(57)【要約】      （修正有）【課題】照明源によって引き起こされる照明スポットに関連する鏡像を除去、または少なくとも大幅に低減させる内視鏡を提供する。【解決手段】内視鏡２００は、コヒーレントレーザ照明ビームを生成する照明源２２２と、光センサ２２４と、検査すべき表面の照明のための少なくとも１つのコアであって、前記少なくとも１つのコアを通って照明源からファイバの遠位端へ照明ビームを伝達する少なくとも１つのコア２０４、および表面から反射された光を光センサへ伝達する複数のコア２０６を備えるマルチコアファイバと、照明ビームの鏡像を表面の画像から分離する時間変調シーケンサと、光センサからの感知されたデータを処理して表面の画像を生成するプロセッサ２２６とを含む。【選択図】図２
2020096834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントレーザ照明ビームを生成する照明源と、
光センサと、
マルチコアファイバであって、
検査すべき表面の照明のための少なくとも１つのコアであって、前記少なくとも１つのコアを通って前記照明源から前記ファイバの遠位端へ前記照明ビームを伝達する少なくとも１つのコア、および
前記表面から反射された光を前記光センサへ伝達する複数のコア
を備えるマルチコアファイバと、
前記照明ビームの鏡像を前記表面の画像から分離する時間変調シーケンサと、
前記光センサからの感知されたデータを処理して前記表面の前記画像を生成するプロセッサと
を備える内視鏡。
【請求項２】
前記時間変調シーケンサが、２つのファラデー回転子を備え、前記ファラデー回転子がそれぞれ回転軸を有し、前記回転軸が実質上平行であるがずれている、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記２つのファラデー回転子が、ロックイン増幅効果をもたらすように構成される、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項４】
複数のコアを有するマルチコアファイバを備える内視鏡であって、前記コアが、少なくとも２つの異なる断面形状または向きを有し、前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きが、混合配置で配置される、内視鏡。
【請求項５】
前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きが、織り合わせたアレイで配置される、請求項４に記載の内視鏡。
【請求項６】
前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きのうちの一方のコアの断面の長軸が、前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きのうちの他方の長軸に直交している、請求項４に記載の内視鏡。
【請求項７】
マルチコアファイバを備える内視鏡であって、
前記マルチコアファイバが、
検査すべき表面の照明のための少なくとも１つの中空コアであって、前記少なくとも１つのコアを通って照明源から前記ファイバの遠位端へ照明ビームを伝達する少なくとも１つの中空コア、および前記少なくとも１つの中空コア内に前記照明ビームを閉じ込めるように前記少なくとも１つの中空コアのそれぞれを取り囲む複数のコアを含む照明領域と、
前記表面から反射された光を光センサへ伝達する複数のコアを含む撮像領域とを備える、内視鏡。
【請求項８】
前記少なくとも１つの中空コアのそれぞれを取り囲む前記複数のコアが、前記中空コアの周りに複数のリングで配置される、請求項７に記載の内視鏡。
【請求項９】
前記複数のリングが、少なくとも３つのリングを含む、請求項８に記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの中空コアのそれぞれを取り囲む前記複数のコアが、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）を含む、請求項７に記載の内視鏡。
【請求項１１】
光センサと、
マルチコアファイバであって、
検査表面から反射された光を前記光センサへ伝達する複数のコア、
前記マルチコアファイバの遠位先端から所定の距離をあけて配置された、前記表面から反射された前記光でフーリエ変換を実行するレンズ、および
前記マルチコアファイバの近位先端から所定の距離をあけて配置された、前記マルチコアファイバの近位先端から出た後に前記表面から反射された前記光で逆フーリエ変換を実行するレンズ
を備えるマルチコアファイバと、
前記光センサからの感知されたデータを処理して前記表面の画像を生成するプロセッサと
を備える内視鏡。
【請求項１２】
デジタル復号によって前記検査表面の画像の位相を構築するようにデジタルフーリエホログラフィック記録を実現するための参照照明ビームを生成するレーザ源をさらに備える、請求項１１に記載の内視鏡。
【請求項１３】
前記検査表面から前記マルチコアファイバ内へ反射された前記光の光路上に配置された複数のＰＣＦコアを含む光学素子をさらに備える、請求項１１に記載の内視鏡。
【請求項１４】
マルチコアファイバを備える内視鏡であって、
前記マルチコアファイバが、
検査すべき表面の照明のための少なくとも１つの撮像コアであって、前記少なくとも１つのコアを通って照明源から前記ファイバの遠位端へ照明ビームを伝達する少なくとも１つの撮像コアを含む照明領域と、
前記表面から反射された光を光センサへ伝達する複数のコアを含む撮像領域と、
蛍光染料を収容する染料容器であって、前記染料に照射して連続白色光照明スペクトルを生成することを可能にするように、前記１つの撮像コア内へ前記染料を供給するように構成された染料容器とを備える、内視鏡。
【請求項１５】
前記染料が溶液混合物である、請求項１４に記載の内視鏡。
【請求項１６】
マルチコアファイバを備える内視鏡であって、
前記マルチコアファイバが、
表面から反射された光を光センサへ伝達する複数の撮像コアを含む撮像領域と、
前記複数の撮像コアのそれぞれの周りに位置する複数の周辺コアとを備え、前記周辺コアのそれぞれの直径が、前記撮像コアを通過することが予想される反射光の波長より小さい、内視鏡。
【請求項１７】
前記周辺コアが、空気で充填された中空コアである、請求項１６に記載の内視鏡。
【請求項１８】
レーザ光を使用する内視鏡検査における向上された放射安全性のための方法であって、
内視鏡のマルチコアファイバの撮像コア内へ増幅材料を埋め込むことと、
検査表面から反射され前記撮像コアを通過する光を増幅するように構成された所定の波長のレーザ光によって前記撮像コアを励起することとを含む方法。
【請求項１９】
内視鏡検査における光学ズームのための方法であって、
レーザ源を使用して、内視鏡マルチコアファイバの遠位先端に位置するレンズの設計に関して事前定義された曲率の球形波面を有する、検査表面を照明するための照明ビームを生成することと、
