標での画像の半径の第１の範囲と関連付けられ、
前記複数の次数の各々における波長の前記第２のサブセットが、前記極座標での画像の半径の第２の範囲と関連付けられ、
前記半径の第１の範囲は、前記半径の第２の範囲よりも小さく、
前記カーネルの前記第１のサイズは、前記カーネルの前記第２のサイズよりも大きい、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
カラー撮像のためのスペクトル符号化内視鏡検査プローブを備えるシステムであって、
照明光を導く導光要素と、
第１の回折格子およびレンズを備える集光要素と、
収集された光を導く第２の導光要素と、
少なくとも１つの検出器と、
前記収集された光からの情報に基づき、カラー画像を形成するよう適合され、かつ構成されるプロセッサと
を備え、
前記スペクトル符号化内視鏡検査プローブは、複数の波長の収集された光ビームのセットが異なる次数で回折されて、前記集光要素によって前記第２の導光要素の中に結合されるよう構成され、
前記収集された光ビームのセットは、少なくとも３つの光ビームを含み、
前記収集された光ビームのセットの中の各光ビームは、異なる波長と関連付けられ、
前記スペクトル符号化内視鏡検査プローブは、前記第２の導光要素の中に結合される、前記収集された光ビームのセットの中の収集された光ビームの各々は、実質的に単一の回折次数で前記第１の回折格子によって回折されるよう構成される、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年７月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／３６３，１１９号の利益を主張する。米国仮特許出願第６２／３６３，１１９号は、参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、内視鏡に関する。より詳細には、本開示は、スペクトル符号化内視鏡プローブ（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ  ｐｒｏｂｅ）を例示する。
【背景技術】
【０００３】
医療用プローブは、患者の体の内側の画像を提供する機能を有する。異物を挿入することによって生じる、人の体へのダメージの可能性を考慮すると、プローブは、可能な限り小さいことが好ましい。さらに、小血管、小さい管、小さい針、クラックなどの小さい通路内で撮像する機能には、小さいサイズのプローブが必要となる。
【０００４】
１つの有用な医療用プローブは、スペクトル符号化内視鏡検査（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ：「ＳＥＥ」）技術を利用する。ＳＥＥは、ミリメートル未満の径のプローブを介して高精細度の撮像を実行できる、小型内視鏡技術である。ＳＥＥは、サンプルの空間情報を符号化するために波長を使用し、それによって、小さい径の内視鏡プローブを介して高解像度の撮像を実行することを可能にする。ＳＥＥは、広帯域光を用いて、１つまたは複数の光ファイバに入力することによって実現され得る。ファイバの遠位端において、回折性または分散的な光学要素が、サンプル全体にわたって光を分散させ、この光がレンズを通り、次に光ファイバを通って戻る。光は、分光計などの波長検出装置によって検出され、各々の分析可能な波長が、サンプル上の異なる点からの反射率に対応する。ＳＥＥ技術、および０．５ｍｍ、すなわち５００μｍの径を有するＳＥＥプローブの原理は、例えば、Ｄ．ＹｅｌｉｎらによるＮａｔｕｒｅ  Ｖｏｌ．４４３、７６５−７６５（２００６年）、ならびに米国特許出願公開第２００７／０２３３３９６号、および同第２００８／００１３９６０号に記載されている。ＳＥＥは、二次元および三次元の高品質画像を生成することができる。
【０００５】
波長の機能として光強度を検出することによって、画像が再現され得る。しかし、空間位置を符号化するために、ＳＥＥ画像が波長情報を利用するので、したがって、重要なカラー情報が失われるか、または空間情報と絡み合う。従来の内視鏡は、カラー情報を診断の手掛かりとして用いることがある。
【０００６】
以前より、ＳＥＥプローブにおいてカラー撮像を実行する方法が提案されてきた。ベンチトップ設定における、カラーＳＥＥ撮像のための３本の励起ファイバの使用が例示された（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１７（１７）、１５２３９−１５２４７；２００９年、および米国特許第９，２５４，０８９号）。このベンチトップ設定において、各々が赤色、緑色、および青色のスペクトル帯である、３つの光ビームが用いられた。これらの光ビームは、異なる角度で格子状に入射し、３つのスペクトル帯全てが同じ回折角となった。その結果、組織上の各点が、３つのスペクトル帯で照明された。しかしこのシステムは製造、および組み立てが容易ではなく、生体撮像（ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｉｍａｇｉｎｇ）に使用するために、複数のファイバを、複数のチャネルの回転接合部を通過させて送らなければならない。複数のファイバはプローブのサイズを大きくして、適用可能な使用数、および使用の侵入性を減少させる。さらに、小さい格子面上の複数の格子パターンを含んだ、カラーＳＥＥの他のソリューションは、作製してＳＥＥ装置に組み合わせるのが困難、および／または高価となり得る。過去のシステムのこれらの困難を克服するプローブが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本明細書の上記で示した欠点の少なくともいくつかに対処および／または克服して、以前のシステムのサイズ、回転接合部、または作製の要件を必要とせず、カラーでの観察（ｃｏｌｏｒ  ｖｉｅｗｉｎｇ）をもたらし得る新しいカラーＳＥＥプローブを提供することが、有益であり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくとも第１の実施形態は、カラー撮像のためにスペクトル符号化内視鏡検査プローブ（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ  ｐｒｏｂｅ）であってよい。このプローブは、照明光を導く導光要素（ｌｉｇｈｔ  ｇｕｉｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と、光集束要素（ｌｉｇｈｔ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と、回折格子要素（ｇｒａｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とを備えてよい。スペクトル符号化内視鏡検査プローブは、複数の波長の光ビームのセットが、回折格子要素によって異なる次数で同じ角度で回折され得るように構成される。光ビームのセットは、少なくとも３つの光ビームを含む。光ビームのセットの中の各光ビームは、異なる波長と関連付けられてよい。
【０００９】
第１の実施形態の一態様において、複数の波長は、４００ｎｍ〜１２００ｎｍであってよい。異なる次数の絶対値の最小値は、２であってよい。
【００１０】
第１の実施形態の一態様において、複数の波長は４００ｎｍ〜８００ｎｍであってよい。異なる次数の絶対値の最小値は、３であってよい。
【００１１】
第１の実施形態の一態様において、光ビームのセットの中の各光ビームは、複数の波長範囲の中の異なる波長範囲と関連付けられ得る。各光ビームは、異なる回折次数（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｏｒｄｅｒ）で回折され得る。各光ビームは、実質的に同じ角度範囲で回折され得る。