前記検査表面の画像を光学的に拡大または縮小するように、前記レンズの前記設計に対する前記球形波長の前記曲率を変化させることとを含む方法。
【請求項２０】
検査表面を検査するために内視鏡を使用するときの光学ズームのための方法であって、前記内視鏡が、マルチコアファイバの遠位先端に焦点距離を有する第１のフーリエレンズを有し、前記方法が、
前記マルチコアファイバの近位先端と光検出器との間に配置された前記近位先端に調整可能な焦点距離を有する第２のフーリエレンズを提供することと、
前記検査表面の画像を光学的に拡大または縮小するように、前記第２のフーリエレンズの前記調整可能な焦点距離を調整することとを含む方法。
【請求項２１】
マルチコアファイバを有する内視鏡を使用して得られる画像の解像度を改善する方法であって、
複数の異なる波長の赤色、複数の異なる波長の緑色、および複数の異なる波長の青色によって検査表面を照明することと、
光検出器によって、前記複数の異なる波長の赤色、前記複数の異なる波長の緑色、および前記複数の異なる波長の青色によって前記検査表面から反射された光の画像データを収集することと、
前記収集された画像データから画像を構築することとを含む方法。
【請求項２２】
内視鏡検査における画像解像度を改善する光学ズームのための方法であって、
検査表面から反射され、複数の撮像コアを含むマルチコアファイバを通過した光の光路上に２焦点レンズを提供することと、
前記２焦点レンズの焦点距離のそれぞれを較正に使用することと、
前記較正に基づいて、光検出器上で内視鏡によって得られた正規画像および拡大画像という２つの重畳画像を分離することと、
前記拡大画像をデジタルで縮小することと、
縮小された後に前記拡大画像からの画像データを前記正規画像に追加して、より高解像度の正規画像を得ることとを含む方法。
【請求項２３】
マルチコアファイバを備える内視鏡であって、
前記マルチコアファイバが、
表面から反射された光を光センサへ伝達する複数の撮像コアを備え、各コアが金属被覆によって被覆される、内視鏡。
【請求項２４】
前記コアのピッチが２ミクロンより小さい、請求項２３に記載の内視鏡。
【請求項２５】
前記ピッチが約１ミクロンである、請求項２４に記載の内視鏡。
【請求項２６】
遠位端および近位端を有するマルチコアファイバであって、前記近位端からの光を前記遠位端から伝送し、観察すべき患者の内面を照明する１つまたは複数の照明コア、および前記内面から撮像コア内へ反射された光を前記遠位端から前記近位端へ伝達する１つまたは複数の撮像コアを有するマルチコアファイバと、
前記マルチコアファイバが挿入される遮蔽スリーブと、
前記マルチコアファイバの遠位先端を抜き出して前記表面に接触させ、分析のためのサンプルを収集し、前記遠位先端を前記遮蔽スリーブ内へ後退させることを可能にするように、前記遮蔽スリーブ内で前記マルチコアファイバを前進および後退させる機構と
を備える内視鏡。
【請求項２７】
前記機構がプランジャを備える、請求項２６に記載の内視鏡。
【請求項２８】
前記反射された光を受け取る光センサを備える、請求項２６に記載の内視鏡。
【請求項２９】
前記サンプルの分析を実行するラマン分光計である、請求項２８に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡検査に関し、より詳細にはマルチコアファイバ内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡は、医療診断および他の医療処置において、患者の体内の調査される内部中空器官または空洞の明瞭な画像を医療専門家または医療チームに提供することを目的として広く使用されている。
【０００３】
様々な種類の内視鏡が知られている。典型的には、内視鏡は可撓管から構成され、可撓管は、体内の検査表面を照明するように患者の体内へ挿入される管の遠位端へ照明源からの光を伝送する光導波路と、反射光を処理して照明表面の画像を表示するための光学系の一部である接眼レンズまたは光センサへ照明表面からの反射光を伝送する光導波路とを含む。多くの内視鏡では、照明ならびに体内の検査表面から反射された光の伝送のための光導波路として、光ファイバが用いられる。
【０００４】
検査表面から反射された光を接眼レンズまたは表示デバイスへ伝達するために使用される光ファイバの束を含むマルチコアファイバ内視鏡が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９６６１９８６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１７／０１０００２４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本発明のいくつかの実施形態によれば、内視鏡が提供される。内視鏡は、コヒーレントレーザ照明ビームを生成する照明源を含むことができる。内視鏡はまた、光センサを含むことができる。内視鏡はまた、検査すべき表面の照明のための少なくとも１つのコアであって、前記少なくとも１つのコアを通って照明源からファイバの遠位端へ照明ビームを伝達する少なくとも１つのコア、および表面から反射された光を光センサへ伝達する複数のコアを備えるマルチコアファイバを含むことができる。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、時間変調シーケンサは、２つのファラデー回転子を備え、これらのファラデー回転子はそれぞれ回転軸を有し、これらの回転軸は実質上平行であるがずれている。
【０００８】
いくつかの実施形態によれば、２つのファラデー回転子は、ロックイン増幅効果をもたらすように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態によれば、複数のコアを有するマルチコアファイバを備える内視鏡が提供され、これらのコアは、少なくとも２つの異なる断面形状または向きを有し、前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きは、混合配置で配置される。
【００１０】