【００１２】
第１の実施形態の一態様において、複数の波長範囲の中の各波長範囲のスペクトル幅は、３０ｎｍよりも大きくてよい。
【００１３】
第１の実施形態の一態様において、角度範囲は、１０°よりも大きくてよい。
【００１４】
第１の実施形態の一態様において、導光要素は、単一の光ファイバで構成され得る。
【００１５】
第１の実施形態の一態様において、照明光は、広帯域の可視光を含み得る。
【００１６】
第１の実施形態の一態様において、回折格子要素を出るスペクトル的に分散された光は、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長を有してよく、ゼロ次の透過（ｚｅｒｏｔｈ  ｏｒｄｅｒ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）では回折されなくてよい。
【００１７】
第１の実施形態の一態様において、スペクトル的に分散された光の複数の次数は、−ｍ次、−（ｍ＋１）次、および−（ｍ＋２）次であってよく、ここでｍは整数である。
【００１８】
第１の実施形態の一態様において、スペクトル的に分散された光の複数の次数は、−３次、−４次、および−５次から成る第１のセットと、−４次、−５次、および−６次から成る第２のセットと、−５次、−６次、および−７次から成る第３のセットと、から選択される次数のセットであってよい。
【００１９】
第１の実施形態の一態様において、回折格子要素を出るスペクトル的に分散された光は、ゼロ次の透過では回折されなくてよい。
【００２０】
第１の実施形態の一態様において、光集束要素は、屈折率分布形（ＧＲＩＮ）レンズ、またはボールレンズであってよい。
【００２１】
第１の実施形態の一態様において、プローブは、前方ビュー（ｆｏｒｗａｒｄ  ｖｉｅｗ）のプローブであってよい。
【００２２】
第１の実施形態の一態様において、プローブは、側方ビュー（ｓｉｄｅ  ｖｉｅｗ）のプローブであってよい。
【００２３】
第１の実施形態の一態様において、回折格子要素の空間周波数と、複数の次数のうちの１つとの積の絶対値は、２０００／ｍｍよりも大きくてよい。
【００２４】
第１の実施形態の一態様において、回折格子要素は、１．０μｍより大きい溝深さを有するバイナリ回折格子であってよい。
【００２５】
第１の実施形態の一態様において、回折格子要素は、０．５未満のデューティーサイクルを有するバイナリ回折格子であってよい。
【００２６】
第１の実施形態の一態様において、異なる次数のうちの回折次数Ａと異なる次数のうちの回折次数Ｂとにおいて、Ｂに対するＡの比は、２未満であってよい。ここで、回折格子要素は、回折次数Ｂと関連付けられた第２の波長の光を回折するときと同じ角度で、回折次数Ａと関連付けられた第１の波長の光を回折する。第１の波長は、第２の波長よりも小さくてもよい。
【００２７】
少なくとも第２の実施形態は、カラー撮像のためにスペクトル符号化内視鏡検査プローブを備える、システムであってよい。このプローブは、照明光を導くための導光要素、光集束要素、回折格子要素を備えてよい。導光要素、光集束要素、および回折格子要素は、複数の波長の光ビームのセットが、異なる次数で同じ角度で回折され得るよう構成されてよい。光ビームのセットは、少なくとも３つの光ビームを含んでよい。光ビームのセットの中の各光ビームは、異なる波長と関連付けられてよい。システムは、収集された光を導くための第２の導光要素、少なくとも１つの検出器、およびプロセッサも備えてよい。プロセッサは、複数の次数で回折された光からの情報に基づき、カラー画像を形成するよう適合され、かつ構成され得る。
【００２８】
第２の実施形態の一態様において、少なくとも１つの検出器は、分光計を備えてよい。
【００２９】
第２の実施形態の一態様において、スペクトル的に分散された光の複数の次数は、−ｍ、−（ｍ＋１）、および−（ｍ＋２）回折次であってよく、ここでｍは整数である。
【００３０】
第２の実施形態の一態様において、システムは、複数の次数ではない次数で回折された光ビームを遮断するために、プローブの視野の外側に位置付けられたビームブロックをさらに備えてもよい。
【００３１】
第２の実施形態の一態様において、第２の導光要素は、１つまたは複数の角度研磨された光ファイバを備えてよい。
【００３２】
第２の実施形態の一態様において、第１の方向の光ビームのセットを走査するためのスキャナをさらに含んでよい。プロセッサは、第１の方向のカーネルによる平滑化処理機能（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｋｅｒｎｅｌ）を、複数の次数で回折された光からの情報に適用するよう、さらに構成され得る。このカーネルは、複数の次数の各々における波長の第１のサブセットのための、第１のサイズである。このカーネルは、複数の次数の各々における波長の第２のサブセットのための、第２のサイズである。第１のサイズは、第１のサイズとは異なってよい。
【００３３】
第２の実施形態の一態様において、カラー画像は、極座標での画像（ｐｏｌａｒ  ｉｍａｇｅ）であってよい。複数の次数の各々における波長の第１のサブセットは、極座標での画像の半径の第１の範囲と関連付けられてよい。複数の次数の各々における波長の第２のサブセットは、極座標での画像の半径の第２の範囲と関連付けられてよい。半径の第１の範囲は、半径の第２の範囲よりも小さくてもよい。カーネルの第１のサイズは、カーネルの第２のサイズよりも大きくてよい。
【００３４】
少なくとも第３の実施形態は、カラー撮像のためにスペクトル符号化内視鏡検査プローブを備える、システムであってよい。このプローブは、照明光を導く導光要素、第１の回折格子を備える集光要素、およびレンズを備えてもよい。システムは、収集された光を導くための第２の導光要素、少なくとも１つの検出器、およびプロセッサも備えてよい。プロセッサは、収集された光からの情報に基づき、カラー画像を形成するよう適合され、かつ構成され得る。スペクトル符号化内視鏡検査プローブは、複数の波長の収集された光ビームのセットが、異なる次数で回折されて、集光要素によって第２の導光要素の中に結合されるよう、構成され得る。収集された光ビームのセットは、少なくとも３つの光ビームを含んでよい。収集された光ビームのセットの中の各光ビームは、異なる波長と関連付けられてよい。スペクトル符号化内視鏡検査プローブは、第２の導光要素の中に結合される、収集された光ビームのセットの中の収集された光ビームの各々が、実質的に単一次数で第１の回折格子によって回折されるよう、構成されてよい。
【００３５】
本開示の、これらまたは他の目的、特徴、および利点は、添付の図面および提供される特許請求の範囲と共に、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読むと、明らかになろう。
【００３６】
本開示のさらなる目的、特徴、および利点は、本開示の例示的な実施形態を示す添付の図面と共に捉えると、以下の詳細な説明から明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、一実施形態の図である。
【図２】図２は、一実施形態で使用され得るプローブの概略。
【図３】図３は、一実施形態の一部分で回折された光を例示する図である。
【図４】図４は、別の実施形態の図である。
【図５】図５は、一実施形態の一部分の概略を示す図である。
【図６】図６は、別の実施形態の一部分の概略を示す図である。
【図７】図７は、別の実施形態の一部分の概略を示す図である。
【図８】図８は、別の実施形態の一部分の概略を示す図である。
【図９】図９は、複数の検出ファイバを伴う、別の実施形態の一部分のプロファイルを例示する図である。
【図１０】図１０は、複数の検出ファイバを伴う、別の実施形態の一部分の正面を例示する図である。
【図１１】図１１は、別の実施形態の一部分の概略を示す図である。
【図１２】図１２は、一実施形態で使用され得る、例示的な撮像コンソールの概略を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、異なるチャネルの帯域幅の重複を例示する図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、異なるチャネルの帯域幅の重複を例示する図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、異なるチャネルの帯域幅の重複を例示する図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、異なるチャネルの帯域幅の重複を例示する図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、異なるチャネルの帯域幅の重複を例示する図である。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、異なるチャネルの帯域幅の重複を例示する図である。
【図１４】図１４は、別の実施形態の一部分を例示する図である。
【図１５】図１５Ａ〜図１５Ｃは、一実施形態によって獲得し得るデータを例示する図である。
【図１６】図１６は、一実施形態の要素の、回折パワー分布を例示する図である。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂは、一実施形態によって獲得し得るデータ区分を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図面を通して、別途記載しない限り、同じ参照番号および記号は、例示の実施形態の同様の特徴、要素、構成要素、または部分を表示するために使用される。さらに対象の開示を、図面を参照して次に詳細に説明するが、それは例示的な実施形態に関連して成される。添付の特許請求の範囲によって定義された、対象の開示の本来の範囲および趣旨から逸脱することなく、説明する例示的な実施形態に対して、変更および改変が実施され得ることが意図される。
【００３９】
第１の実施形態−側方ビュー
本開示によるＳＥＥプローブシステム１００の例示的な実施形態を、図１に示す。この例示的なＳＥＥプローブシステム１００は、光源１１０、プローブ１２０、分光計１４２、および画像プロセッサ１５０を含んでもよい。この実施形態において、光源１１０からの広帯域光は、照明光ファイバ１１２であり得る導光要素に結合される。
【００４０】
広帯域光は大きい帯域幅を有し、スペクトル的に分散された次元に沿った空間分解能を可能にする。いくつかの実施形態において、広帯域光は、青色帯域の光波長（λB1〜λBNを含む）、緑色帯域の光（λG1〜λGN）、および赤色帯域の光（λR1〜λRN）を含む、広帯域可視光源である。例えば、青色帯域は４００〜５００ｎｍの光を含み、緑色帯域は５００〜６００ｎｍの光を含み、赤色帯域は６００〜８００ｎｍを含む。他の実施形態において、広帯域光の波長は、血液、組織など特定の特徴を識別するために最適化され、例えば１２００ｎｍなど、近赤外域の中に広がってもよい。一実施形態において、各波長帯域は、３０ｎｍよりも長い波長範囲であってもよい。一実施形態は、ＳＥＥがカラー画像を生成することを可能にする、少なくとも３つの帯域を含んでよい。さらなる帯域を使用して、追加の情報を得てもよい。
【００４１】
広帯域光源１１０は、複数の光源を含んでもよく、または単一の光源であってもよい。広帯域光源１１０は、レーザー、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、白熱ランプ、レーザーによって励起されるスーパーコンティニューム光源、および／または蛍光ランプのうちの、１つまたは複数を含み得る。広帯域光源１１０は、光を提供して、次にその光を少なくとも３つの帯域に分割することができる任意の光源であってよく、これら少なくとも３つの帯域の各帯域はさらに分散されて、次に空間情報をスペクトル符号化するために用いられる光をもたらす。広帯域光源１１０は、ＳＥＥプローブシステム１００の別の要素と結合されるファイバであってもよく、または結合される自由空間であってもよい。
【００４２】
導光要素は、照明ファイバ１１２、またはＳＥＥプローブ１２０に接続された何らかの他の光導波路であってもよい。照明ファイバ１１２は、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、またはダブルクラッドファイバであってもよい。好ましくは、単一のファイバが照明ファイバ１１２として使用される。プローブ１２０またはその部分は、矢印で示すように回転または振動され得る。例えば、照明ファイバおよび照明光学系を、ガルバノモータを介して回転させてもよい。
【００４３】
図２は、図１に例示した実施形態で使用され得るプローブ１２０の概略を示す、ＳＥＥプローブシステム１００の一部分の例示である。この特定のプローブは側方ビューのプローブであってよく、そのため、このプローブからの画像は、プローブの直接正面ではなく側方に位置された、組織または他の撮像されるサンプルから反射されることになる。導光要素１１２（照明ファイバとして示す）は、広帯域光をプローブ１２０に伝播させる。第２の導光要素１４０（検出ファイバとして示す）は、光をサンプル２００から収集する。プローブ１２０は、光集束要素１２２、およびスペーサ１２４に取り付けられて示される回折格子要素１２６を含む。導光要素１１２が取り付けられた光集束要素１２２の部分は、好ましくはレンズの研磨された端部である。第２の導光要素１２２は、例えばＧＲＩＮレンズまたはボールレンズであってよく、角度研磨されたスペーサ１２４に固定され得る。スペーサ１２４は、限定ではないが、ガラス、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、またはプラスチックで作られてよい。導光要素１１２は、第２の導光要素１２２の中央に合わせてもよく、または中央に合わせなくてもよい。第２の導光要素１２２は、光集束要素であってもよい。中央に合わせた場合、第２の導光要素１２２から出る光の方向は、第２の導光要素１２２の光軸に対して実質的に平行である。中央に合わせていない場合、第２の導光要素１２２から出る光の方向は、中央から外れた量に応じて、第２の導光要素１２２の光軸に対してある角度を持つ。
【００４４】
回折格子１２６は、乾式エッチング、湿式エッチング、ナノインプリント、およびソフトリソグラフィなどの技法によって作製され得る。回折格子１２６は、スペーサ１２４上に直接形成してもよい。例えば、回折格子１２６を伴うスペーサ１２４は、エッチングされたガラス格子をさいの目に切って角度研磨によって作製され得る。回折格子１２６は、限定ではないが、バイナリ回折格子、ブレーズド回折格子、またはホログラフィック回折格子であってよい。図１６は、一実施形態に使用され得る回折格子１２６の、多くの回折次数の全体にわたる回折パワー分布のシミュレーション結果の例示であり、ここで、凡例中のＴおよびＲは、それぞれ透過と反射とを表わす。
【００４５】
回折格子１２６の機能は、図３によって例示される。青色帯域の光（λB1〜λBN）、緑色帯域の光（λG1〜λGN）、および赤色帯域の光（λR1〜λRN）は、入射角θiと実質的に同じ角度で回折格子１２６に入射する。回折角θdは、数式（１）などの回折格子の式によって決定され得る。