いくつかの実施形態によれば、前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きは、織り合わせた（interlaced）アレイで配置される。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きのうちの一方のコアの断面の長軸が、前記少なくとも２つの異なる断面形状または向きのうちの他方の長軸に直交している。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、マルチコアファイバを備える内視鏡が提供され、マルチコアファイバは、検査すべき表面の照明のための少なくとも１つの中空コアであって、前記少なくとも１つのコアを通って照明源からファイバの遠位端へ照明ビームを伝達する少なくとも１つの中空コア、および前記少なくとも１つの中空コア内に照明ビームを閉じ込めるように前記少なくとも１つの中空コアのそれぞれを取り囲む複数のコアを含む照明領域と、表面から反射された光を光センサへ伝達する複数のコアを含む撮像領域とを備える。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、前記少なくとも１つの中空コアのそれぞれを取り囲む複数のコアは、その中空コアの周りに複数のリングで配置される。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、複数のリングは、少なくとも３つのリングを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、前記少なくとも１つの中空コアのそれぞれを取り囲む複数のコアは、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）を含む。
【００１６】
また、光センサと、マルチコアファイバであって、検査表面から反射された光を光センサへ伝達する複数のコア、マルチコアファイバの遠位先端から所定の距離をあけて配置された、表面から反射された光でフーリエ変換を実行するレンズ、マルチコアファイバの近位先端から所定の距離をあけて配置された、マルチコアファイバの近位先端から出た後に表面から反射された光で逆フーリエ変換を実行するレンズを備えるマルチコアファイバと、光センサからの感知されたデータを処理して表面の画像を生成するプロセッサとを含むことができる内視鏡が提供される。
【００１７】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡は、デジタル復号によって検査表面の画像の位相を構築するようにデジタルフーリエホログラフィック記録を実現するための参照照明ビームを生成するレーザ源をさらに含むことができる。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡はまた、検査表面からマルチコアファイバ内へ反射された光の光路上に配置された複数のＰＣＦコアを含む光学素子を含むことができる。
【００１９】
いくつかの実施形態によれば、マルチコアファイバを備える内視鏡が提供され、マルチコアファイバは、検査すべき表面の照明のための少なくとも１つの撮像コアであって、前記少なくとも１つのコアを通って照明源からファイバの遠位端へ照明ビームを伝達する少なくとも１つの撮像コアを含む照明領域と、表面から反射された光を光センサへ伝達する複数のコアを含む撮像領域と、染料に照射して連続白色光照明スペクトルを生成することを可能にするように、前記１つの撮像コア内へ染料を供給するように構成された、蛍光染料を収容する染料容器とを備える。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、染料は溶液混合物である。
【００２１】
いくつかの実施形態によれば、マルチコアファイバを含むことができる内視鏡が提供され、マルチコアファイバは、表面から反射された光を光センサへ伝達する複数の撮像コアを含む撮像領域と、前記複数の撮像コアのそれぞれの周りに位置する複数の周辺コアとを備え、周辺コアのそれぞれの直径は、撮像コアを通過することが予想される反射光の波長より小さい。
【００２２】
いくつかの実施形態によれば、周辺コアは、空気で充填された中空コアである。
【００２３】
いくつかの実施形態によれば、レーザ光を使用する内視鏡検査における増大された放射安全性のための方法が提供され、この方法は、内視鏡のマルチコアファイバの撮像コア内へ増幅材料を埋め込むことと、検査表面から反射され撮像コアを通過する光を増幅するように構成された所定の波長のレーザ光によって撮像コアを励起することとを含むことができる。
【００２４】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡検査における光学ズームのための方法が提供され、この方法は、レーザ源を使用して、内視鏡マルチコアファイバの遠位先端に位置するレンズの設計に関して事前定義された曲率の球形波面を有する、検査表面を照明するための照明ビームを生成することと、検査表面の画像を光学的に拡大または縮小するように、レンズの設計に対する球形波長の曲率を変化させることとを含む。
【００２５】
いくつかの実施形態によればまた、検査表面を検査するために内視鏡を使用するときの光学ズームのための方法が提供され、内視鏡は、マルチコアファイバの遠位先端に焦点距離を有する第１のフーリエレンズを有する。この方法は、マルチコアファイバの近位先端と光検出器との間に配置されたマルチコアファイバの近位先端に調整可能な焦点距離を有する第２のフーリエレンズを提供することと、検査表面の画像を光学的に拡大または縮小するように、第２のフーリエレンズの調整可能な焦点距離を調整することとを含むことができる。
【００２６】
いくつかの実施形態によればまた、マルチコアファイバを有する内視鏡を使用して得られる画像の解像度を改善する方法が提供され、この方法は、複数の異なる波長の赤色、複数の異なる波長の緑色、および複数の異なる波長の青色によって検査表面を照明することと、光検出器によって、複数の異なる波長の赤色、複数の異なる波長の緑色、および複数の異なる波長の青色によって検査表面から反射された光の画像データを収集することと、収集された画像データから画像を構築することとを含む。
【００２７】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡検査における画像解像度を改善する光学ズームのための方法がさらに提供され、この方法は、検査表面から反射され、複数の撮像コアを含むマルチコアファイバを通過した光の光路上に２焦点レンズを提供することと、２焦点レンズの焦点距離のそれぞれを較正に使用することと、較正に基づいて、光検出器上で内視鏡によって得られた正規画像および拡大画像という２つの重畳画像を分離することと、拡大画像をデジタルで縮小することと、縮小された後に拡大画像からの画像データを正規画像に追加して、より高解像度の正規画像を得ることとを含む。
【００２８】
また本発明のいくつかの実施形態によれば、マルチコアファイバを含む内視鏡が提供され、マルチコアファイバは、表面から反射された光を光センサへ伝達する複数の撮像コアを備え、各コアは金属被覆によって被覆される。
【００２９】
いくつかの実施形態によれば、コアのピッチは２ミクロンより小さい。
【００３０】
いくつかの実施形態によれば、ピッチは約１ミクロンである。
【００３１】
いくつかの実施形態によればまた、マルチコアファイバを含む内視鏡が提供され、マルチコアファイバは、遠位端および近位端を有し、近位端からの光を遠位端から伝送し、観察すべき患者の内面を照明する１つまたは複数の照明コア、および表面から撮像コア内へ反射された光を遠位端から近位端へ伝達する１つまたは複数の撮像コアを有する。内視鏡はまた、マルチコアファイバが挿入される遮蔽スリーブと、マルチコアファイバの遠位先端を抜き出して表面に接触させ、分析のためのサンプルを収集し、遠位先端を遮蔽スリーブ内へ後退させることを可能にするように、遮蔽スリーブ内でマルチコアファイバを前進および後退させる機構とを含むことができる。