ｎiｓｉｎθi＋ｎdｓｉｎθd＝−ｍＧλ                  （１）
【００４６】
ここで、ｎiは、回折格子１２６の入射側の材料の屈折率を表わし、ｎdは、回折格子の回折側の材料の屈折率を表わし、ｍは回折次数、Ｇは回折格子１２６の空間周波数、およびλは光の波長である。例示的な実施形態において、回折条件は、ｎi＝１．５０３７、ｎd＝１、θi＝４２．８１°、およびＧ＝８６０／ｍｍである。いくつかの実施形態において、回折格子１２６は、空間周波数Ｇと緑色光の回折次数ｍGとの積の絶対値｜ｍGＧ｜は、２０００／ｍｍより大きく、２５００／ｍｍより大きく、または３０００／ｍｍより大きくなるよう、設計される。本発明者は、｜ｍGＧ｜が増加すると、実施形態の視野（ＦＯＶ）が広がることを確認した。ＦＯＶは、各回折次数に関連付けられた重複する光ビームを生成する各波長帯域に関連付けられた、照明角度の角度範囲である。
【００４７】
赤色、緑色、および青色光が、入射角θiと実質的に同じ角度で回折格子１２６上に入射するが、分散のために、ある程度差が有り得ることを理解されたい。それらの差によるサンプル２００上の波長シフトは、必要に応じて画像プロセッサ１５０によって、画像再現のプロセスために補われてよい。例えば、赤色光および青色光の入射角θiは、１．０°以下で変化し得る。入射角θiに関する実質的とは、光学要素の分散特性によって、２．０°未満、１．０°未満、または０．５°未満のばらつきを意味する。
【００４８】
回折格子１２６は、デューティーサイクル（開口幅／期間）が０．５未満で、高い回折効率が可能なバイナリ回折格子であってよい。デューティーサイクルは、好ましくは０．４未満であってよい。溝深さは１μｍより大きく、好ましくは１．１μｍより大きく、または１．２μｍよりも大きくてよい。
【００４９】
照明光の青色帯域、照明光の緑色帯域、および照明光の赤色帯域を、サンプル２００上で重複させるために、青色帯域の光の回折次数ｍB、緑色帯域の光の回折次数ｍG、赤色帯域の光の回折次数ｍRは、以下の数式（２）を満たすよう制限される。
【数１】
2020078568.tif 000003
【００５０】
一実施形態において、Ｘが青色、緑色、および赤色の波長帯域を表わす１〜Ｎの整数である、３つの波長（λBX、λGX、λRX）の光は、全て実質的に同じ角度θiで回折格子１２６上に入射し、全て実質的に同じ角度θdで回折される本出願人は、このことが波長帯域の縁部に制限をもたらし、それによって以下の数式（３）のセットが、波長帯域の縁部を条件付けることを確認した。本開示に関して、実質的に同じ角度θdで回折されることは、各波長帯域の縁部が、分光計１４２において５、４、３、２、または１ピクセル内で、またはいくつかの実施形態においては分光計１４２の計測許容値内で、実質的に同じ回折角を有するよう、波長帯域の縁部が選択されることを意味する。各波長帯域の縁部は、特定の回折次数の特定の角度範囲において回折される、波長範囲を形成する。上記の説明において、例えばＧＲＩＮレンズまたはスペーサからの、いかなる材料分散も企図されない。これら、または他の光学要素からの材料分散も、角度θ＿ｄに影響し得る。しかし、材料分散の影響が、較正ステップを介して最小限に抑えられるか、または取り除くことができることが企図される。各波長帯域は、全ての波長帯域が実質的に同じ角度範囲を有するよう、選択される。一実施形態において、角度範囲は１０°よりも大きくてよい。
【数２】
2020078568.tif 000004
【００５１】
好ましくは、ｍB／ｍRの比は２より小さく、そのため波長帯域は分光計１４２のセンサ上で重複しない。
【００５２】
好ましくは、ｍGは−４以下であり、それによって３つの異なる波長帯域（例えば赤色、緑色、および青色波長ＲＧＢ）の重複は、４００〜８００ｎｍの波長帯域内で実現され得る。いくつかの好ましい実施形態において、ｍGは、−４、−５、または−６である。いくつかの好ましい実施形態において、ｍGとＧとの絶対値の積は、広い視野で実現できるよう、２０００／ｍｍ以上である。好ましくは、ｍGとＧとの絶対値の積は、２５００／ｍｍ以上、３０００／ｍｍ以上、またはそれより大きい。しかし、異なる波長が４００ｎｍ未満または８００ｎｍより大きい、他の実施形態も用いられてよい。全ての重複する帯域の帯域幅が４００ｎｍ〜８００ｎｍである一実施形態において、異なる回折次数の絶対値の最小値は３である。全ての重複する帯域の帯域幅が４００ｎｍ〜１２００ｎｍである一実施形態において、異なる回折次数の絶対値の最小値は２である。
【００５３】
表１は、いくつかの例示的な回折次数、ならびに、赤色  緑色、および青色の波長範囲を示す。
【表１】
2020078568.tif 000005
【００５４】
図１３Ａは、ｍGが−４と等しいとき、帯域幅ボックス１３７０によって囲まれた緑色光と青色光との重複を示すための、数式（３）でプロットした実施例１の例示である。図１３Ａはまた、ｍGが−４と等しいとき、帯域幅ボックス１３７２によって囲まれた緑色光と赤色光との重複を例示する。図１３Ｂは、ｍGが−５と等しいこと以外は図１３Ａと同様の方法で、緑色、青色、および赤色光の重複を示すための、数式（３）でプロットした実施例２の例示である。図１３Ｃは、ｍGが−６と等しいこと以外は図１３Ａと同様の方法で、緑色、青色、および赤色光の重複を示すための、数式（３）でプロットした実施例３の例示である。図１３Ｄは、ＵＶ、ＩＲ、および可視光が使用される実施形態の例示であり、帯域幅ボックス１３７４がＵＶと可視光との重複を示し、帯域幅ボックス１３７６がＩＲと可視光との重複を示す。図１３Ｅおよび図１３Ｆは、任意の波長帯域Ａ、Ｂ、Ｃが使用される実施形態の例示である。帯域幅ボックス１３７８および１３８０は、波長帯域の重複を例示する。
【００５５】
サンプル２００（例えば組織または生体内サンプル）上に回折された光（例えば赤色、緑色、および青色光）を照明した後、光は、サンプル２００によって反射し、散乱した光ルミネッセンスである。この光は、回折格子１２６を通して検出ファイバ１４０によって収集される（図２参照）。代替の実施形態において、検出ファイバ１４０によって収集された光は、回折格子１２６を通過しない。
【００５６】
光を収集するために使用する検出ファイバ１４０は、レンズ１２２の側面上、または側面の近くに取り付けてよい。検出ファイバ１４０は、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、またはダブルクラッドファイバであってもよい。この特定の実施形態において、回折格子１２６は、スペーサ１２４および検出ファイバ１４０の両方に取り付けられる。しかし他の実施形態において、検出ファイバは回折格子１２６に取り付けられない。検出ファイバ１４０は、任意で照明光学系と共に回転されてもよく、または固定されてもよい。回転される場合、検出ファイバ１４０は、回転接合部を介して回転しない第２の検出ファイバに接続され得る。
【００５７】
図１に示すように、収集された光は、検出ファイバ１４０を介して分光計１４２に送達される。分光計１４２は、３つの波長帯域（例えば青色、緑色、および赤色光）の１Ｄスペクトルデータを得る。この１Ｄスペクトルデータは、サンプル２００上の３つの照明ライン（ＲＧＢ）からの情報に相当する。
【００５８】
図１のプローブ１２０は、矢印で示すようにモータによって光学軸周りに回転し、それによって照明光ラインがサンプルを走査し、２Ｄデータ（波長および時間）を分光計１４２によって得ることができる。このモータは、例えばガルバノモータ、ステッピングモータ、圧電性モータ、またはＤＣモータであってよい。回転接合部が、プローブを回転させるために使用されてもよい。例えば、スペクトル符号化されるラインを矢印の方向に回転させることによって、円形領域を撮像できる。この円形領域は、ＳＥＥプローブに対して概ね垂直に位置させることができ、それによって図１に示す例示的なＳＥＥプローブは、光がθd＝−θiの角度で回折されるようにｍおよびＧを選択する場合、前方ビューの撮像を実行できる。あるいは、プローブ１２０を、同様の２Ｄデータをもたらすために振動させてもよい。分光計１４２において、収集された光の波長が読み取られてよく、それを使用してサンプルのライン画像を生成することができる。
【００５９】
分光計、および１つまたは複数の検出器が、収集された光を検出した後、画像プロセッサ１５０が、赤色、緑色、および青色の３つの２Ｄ画像（１５２Ｒ、１５２Ｂ、１５２Ｇ）を、データから生成する。他の実施形態において、２つ、４つ、またはそれよりも多くの２Ｄ画像が、回折光の適切な重複次数でプローブを使用して形成される。
【００６０】
画像プロセッサ１５０は、赤色画像１５２Ｒ、緑色画像１５２Ｇ、および青色画像１５２Ｂの、３つの実質的に単色画像から、２Ｄカラー画像１５８を構築する。このカラー画像１５８は、実際の色の画像（ｔｒｕｅ  ｃｏｌｏｒ  ｉｍａｇｅ）をシミュレートするように作り出されるか、または例えば組織タイプの差を目立たせるために調整され得る。いくつかの実施形態において、２つまたは４つの色調の画像が、カラー画像１５８の代わりに、またはカラー画像１５８に加えて構築され得る。
【００６１】
プロセッサ１５０によって、３つの実質的に単色画像（１５２Ｒ、１５２Ｇ、１５２Ｂ）が作り出され、２Ｄのカラー画像１５８に組み合わされるとき、カラー較正プロセスが適用され得る。
【００６２】
一実施形態は、３つの波長帯域（赤色，緑色，および青色）の基準スペクトル、ならびにそれらの基準ＲＧＢ値を利用する、カラー較正方法を使用してもよい。基準ＲＧＢ値は、３つのスペクトルのセットであってよい。それらは、ＳＥＥシステムによって目標物から得られたスペクトルデータが基準スペクトルに対して明確であるときに、目標画像がＲＧＢモニターで有し得るピクセル値である。
【００６３】
【数３】
2020078568.tif 000006
例えば基準スペクトルは、サンプル２００自体からＳＥＥシステム１００によって得られた、スペクトルデータセットの平均であってよい。別の実施形態において、基準スペクトルは、別の同様の組織、基準サンプル、または人工組織サンプルからＳＥＥシステム１００によって得られた、スペクトルデータとすることができる。さらに別の実施形態において、基準スペクトルは、ＳＥＥシステムによって得られた白色較正チャートのスペクトルデータと、対象組織の反射スペクトルデータとの乗算によって作り出してもよい。
【００６４】
【数４】
2020078568.tif 000007
例えば、基準スペクトルが白色に見える組織から生成される場合、基準ＲＧＢ値は、８ビット値で（２５５，２５５，２５５）、または（２００，２００，２００）などとすることができる。基準スペクトルがピンク色に見える組織から生成される場合、基準ＲＧＢ値は、８ビット値で（２５０，１００，１８０）などであってよい。
【００６５】
【数５】
2020078568.tif 000008
【数６】
2020078568.tif 000009
【００６６】
これは線形なプロセス（ｌｉｎｅａｒ  ｐｒｏｃｅｓｓ）であり、したがって座標系変換処理（例えば極から直交）の前、または後のいずれかで行うことができる。第４のステップは、３つの較正した画像を２Ｄカラー画像１５８に組み合わせることである。ガンマ補正処理を、カラー較正処理後に適用してもよい。
【００６７】
前方ビューの撮像において、得られた２Ｄデータ（波長および時間）は、極座標系から直交座標系に座標系を変えることによって、２Ｄ画像に変換され得る。一実施形態において、波長は極座標系の半径に変換されてよく、次にそれは直交座標系に変換される。
【００６８】
図１７Ａに例示する２Ｄ極座標での画像１７５８を得るとき、より短い半径領域（小さい視野角度領域、ＦＯＶ中心、図１７Ａの１７５４）は、より長い半径領域（大きい視野角度領域、ＦＯＶ縁部、図１７Ａの１７５６）と比較して、接線方向においてオーバーサンプリングされ得る。一実施形態において、極座標での画像１７５８の半径がゼロと第１の閾値との間であるとき、角度方向で収集されたデータ点の数は、第２の数よりも多い第１の数であってよい。第２の数は、極座標での画像１７５８の半径が、第２の閾値と第３の閾値との間であるとき、角度方向で収集されたデータ点の数である。第２および第３の閾値の両方は、第１の閾値よりも大きい。したがって、ＳＮＲを増加させるため、半径に依拠して（より大きいサイズのカーネルは、より小さい半径）異なるカーネルサイズを用いた座標系変換の前に、ラインセンサ分光計１４２によって得られるカラースペクトル帯域（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）の各２Ｄデータに平滑化処理機能を適用することは、効果的となり得る。例えば、カラースペクトル帯域の最短波長が、図５に例示するようにＦＯＶの中心にある場合、図１７Ｂに例示するように、各スペクトル帯域の分光計データ１７９０におけるデータサブセット１７９４（より長い波長）ではなくデータサブセット１７９２（より短い波長）に、走査角度方向に沿った、より大きいカーネルによるに平滑化処理機能を適用することは効果的である。
【００６９】
図１５Ａ〜図１５Ｃは、一実施形態によって得られることがある例示的データを示す。図１５Ａに例示するように、サンプル２００は、内側の茶色の半円、中央の白色の円、およびピンク色の外側円を含み得る。ＳＥＥプローブは、サンプル２００から光を収集し、その光、各波長帯域が各曲線周りで得るグラフ例示データによって例示されるように分光計データを生成する、分光計１４２を送る。
【００７０】
分光計データは、画像プロセッサ１５０に送られる。画像プロセッサ１５０は、図１５Ｂで例示するように、赤色画像１５２Ｒ、緑色画像１５２Ｇ、および青色画像１５２Ｂを生成する。次に画像プロセッサ１５０は、赤色画像１５２Ｒ、緑色画像１５２Ｇ、および青色画像１５２Ｂを組み合わせて、図１５Ｃに例示するようなカラー画像１５５８を生成する。
【００７１】
複数の分光計を、分光計１４２として使用してもよい。例えば、青色および緑色の収集光が１つの分光計に送達され、赤色光が別の分光計に送達されてもよい。同様に、複数の検出器（図示せず）が、複数の分光計からの光を検出してもよい。複数の分光計は、１つまたは複数の要素を共有してよい。
【００７２】
第２の実施形態−前方ビュー
図４は、一実施形態が実行され得る、前方ビューのＳＥＥプローブシステム４００の例示である。前方ビューのＳＥＥプローブシステムは、光源１１０とプローブ４２０との間の回転接合部１１４の使用も例示する。
【００７３】
図５に示すように、導光要素１１２（照明ファイバとして示される）が、広帯域光をプローブ１２０へ伝播させる。第２の導光要素１４０（検出ファイバとして示される）が、光を収集する。プローブ４２０は、光集束要素１２２、およびスペーサ５２４に取り付けられて示される回折格子要素１２６を含む。スペーサは鏡面５２８を有する。鏡５２８は、例えば反射コーティング、金属コーティング、または全内部反射を用いて実現され得る。導光要素１２２は、例えばＧＲＩＮレンズまたはボールレンズであってよく、角度研磨されたスペーサ５２４に固定される。スペーサ５２４は、限定ではないが、ガラス、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、またはプラスチックで作られてよい。
【００７４】
示すように、光送達された徹底的な照明ファイバ１１２は、レンズ１２２によって僅かに集束され、表面５２８によって反射されて、回折格子１２６によって回折される。各カラー帯域幅の最短波長光（λR1、λG1、λB1）は、前方ビュー方向でサンプル２００へ回折される。