【００３２】
いくつかの実施形態によれば、機構はプランジャを含む。
【００３３】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡は、反射光を受け取る光センサを含む。
【００３４】
いくつかの実施形態によれば、光センサは、サンプルの分析を実行するラマン分光計である。
【００３５】
本発明をよりよく理解し、本発明の実際的な応用例を認識するために、次の図を提供し、以下に参照する。これらの図は、例示のみを目的として与えられたものであり、本発明の範囲を決して限定しないことに留意されたい。同様の構成要素は、同じ参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】内視鏡内に組み込むことができ、検査表面上の照明源の鏡像を除去、または少なくとも大幅に低減させるために本発明のいくつかの実施形態で使用することができる偏光変調の概略的な配置の図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態に係る鏡像を除去することを目的としたファラデー回転子を有する内視鏡を示す図である。
【図３】異なる形状および／または向きの複数のコアを含む本発明のいくつかの実施形態に係るマルチコアファイバ内視鏡の横断面図である。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡のモノリシック撮像および照明マルチコアファイバを示す図である。
【図４Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に係る複数の金属被覆コアを有するマルチコアファイバ内視鏡の横断面図である。
【図５Ａ】高解像度撮像を得るための本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡に対するマルチコアファイバを示す図である。
【図５Ｂ】４つのフォトニック結晶ファイバを備える光学素子（万華鏡と同様）を使用して高解像度撮像を得るための本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡に対するマルチコアファイバを示す図である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態に係る白色光照明コアを有する内視鏡の矩形マルチコアファイバの横断面図である。
【図７】本発明のいくつかの実施形態に係る撮像コア間のクロストークを抑制するために周辺コアを有するいくつかの撮像コアの横断面図である。
【図８】本発明のいくつかの実施形態に係るレーザ光を使用する内視鏡検査における向上された放射安全性のための方法を示す図である。
【図９】本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡検査における光学ズームのための方法を示す図である。
【図１０】本発明のいくつかの他の実施形態に係る内視鏡検査における光学ズームのための方法を示す図である。
【図１１】本発明のいくつかの他の実施形態に係る２つの光学ズームされた画像を提供する内視鏡のマルチコアファイバを示す図である。
【図１２Ａ】本発明のいくつかの実施形態に係るサンプリング能力を有するマルチコアファイバ内視鏡を観察モードで示す図である。
【図１２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に係るサンプリング能力を有するマルチコアファイバ内視鏡をサンプリングモードで示す図である。
【図１３】本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡検査において得られる画像の解像度を改善する方法を示す図である。
【図１４】本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡検査において画像解像度を改善する光学ズームのための方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下の詳細な説明では、方法およびシステムの徹底的な理解を提供するために、多数の特有の詳細について述べる。しかし、これらの方法およびシステムは、これらの特有の詳細がなくても実施することができることが、当業者には理解されよう。他の例では、これらの方法およびシステムを曖昧にしないため、よく知られている方法、手順、および構成要素については詳細に説明しない。
【００３８】
本明細書に開示および議論する例がこれに関して限定されるものではないが、本明細書では、「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」および「複数（ａ  ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、たとえば「複数（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）」または「２つ以上（ｔｗｏ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を含むことができる。「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」または「複数（ａ  ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、本明細書全体にわたって、２つ以上の構成要素、デバイス、要素、ユニット、パラメータなどについて説明するために使用することができる。明示的に記載しない限り、本明細書に記載する方法の例は、特定の順序またはシーケンスに制約されない。加えて、記載する方法の例またはその要素のいくつかは、同じ時点に発生または実行することができる。
【００３９】
別途具体的に記載しない限り、以下の議論から明らかなように、本明細書全体にわたって、「追加する」、「関連付ける」、「選択する」、「評価する」、「処理する」、「演算する」、「計算する」、「判定する」、「指定する」、「割り当てる」などの用語を利用する議論は、演算システムのレジスタおよび／またはメモリ内で電子的な数量などの物理的な数量で表されたデータを、演算システムのメモリ、レジスタ、または他のそのような情報記憶、伝送、もしくは表示デバイス内で物理的な数量として同様に表された他のデータに操作、実行、および／または変換することができるコンピュータ、コンピュータプロセッサ、または演算システム、もしくは類似の電子演算デバイスの動作および／またはプロセスを指すことが理解されよう。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態は、内視鏡の改善に関する。本発明のいくつかの実施形態は、詳細には、マルチコアファイバ内視鏡の改善に関する。