【００７５】
検出ファイバ１４０は、２００サンプルを反射した光を収集する。検出ファイバ１４０は、１つまたは複数のマルチモードファイバであってよい。複数のファイバが、例えばレンズ１２２およびスペーサ５２４の周りに並べられてよい。いくつかの実施形態において、４、５、６、７、８本、またはさらに多くの検出ファイバ１４０がある。いくつかの実施形態において、検出ファイバ１４０のアレイは、１つまたは複数の位置に「穴」を有し、他の光学要素か、またはフラッシング手段などの機械要素を収容し得る。検出ファイバ１４０は、固定されていてもよく、またはレンズ１２２およびスペーサ５２４と共に回転してもよい。好ましくは、検出ファイバ１４０は高いＮＡを有する。ＮＡは、０．２よりも大きくてよい（より好ましくは、．．．０．３、０．４、０．５、０．６）。
【００７６】
図６は、回折格子６２６が使用され、この新しい回折格子６２６のパラメータに従ってビュー領域がシフトされること以外は、図５に例示した前方ビューのプローブ４２０と実質的に同様である、例示的な前方ビューのＳＥＥプローブ６２０の別の実施形態の例示である。さらにスペーサ６２４は、表面６２８からの光の入射角が最適となるよう、最適化される。この設計において、格子パラメータ（屈折率、空間周波数、および入射角）ならびに角度は、各カラー帯域幅で最長波長光（λRN、λGN、λBN）が、前方ビューの方向でサンプル２００へ回折されるよう、最適化される。
【００７７】
撮像に使用されない、次に高い回折次数（ｍB−１）が、ノイズをシステムに導入し得る。一実施形態において（例えばｍB＝−６）、この使用されない、より高い次数の帯域の回折角度は、最大角度より大きく、そのため光は、プローブ検出光学系の視野外で回折され、システムのノイズに対する実質的な一因とはならない。好ましくは、数式（５）で表わす以下の条件が、次に高い次数における回折が実質的に生じないよう満たされる。
【数７】
2020078568.tif 000010
【００７８】
一実施形態において、回折格子６２６は、照明のための回折効率が隣接する回折次数よりも高くなるよう、最適化され得る。例えば一実施形態において、ｎi＝１．５０３７、ｎd＝１、θi＝４２．８１°、Ｇ＝８６０／ｍｍ、溝深さ＝１．４５μｍ、およびデューティーサイクル＝０．１６である。視野（ＦＯＶ）中心、およびＦＯＶ縁部の回折効率を、以下の表２に列挙する。表２Ａは、ＦＯＶ縁部だが隣接する次数において同じである、波長の回折効率も例示する。ここで、表中の回折効率は、ＴＥおよびＴＭの回折効率の平均である。回折効率は、各チャネル（青色、緑色、赤色）のＦＯＶ中心波長とＦＯＶ縁部波長との間にあり、ゼロではない。一実施形態において、入射角θiが全内部反射（ＴＩＲ）の臨界角よりも大きいとき、回折格子のゼロ次（ｍ＝０）の透過に関連付けられた透過光は実質的に存在せず、一方で、より高い次数の回折格子によって回折された光は、回折格子を通過する。
【表２Ａ】
2020078568.tif 000011
【００７９】
一実施形態において、回折格子６２６は、照明のための回折効率が、隣接する回折次数の回折効率よりも高くなるよう最適化され得る。例えば一実施形態において、ｎi＝１．５０３７、ｎd＝１、θi＝３８．６７°、Ｇ＝８００／ｍｍ、溝深さ＝１．７μｍ、およびデューティーサイクル＝０．２である。視野（ＦＯＶ）中心、およびＦＯＶ縁部の回折効率を、以下の表２Ｂに列挙する。表２Ｂは、同じＦＯＶ縁部だが隣接する次数である波長の回折効率も例示する。
【表２Ｂ】
2020078568.tif 000012
【００８０】
一実施形態において、回折格子６２６は、回折効率が青色（４１５〜４７５ｎｍ）、緑色（４９８〜５７０ｎｍ）、赤色（６２２．５〜７１２．５ｎｍ）のそれぞれ−６次、−５次，−４次のために最適になるように、最適化され得る。例えば一実施形態において、ｎi＝１．５０３７、ｎd＝１、θi＝３６．０°、Ｇ＝６５０／ｍｍ、溝深さ＝１．８μｍ、およびデューティーサイクル＝０．２５である。
【００８１】
前方ビューのＳＥＥプローブ７２０の、さらに別の例示的な実施形態が図７に例示され、以前に例示したＳＥＥプローブと実質的に同様である。プローブ７２０は、ビームブロック７３０をさらに備える。ビームブロック７３０は、回折格子１２６の周りに位置付けられ、それによって対象の視野における角度以外の角度で回折される光を遮断する。例えば、ビームブロック７３０は、回折角度がサンプル２００を照明する回折された光よりも小さい、他の次数を遮断し得る。ビームブロック７３０は、このような光を吸収、反射、または散乱させ得る。ビームブロック７３０は管材料であってよく、固定式でもよい。ビームブロック７３０は、プローブ１２０と共に回転してもよい。
【００８２】
前方ビューのＳＥＥプローブ４２０のさらに別の例示的な実施形態が、図８に例示される。この実施形態において、受光角が非対称で、回折された光の特定の次数と関連付けられた特定の視野以外の光を収集しない、検出ファイバ８４０は角度研磨された遠位端を有する。例えば、回折角度が、サンプル２００上に回折される特定の照明光よりも小さい、他の次数における回折された光。代替の実施形態において、角度研磨された遠位端を有する代わりに、検出ファイバ８４０は遠位端にプリズムを有してもよい。本実施形態でも例示されるのは、照明ファイバ１１２、レンズ１２２、およびスペーサ５２４と共に回転する検出ファイバ８４０である。
【００８３】
図９および図１０は、検出ファイバが、ファイババンドル９４０を形成する複数の検出ファイバ９４０ａ〜ｚを備える、実施形態の例示である。検出ファイバ９４０ａ〜ｚは、図９および図１０に例示するように、スペーサ５２４および回折格子１２６の周りに並べられた、複数のファイバを含んでよい。図９および図１０に示すように、例示的なプローブ４２０は、複数（本例では８本）の検出ファイバ９４０ａ〜ｚで囲まれる。検出ファイバの各々からの光は、画像プロセッサ１５０による画像処理において、一緒に、または選択的に使用され得る。時間ゲートを使用して、どの検出ファイバを使用するかを選択してもよい。これは、例えば時間ゲートされた露出、またはガルバノスキャナを伴う２Ｄカメラ、およびラインカメラによって実施され得る。
【００８４】
図１４は、単一の分光計１４４２が、いかにしてファイババンドル９４０の複数のファイバからデータを集めるよう適合され得るか、の例示である。図１４に示すように、ファイババンドル９４０の入力側１４４０ａにおける、ファイババンドル９４０の個々のファイバは、リングを形成し得る。リング形状は例示的なものであり、多角形、楕円形、または他の形状などが、ファイババンドルの入力側に使用されてもよい。一方でファイババンドルの出力側１４４０ｂは、ファイバリボンを伴うようなアレイを形成し得る。
【００８５】
分光計１４４２は、出力側１４４０ｂから光を集めるためのコリメートレンズ１４８２を含み得る。コリメートレンズ１４８２は、単レンズ、レンズのセット、またはレンズのアレイであってよい。レンズのアレイは、ファイババンドル９４０の各ファイバのための単レンズを含み得る。コリメートレンズ１４８２は、出力側１４４０ｂからの光を実質的に平行にし得る。
【００８６】
コリメートレンズ１４８２は、鏡および偏光子などの１または光学要素と共に、１つまたは複数の回折格子もしくはプリズムなどの波長分散要素１４８４に、光を導いてよい。波長分散要素１４８４は、図１４に例示するように光を分散させる。図１４において、青色光は点線で示され、緑色光は実線で示され、赤色光は破線で示される。
【００８７】
次にスペクトル的に分散された光は、集束レンズ１４８６によって集束され得る。集束レンズ１４８６は、単レンズ、レンズのセット、またはレンズのアレイであってよい。次に集束レンズ１４８６は、スペクトル的に分散された光をセンサアレイ１４４２上に集束させ得る。センサアレイ１４８８の各ピクセルは、２４μｍ×５００μｍの矩形ピクセルであってよい。各ピクセルは、標準的なセンサアレイ１４４において、より小さい複数の方形ピクセルで作られた論理ピクセルであってよい。集束レンズ１４８６がレンズアレイである場合、このレンズアレイは、各矩形ピクセルのためのレンズを含み得る。センサアレイ１４８８は、スペクトル情報が第１の軸に沿っており、各ファイバからの空間情報が、第１の軸と直交する第２の軸に沿っている画像を生成することができる。
【００８８】
図１１は、前方ビューのＳＥＥプローブ４２０を含む、例示的な実施形態の一部分の例示である。本実施形態において、照明ファイバ１１２および検出ファイバ１４０は、図５で例示した実施形態と比べると、交換されている。この場合、照明光は回折されないが、回折格子は、特定の光のみを検出ファイバ１４０上に確実に伝播するよう、使用される。この代替の実施形態は、照明導波管１１２に取り付けられた円筒形レンズ１１２２も含んでよい。この代替の実施形態は、サンプル２００上の照明光が、前の実施形態のスペクトル符号化されるラインとは対照的に白色ラインであるように、円筒形レンズ１１２２に取り付けられたプリズム１１２４も含んでよい。サンプル２００からの反射光は、収集されて、スペーサ５２４上の回折格子１２６を通って検出ファイバ１４０に沿って通過し、表面５２８によって反射されてレンズ１２２によって集束される。照明ファイバ１１２および検出ファイバ１４０は、共に回転し得る。白色ラインは、プローブの視野の径方向に沿って整合されてもよく、プローブと共に回転する。白色ラインは、プリズム１３４の収差によって、視野の中心に対して非対称であってよく、それによって１つの次数のみで回折された光は、検出ファイバ１４０に結合される。
【００８９】
いくつかの実施形態において、前方ビューまたは側方ビューのいずれかであってよいプローブは、使い捨てプローブである。これらの実施形態において、照明ファイバ１１２および検出ファイバ１４０は、取り外し可能であってよい。この例示的な機能によると、確実に清潔なプローブを、人の体であり得る対象の中に挿入するよう、プローブは使い捨てであってよい。
【００９０】
様々な例示的な実施形態によると、マルチクラッドファイバを利用してもよい。マルチクラッドファイバは、光が広がる方向によって、異なるコア径を有するかのように機能し得る。したがって、このようなマルチクラッドファイバは、照明ファイバおよび検出ファイバの両方として使用してもよい。マルチクラッドファイバが回転接合部に接続される場合、プローブの連続的な回転が実行され得る。
【００９１】
システムおよびソフトウェアに関連する開示
本発明の実施形態はまた、上述の実施形態のうちの１つもしくは複数の機能を実行するために、一時的もしくは非一時的な記憶媒体に記録された、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）を読み取って実行し、および／もしくは上述の実施形態のうちの１つもしくは複数の機能を実行するための、１つもしくは複数の回路を含む、１つもしくは複数のコンピュータによって実現されてよく、ならびに、上述の実施形態のうちの１つもしくは複数の機能を実行するために、例えば記憶媒体からコンピュータ実行可能命令を読み取って実行することで、および／もしくは上述の実施形態のうちの１つもしくは複数の機能を実行するために、１つもしくは複数の回路を制御することで、システムもしくは装置のコンピュータで実行される方法によって、実現されてよい。例えばコンピュータシステムは、画像プロセッサの一部または画像プロセッサに取り付けられており、画像検出器および光学的な第２の検出器から受け取った情報を、取得して改変してもよい。
【００９２】
一実施形態において、画像プロセッサ１５０は、１つまたは複数のコンピュータユニットと、高解像度マルチメディアインターフェース（ＨＤＭＩ）を介して画像プロセッサ１５０に接続され得る、１つまたは複数のディスプレイユニットとを含む。任意で、別個の画像サーバは、イーサネットケーブルまたはワイヤレスアクセスポイントを介して接続されたプロセッサ１５０に接続された、別のコンピュータユニットである。
【００９３】
図１２は、画像プロセッサ１５０の例示であり、コマンドが、画像プロセッサ１５０に位置され得るユーザーインターフェースユニット／装置を介して、１つまたは複数のプロセッサ１６１に送信されてよい。画像プロセッサは、Ｉ／Ｏインターフェースを含んでよく、ここでコマンドは、１つまたは複数の、１つの含まれるか、または別個に取り付けられた、タッチパネルスクリーン、キーボード、マウス、ジョイスティック、ボールコントローラ、および／またはフットペダルを介して受け取られる。ユーザー／オペレータはコマンドを開始させて、画像プロセッサ１５０を使用して例示的な前方ビューのＳＥＥプローブを通して、人の体の内部であり得る対象についての情報を、観察または集めてもよい。例えば、ユーザーがコマンドを入力すると、それによってコマンドは実行するためにＣＰＵ１６１に送信される。
【００９４】
画像プロセッサ１５０は、ＣＰＵ１６１、記憶部／ＲＡＭ１６２、Ｉ／Ｏインターフェース１６３、および検出器インターフェース１６４を含んでもよい。さらに画像プロセッサ１５０は、１つまたは複数のデバイスも備えてよい。画像プロセッサは、１つまたは複数の汎用コンピュータを含んでもよく、またはＡＳＩＣ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ、ＦＰＵなどの特定用途プロセッサを含んでもよい。
【００９５】
画像プロセッサ１５０は、ノイズリダクション、座標の歪み補正、コントラスト強調などの、例示的な画像処理を適用するようプログラムされ得る。画像処理の実行後、または実行中でさえ、データは画像プロセッサ１５０からディスプレイに送信され得る。いくつかの例示的な実施形態において、液晶ディスプレイがディスプレイであってもよい。例えばディスプレイは、本開示の様々な例示的な実施形態による、シングルモードまたは合成カラー画像から得た個々の画像を表示し得る。ディスプレイは、観察データ、人の体のどの部分が観察されるか、患者の名前、オペレータの名前など、画像以外の他の情報も表示し得る。
【００９６】
ＣＰＵ１６１は、記憶部／ＲＡＭ１６２に記憶されたコンピュータ実行可能命令を、読み取って実行するよう構成される。コンピュータ実行可能命令は、本明細書で説明した方法および／または計算を実行するための命令を含み得る。記憶部／ＲＡＭ１６２は、１つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読媒体および／または書き込み可能媒体を含み、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、Ｂｌｕ−ｒａｙ）、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などを含んでよい。記憶部／ＲＡＭ１６２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してよい。画像プロセッサ１５０の要素は、バスを介して通信し得る。
【００９７】
Ｉ／Ｏインターフェース１６３は、キーボード、ディスプレイ、マウス、印刷デバイス、タッチスクリーン、ライトペン、光記憶デバイス、スキャナ、マイクロフォン、カメラ、ドライブ、通信ケーブル、およびネットワーク（有線またはワイヤレス）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ースを提供する。