【００４１】
本明細書では、「遠位」および「近位」という用語は、内視鏡の端部を指すために使用される。内視鏡のインターフェース（検出器または目）から遠く、撮像される組織およびその周辺に近い内視鏡の端部および関連部分を、遠位端と呼び、内視鏡のインターフェースに近く、撮像される組織から遠く、典型的には体外にある内視鏡の端部および関連部分を、近位端と呼ぶ。本明細書では、「反射される」という用語は、１つまたは複数の撮像される物体または組織に当たる照明波面の方向の変化を指す。「反射」という用語は、物体および／または組織によって反射される照明源にかかわらず、ファイバによって集められるあらゆる放射であると広く理解される。
【００４２】
本明細書では、「近視野撮像」という用語は、内視鏡ファイバの遠位端、典型的にはファイバの先端における画像（撮像される物体、組織、および／またはそれらの周辺）の形成を指す。次いで、撮像されたものは、典型的に、ファイバを通って検出器へ、場合により近位光学素子を通って伝達される。「近視野撮像」という用語は、撮像される物体または組織とファイバ先端との間にいかなる光学素子も用いない直接撮像を含む様々なタイプの光学系、ならびにレンズなどの光学素子を介した撮像に関することができる。
【００４３】
本明細書では、「遠視野撮像」という用語は、内視鏡ファイバの遠位端（たとえば、内視鏡ファイバの遠位端は、光学系の開口または瞳面にある）、典型的にはファイバの先端における撮像される物体、組織、および／またはそれらの周辺のフーリエ変換の形成を指す。撮像される物体、組織、および／またはそれらの周辺の画像は、内視鏡ファイバの近位端、典型的にはファイバの近位先端に、または直接的に検出器上に、場合により近位光学素子を介して形成することができる。「遠視野撮像」という用語は、様々なタイプの光学系に関することができる。一例では、「遠視野撮像」は、撮像される物体または組織と、ファイバに入る放射をファイバに沿ってファイバの近位端にある検出器へ送達する遠位ファイバ先端との間で、光学素子が使用されないという意味で、直接的ということができる。別の例では、「遠視野撮像」は、撮像される物体または組織と遠位ファイバ先端との間に位置決めされた光学素子によって実施することができ、遠位ファイバ先端は、光学素子のフーリエ面（異なる文脈では開口面および瞳面とも呼ばれる）にほぼ位置する。
【００４４】
次に具体的に図面を詳細に参照する上で、図示される細部は例であり、本発明の好ましい実施形態に関する例示的な議論のみを目的とし、本発明の原理および概念上の態様に関する最も有用かつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示されていることを強調する。これに関して、本発明の構造上の詳細を本発明の基本的な理解にとって必要以上に詳細に示そうとするものではなく、図面とともに得られる本説明は、本発明のいくつかの形態を実際にはどのように実施することができるかを当業者に対して明らかにする。
【００４５】
本発明の少なくとも１つの実施形態について詳細に説明する前に、本発明は、その応用例に関して、以下の説明に述べまたは図面に示す構成要素の構造および配置の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態にも当てはまり、または様々な形で慣行または実施される。また、本明細書に用いる用語および術語は説明を目的とし、限定的であると見なされるべきではないことを理解されたい。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態は、たとえばすべて参照により本明細書に組み込まれている、特許文献１（Ｓｈａｈｍｏｏｎら）および／または特許文献２（Ｓｈａｈｍｏｏｎら）に記載されているような内視鏡を含むことができる。
【００４７】
本発明の実施形態は、内視鏡、マルチコア内視鏡ファイバ、ならびに構成および動作方法に関する。いくつかの実施形態によれば、マルチコアファイバは、多数（たとえば、数百または数千）のコアを有することができ、作業チャネルおよび／または追加のファイバを組み込むことができる。使用されるファイバは、内視鏡の遠位先端で組織および物体の画像を捕捉し、解像度、視野、被写界深度、波長範囲などの得られた画像の広範囲の光学特徴を強化するために、様々な光学構成で提供することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、近視野撮像ならびに遠視野撮像は、内視鏡内で実施することができ、それぞれの光学特徴を利用して、撮像を最適化することができる。遠位先端で光学素子を使用することもでき、または遠位先端にレンズがなくてもよい。診断および光治療のフィードバックループを実施することができ、フルカラー画像、深さ推定、強化された視野および／または被写界深度、ならびに追加の診断データが得られるように照明を適合させることができる。
【００４８】
マルチコア内視鏡ファイバの様々な実施形態を使用することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、ある内視鏡では、遠視野撮像を実施することができ、すなわち内視鏡ファイバの近位端に形成された画像を有することができ、いくつかの実施形態によれば、別の内視鏡では、近視野撮像を実施することができ、すなわち内視鏡の遠位端に形成された画像を有することができる。遠視野および近視野の両方の実装で、撮像される物体または組織と内視鏡の遠位先端との間に遠位光学素子を有することができ、またはそのような遠位光学素子なしで動作することができる。４つの組合せ（遠位光学素子のある遠視野または遠位光学素子のない遠視野、および遠位光学素子のある近視野または遠位光学素子のない近視野）はそれぞれ、異なる特徴、利点、および欠点を有し、特有の実装シナリオに応じて選択することができる。異なる構成タイプの利点を組み合わせるために、適用と適用の間または実時間で、この組合せの交代を実施することもできる。内視鏡は、いくつかの組合せを有するように設計することができ、たとえばファイバ面（または特定のファイバモジュール）の一部分は、遠い物体を撮像するために遠位光学系を有し、ファイバ面（または他のファイバモジュール）の別の部分には顕微鏡撮像のための遠位光学系がないことにさらに留意されたい。