【００９８】
検出器インターフェース１６３は、入力および出力デバイスへの通信インターフェースも提供する。検出器は、分光計１４２、分光計内の要素、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード検出器（ＡＰＤ）、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、マルチピクセル光子計数器（ＭＰＰＣ）またはその他などの検出システム、および、回転エンコーダ、モータの駆動電圧、熱電対などの、プローブの状態に関する情報を提供する要素も含んでよい。さらに検出器の機能は、記憶部／ＲＡＭ１６２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）によって実現され得る。
【００９９】
例示的な操作において、ユーザーは例示的なＳＥＥプローブをシース内に設置し、次にこのような配置／構成を人の体の所定位置の中に挿入し得る。事前にシースのみを人の体の中に挿入してもよく、シースの挿入後にＳＥＥプローブをシースの中に挿入することが可能である。例示的なプローブを使用して、人の体の内部を観察することができ、例示的なプローブは、関節鏡検査法、気管支鏡、上顎洞内視鏡、血管内視鏡などの内視鏡として働く。
【０１００】
定義
説明の言及で、特定の詳細が、開示された例の完全な理解を提供するために記載される。他の例において、よく知られた方法、手順、要素、および回路は、本開示を不必要に長くしないために、詳細に説明していない。
【０１０１】
ある要素もしくは部分が、別の要素もしくは部分に対して「上にある（ｏｎ）」、「対する（ａｇａｉｎｓｔ）」「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」、もしくは「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」と本明細書で言及される場合、他の要素もしくは部分に対して直接的に上にある、対する、接続される、もしくは結合されるか、または介在する要素もしくは部分が存在し得ることを、理解されたい。反対に、ある要素が、別の要素もしくは部分に対して「直接上にある（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」、「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」、または「直接結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」と言及される場合、介在する要素もしくは部分は存在しない。用語「および／または」が用いられるとき、関連して列挙されたアイテムが提供された場合は、それらのうちの１つまたは複数のいずれか、および全ての組み合わせを含む。
【０１０２】
「下（ｕｎｄｅｒ）」、「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「近位の（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」、「遠位の（ｄｉｓｔａｌ）」などの空間に関連する用語は、本明細書では、１つの要素または特徴部を、様々な図で示される別の要素または特徴部に対する関係を表わすよう、説明を簡単にするために用いられることがある。しかし空間に関連する用語は、図に示された方向に加えて、使用中または操作中のデバイスの異なる方向を含包するよう意図されていることを理解されたい。例えば、図中のデバイスがひっくり返った場合、他の要素または特徴部の「下方」もしくは「真下」にあるものと表わされた要素は、そのとき他の要素または特徴部の「上方」に方向付けられている。したがって「下方」などの空間に関連する用語は、上方および下方の両方の方向を含包できる。あるいはデバイスが（９０°または他の方向に回転して）方向付けられることがあり、本明細書で用いられる空間に関連する記述子は、それに従って解釈されるべきである。同様に、空間に関連する用語「近位の」および「遠位の」も、適用できる場合は交換可能である。
【０１０３】
本明細書で使用される用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、例えば１０％内、５％内、またはそれ未満を意味する。いくつかの実施形態において、用語「約」は測定誤差内を意味し得る。
【０１０４】
第１、第２、第３などの用語は、様々な要素、構成要素、領域、部分、および／またはセクションを説明するために、本明細書に使用され得る。これらの要素、構成要素、領域、部分、および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、部分、またはセクションを、別の領域、部分、またはセクションから区別するためのみに用いられている。したがって、以下で説明する第１の要素、構成要素、領域、部分、またはセクションは、本明細書の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、部分、またはセクションと称することができる。
【０１０５】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を表わすことだけが目的であり、限定を意図するものではない。本明細書で用いられるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別途明確に示さない限り、複数形も含むよう意図されている。用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で用いられるとき、記載された特徴部、整数、ステップ、動作、要素、および／もしくは構成要素の存在を指定するが、明白に記載されていない１つまたは複数の他の特徴部、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／もしくはそれらのグループの存在、または追加を除外しないことを、さらに理解されたい。
【０１０６】
上記は、本開示の原則を例示するのみである。説明した例示的な実施形態に対する、様々な改変および代替は、本明細書の教示を考慮すると、当業者には明白になるであろう。実際に、本開示の例示的な実施形態による装置、システム、および方法は、任意のＳＥＥシステムまたは他の撮像システム、ならびに、例えば、それらの開示が全体において参照として本明細書に組み込まれる、米国特許第６，３４１，０３６号、同７，７９６，２７０号、同７，８４３，５７２号、同７，８５９，６７９号、同８，０４５，１７７号、同８，１４５，０１８号、同８，７８０，１７６号、同８，８１２，０８７号、同９，２９５，３９１号、および同９，２５４，０８９号、ならびにＰＣＴ公報ＷＯ２０１５／１１６９５１、ＷＯ２０１５／１１６９３９に記載されたものに使用することができる。
【０１０７】
図面で説明する例示的な実施形態を説明する際、明瞭にするために特定の専門用語が利用される。しかし、本特許明細書の開示は、選択された特定の専門用語に限定されることは意図されず、各特定の要素が同様の方法で動作する、全ての技術的同等物が含まれることを理解されたい。
【０１０８】
本開示を、例示的な実施形態を参照して説明したが、本開示は開示された例示的な実施形態に限定されないことを理解されたい。以下の特許請求の範囲は、このような全ての改変および同等の構造および機能を含包するよう、最も広い解釈と一致する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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