【００４９】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡は遠位先端に光学素子がなくてもよい。そのようなレンズのない実施形態は、遠視野または近視野撮像を実施することができ、構造的特徴を利用して、光解像度を強化し、超解像方法を適用し、波面情報を回収しながら、コア間のクロストークを低減させることができる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、内視鏡は、異なる構成および用途、追加のファイバの統合などを特徴とする撮像ファイバ内の全先端断面または作業チャネルを有することができ、その場合、コアおよび光学素子は、作業チャネルの統合による視野の低減に打ち勝つように構成することができる。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、内視鏡ファイバにおける多数のコアの様々な構成は、ファイバ間のクロストークの低減、材料損失の解消、異なる方法による強化された解像度の実現、必要とされる機械的特徴の提供、および内視鏡ファイバの撮像性能の最適化などの様々な問題に対する解決策を提供することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、内視鏡は、異なる目的を担うことができ、たとえば腹腔鏡または尿管鏡などとして設計することができる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、マイクロ内視鏡は、多数のコア（たとえば、ファイバまたはファイバモジュール１つ当たり百以上のコア、数百のコア、数千のコア、特定の実施形態では数万または数十万のコア、特定のファイバ内視鏡では百万を超えるコアに達する）から構築することができ、各コアは、単一または多数の空間自由度を伝達することを担うことができ、出力近位端（患者の体外にある端部）で各コアを出ると、高解像度の色画像を構築することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、マルチコアファイバは、その光学設計において高度な柔軟性を呈することができ、特有の応用例に対して、たとえば大きい作業チャネルおよび小さい外径を有する尿管鏡、または小さい外径で非常に高い解像度が得られる腹腔鏡向けに利用および適合することができる。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡は、遠視野撮像、近視野撮像、または遠視野撮像および近視野撮像の組合せを実施するように構成することができる。そのような内視鏡は、撮像モードにかかわらず、ファイバの遠位先端に１つもしくは複数の光学素子を有するように構成することができ、または遠位先端と撮像される組織または物体との間に光学素子がないように構成することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、内視鏡は、遠位先端に位置する取外し可能もしくは再構成可能な光学素子、および／または遠位先端の表面の一部（たとえば、コアのサブグループ）のみに影響を及ぼす光学素子を含むことができる。
【００５４】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡は、ともにグループ化された複数のファイバを含むことができ、各ファイバは、１／４より小さい、またはさらに１／９より小さい充填率で分布する少なくとも百のコアと、少なくとも１つの光子照明ファイバと、ファイバの遠位先端に位置する少なくとも１つの光学素子とを有し、少なくとも１つの光学素子は、ファイバの先端に対向して一致する領域を越えて内視鏡の視野および／または被写界深度を強化するように構成することができる。そのような内視鏡は、送達される放射に対してコアをグループごとに取り扱うことによって３次元感知を実施するようにさらに構成することができる。本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡は、コア間のピッチ距離におけるマイクロ走査によって超解像撮像を実行するようにさらに構成することができる。そのような内視鏡は、遠位先端に照明源として位置するＬＥＤ（発光ダイオード）光源を備えるように構成することができる。
【００５５】
遠視野撮像では、内視鏡遠位先端およびファイバを介して画像（組織または物体から反射された任意の種類の電磁信号を示す）を送達し、検出器上に画像を得ることができる。遠位先端は、フーリエ面（開口面または瞳面とも呼ばれる）を構成することができ、フーリエ面で画像のフーリエ変換がファイバに入る。本発明の異なる実施形態では、フーリエ面は、ファイバに沿って任意の場所に、ならびにファイバに対して遠位または近位に位置することができ、ファイバの近位端で検出器上の画像に光学的に変換することができることに留意されたい。別法または相補形として、非限定的な例として、フーリエ画像またはその派生物を検出器で測定および／または操作して、解像度、視野、および焦点深さなどの撮像パラメータを強化することができる。ファイバに対して遠位または近位に光学素子を導入し、遠位先端に入る放射および検出器に当たる放射をそれぞれ修正または操作することができる。
【００５６】
近視野撮像では、遠位ファイバ先端で画像を捕捉することができる。次いで画像は、場合により光学素子を介して、ファイバを介して検出器へ送達することができる。画像は、ファイバ内に形成することができるが、必ずしも遠位先端である必要はないことに留意されたい。画像は、ファイバを介して送達することができ、非限定的な例として、検出器で測定および／または操作して、解像度、視野、および焦点深さなどの撮像パラメータを強化することができる。ファイバに対して遠位または近位に光学素子を導入し、遠位先端に入る放射および検出器に当たる放射をそれぞれ修正または操作することができる。
【００５７】
光学素子は、遠位先端に取り付けることができ、または遠位先端から隔置する（たとえば、スペーサによって光学素子と遠位先端との間に距離をあけて保持する）ことができる。各光学素子は、それぞれのコアまたはそれぞれのコアグループと光通信することができる。近位では、照明がファイバを介して送達され、反射された照明（たとえば、遠視野または近視野内）は、コアを介して検出器へ、たとえばビームスプリッタを介して誘導することができる。照明および反射された照明を操作するために、近位光学素子を設定および使用することができる。照明を制御し、かつ／または検出された照明を処理し、ならびに制御可能な要素が光路内にある場合は照明を制御し、ビームを撮像するように、１つまたは複数のプロセッサを構成することができる。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態では、ファイバの遠位端に光学素子がなくてもよく（本明細書では、「レンズのない」構成とも呼ぶ）、したがってファイバの遠位先端は、撮像される組織へ照明を送達し、撮像される組織から照明を受け取るために、直接使用することができる。照明は、ファイバによって近位で、たとえばレンズなどの光学素子を介して送達することができ、反射された照明は、別の光学素子、たとえばレンズを介して検出器へ誘導することができる。照明を制御し、かつ／または検出された照明を処理し、ならびに制御可能な要素が光路内にある場合は照明を制御し、ビームを撮像するように構成された１つまたは複数のプロセッサを設けることができる。いくつかの実施形態では、レンズのない構成は、「接触モード」で、すなわちファイバの遠位先端を調査される組織に密接させて画像を生成し、コアのサイズによって判定される顕微鏡的解像度を得るように構成することができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、近位光学素子は、遠視野撮像構成で、特にレンズのない構成で、捕捉される画像の焦点面および焦点深さを調整するために使用することができる。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、内視鏡ファイバは、多数のコアを含むことができる。そのようなファイバは、中心もしくは偏心光学コアを含むことができ、かつ／または中空の中心もしくは偏心領域を有することができ、これらはエネルギー送達、吸引、照明、薬剤送達などの治療に使用することができる。照明手段は、マルチコアファイバ内に組み込むことができる。近視野または遠視野構成の選択、ならびに光学素子を先端に対して遠位に配置するかどうか、およびどの光学素子を先端に対して遠位に配置するかの選択は、異なる応用例間のトレードオフを考慮して実施することができる。たとえば、生産、使用、光学的特徴、およびアルゴリズムパラメータに関する考慮は、この内視鏡を広範囲の性能およびデバイス要件に最適化するように、異なる実施形態において異なる形で均衡させることができる。
【００６１】
ファイバの断面は、円形、楕円形、正方形、矩形、または他の形状（たとえば、多角形）などとすることができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、中空の内視鏡は、異なる目的（たとえば、工具の挿入または吸引の実施のため、追加のファイバを組み込むためなどの作業チャネルとして）、ファイバ内に空隙を有することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態によれば、内視鏡の照明は、コヒーレント光または非コヒーレント光、任意のスペクトルパターン（広いまたは狭い波長範囲、連続または離散範囲）、偏光（様々なパターンで）または非偏光、および可視または赤外範囲内の様々な範囲を含むことができる。コア、空所、および外側クラッド間の材料の違いは、以下でより詳細に説明するように、異なる材料、空気コアまたは空気空所の使用、および屈折率に影響を与えるためのファイバ領域のいずれかのドーピングを含むことができる。それらが適合している限り、以下に提示する実施形態のいずれかを、本明細書に記載する他の実施形態のいずれかでも使用することができることに留意されたい。特に、いずれかの実施形態の文脈で記載する演算方法、光学方法、およびファイバ設計に関する考慮を、他の実施形態にも同様に適用することができる。
【００６３】
マルチコアファイバは、ファイバモジュールまたはユニットを使用して作製することができる。各ファイバモジュール自体がマルチコアファイバであり、場合により均一の寸法を有するように構成される。そのような実施形態をバンドルファイバと呼び、任意の数のファイバモジュールを任意の構成（たとえば、２×２モジュール、３×３モジュールなど）で束ねることができる。ファイバモジュールは、正方形、矩形、円形、長円形などの任意の形状を有することができ、広範囲の形状および構成を有するファイバ内へ包装することができる。コアまたはコアグループ間に中間寸法を有するファイバモジュール、およびファイバ全体（各モジュールが、たとえば、数十、数百、または数千のコアを有することができる）を導入することで、ファイバモジュールからのファイバの形成に関してより簡単な生産およびより高い柔軟性を可能にする。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、照明源によって引き起こされる照明スポットに関連する鏡像を除去、または少なくとも大幅に低減させることを目的とした内視鏡、たとえばマルチコアファイバ内視鏡が提供される。
【００６５】
図１は、内視鏡内に組み込むことができ、検査表面上の照明源の鏡像を除去、または少なくとも大幅に低減させるために本発明のいくつかの実施形態で使用することができる偏光変調の概略的な配置を示す。
【００６６】
図１に示す例では、２つのファラデー回転子１０２および１０４が設けられている。ファラデー回転子は、ファラデー効果に基づいた偏光回転子であり、直線偏光面を回転させることが可能である。直線偏光面は、光の伝播方向に対して平行に磁界が印加されるときに回転させることができる。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、時間変調偏光状態が生成され、ロックイン増幅プロセスに使用される。時間偏光変調を生成する１つの可能な方法は、たとえば、回転軸が実質上平行であるがずれている２つのファラデー回転子を使用することによって得ることができる。ファラデー回転子を異なる既知の角速度（たとえば、異なる周波数）で回転させることによって、直線偏光レーザビーム、たとえば内視鏡の照明源によって生成された照明光上に、時間偏光変調シーケンスを得ることができる。
【００６８】
照明スポットの鏡像が部分的に偏光され、照明表面の非鏡像がないと考えれば、２つのファラデー回転子をロックイン増幅効果として使用して、たとえば上述したように、ファラデー回転子を操作することによって、照明表面の非鏡像から鏡像１０６をより良好に分離、たとえば除去、または大幅に低減させることが可能である。これは、整合された符号化−復号シーケンスが非鏡像ではなく主に鏡像に適用され、したがって互いからより良好に分離されるからである。ロックイン増幅効果において、信号を後に符号化および復号することができ、符号化−復号シーケンス間に整合がないノイズとは異なる形で、信号を増幅することを可能にする。
【００６９】
図２は、本発明のいくつかの実施形態に係る鏡像を除去することを目的としたファラデー回転子を有する内視鏡を示す。
【００７０】
内視鏡２００、たとえばマルチコアファイバ内視鏡が示されており、細長いマルチコアファイバ２０２と、コントローラ２２０とを有する。コントローラ２２０は、１つまたは複数の指定の照明コア、たとえばコア２０４を通ってマルチコアファイバ２０２に沿って伝送され、内視鏡ファイバの遠位先端の前に位置する検査表面２１１を照明する照明ビーム、たとえばレーザビーム２０８を生成する照明源２２２と、検査表面２１１から反射され、複数のコア、たとえばコア２０６を介して光センサ２２４へ伝送される光２１０を感知する光センサ２２４（たとえば、光検出器）と、照明源２２２を制御して動作させ、光センサ２２４からの感知されたデータを処理し、出力デバイス２２８を介して出力するための画像データを生成するプロセッサ２２６とを含むことができる。いくつかの実施形態では、出力デバイス２２８は、プロセッサによって生成される画像を表示する表示デバイス、たとえばコンピュータスクリーン、または人間の目による検査の場合は光学接眼レンズとすることができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、照明源２２２は、１つまたは複数のレーザ源（場合により、狭帯域源）と、照明を改善するために最適化されたビームプロファイルを生成するように構成されたマルチコアファイバ２０４の遠位端にある少なくとも１つのビーム成形要素とを備えることができる。たとえば、ビームプロファイルは、空間内の均一の照明分布または矩形の均一のプロファイル（たとえば、シルクハット照明分布）を含むことができ、これは結果として得られる画像の様々なパラメータに対して、ガウス照明分布に比べて有利である。ビーム成形要素によって照明ビームを効率的に成形するために、レーザ源のコヒーレンスを使用することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのビーム成形要素を、マルチコアファイバ２０４の近位端に設定することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、照明源２２２は、内視鏡２００による指定の治療をたとえば組織に施すように構成された１つまたは複数のレーザ治療源を備えることができる。たとえば、尿管鏡として設計された内視鏡２００を使用して、腎臓結石にレーザ治療を適用することができる。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態に係る図２に示す内視鏡の設計（ファラデー回転子なし、以下「基本設計」）、および当技術分野で知られている典型的な内視鏡の設計は、本明細書に論じる改善のいずれにも当てはまる。内視鏡の基本設計は、本明細書に論じる改善のそれぞれを別個にまたは様々な組合せで組み込むことができる。したがって、内視鏡の部分（たとえば、ファイバのみ、および／または内視鏡の他の部分）について説明するとき、これらの説明される部分は、内視鏡の基本設計ならびに他の内視鏡にも適用することができることを理解されたい。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、たとえば２つのファラデー回転子２１２および２１４の形で時間変調シーケンサが設けられており、ファラデー回転子２１２および２１４は、照明ビームの光路内に配置され、コントローラ２２０によって動作可能である。この図に示すように、ファラデー回転子は隔置することができ、たとえば一方のファラデー回転子２１２は、照明光導波路（光ファイバ２０４）からの照明ビーム２０８の出口にある内視鏡２００の遠位端に配置することができ、他方のファラデー回転子は、光２１０の反射ビームが光ファイバ２０６から光センサ２２４の前に出てくる内視鏡の近位端に配置することができる。
【００７５】
図３は、この例では異なる形状および／または向きの複数のコア３０２および３０４を含むマルチコアファイバ３００を有する本発明のいくつかの実施形態に係るマルチコアファイバ内視鏡の横断面図を示す。この図に示す配置では、コア３０２は長軸３０６を有し、コア３０４は、長軸３０６に実質上直交する長軸３０８を有する。本発明のいくつかの実施形態では、典型的なコア直径は、０．８〜２ミクロン、たとえば約１ミクロンなどの範囲とすることができる。コア配置は、マルチコアファイバを部分的にのみ占有するように示されているが、他の実施形態では、コア３０２および３０４は、マルチコアファイバの断面全体を充填することができ、または断面内の１つもしくは複数の部分区間を占有することができる。これらのコアは、混合配置で配置されており、たとえばコア３０２は、１つのアレイで配置され、コア３０４は、第１のアレイに対して移動された第２のアレイで配置される。コア（またはフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）、簡潔にするために、本明細書では「コア」とも呼ぶ）のそのような配置は、解像度の強化およびエネルギー処理量の増大を容易にすることができる。異なる形状を有する２つの構造（たとえば、ＰＣＦコアまたは他のコア）の混合配置（たとえば、織り合わせたアレイ配置）を提供することによって、より高解像度の伝送およびコア間のより小さいクロストークを実現することができる。提案された配置の別の利点は、青色波長が隣接コアに対して赤色より多くのクロストークを呈するため、そのような織り合わせた配置を適用することによって、分散を強化して回折を相殺し、すべての波長に対して同じクロストークを有することができ、それにより捕捉された画像に対してより良好な均一性を提供することである。追加される別の価値は、充填率がはるかに大きくなり（より多くのコアを所与の断面のファイバに閉じ込めることができる）、したがってファイバの断面積が撮像の目的でより良好に利用されることである。
【００７６】
図４Ａは、本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡のモノリシック撮像および照明マルチコアファイバ４００を示す。
【００７７】
内視鏡のモノリシックファイバ４００は、複数の撮像コア４０２を有する少なくとも１つ（または複数）の撮像マルチコア領域４０３と、照明コア４０４を有する少なくとも１つ（または複数）の照明領域４０５とを含むことができる。モノリシックファイバは、ポリマーから作製することができる。ファイバを通る照明のエネルギー伝送の効率を強化するために、照明領域４０５は、近位先端から遠位先端へ延びる中空の（空気で充填された）照明コア４０４（たとえば、モノリシックファイバ内の孔）を含むことができる。各照明コア４０４を取り囲むＰＣＦコア４０６（たとえば、ＰＣＦ導管のいくつかのリング、たとえばいくつかの実施形態では、３つ以上のリング）を設けることができる。いくつかの実施形態によれば、いくつかの照明チャネル（図４に示す例では４つ）がＰＣＦコアによって取り囲まれているとき、ＰＣＦコアは空気で充填された照明コア内に照明光を閉じ込める働きをするため、ファイバ内に大幅な照明損失は存在しない。本発明のいくつかの実施形態では、照明コアの直径は約１００〜２００ミクロンであり、撮像コアの直径は約１ミクロンであり、ＰＣＦコアは波長（通過する光に対する）以下であり、たとえば０．２ミクロンである。
【００７８】
いくつかの実施形態では、ファイバの近位端で顕微鏡的拡大を得ることができ、したがって反射された照明を収集してそれを光センサ（たとえば、カメラ）へ伝送する照明領域４０５および撮像領域４０３は、照明モジュールならびにカメラがどちらも同じ先端（ファイバの遠位先端）に位置するにもかかわらず、いかなる複雑な位置合わせ問題もなく、空間的に分離することができる。Ｙカプラを使用して、照明源（図２の２２２）からの光ビームをいくつか（たとえば、４つ）の空間的に分離された照明点源に分割することができる。
【００７９】
図４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に係る複数の金属被覆コア４５２を有するマルチコアファイバ内視鏡４５０の横断面図を示す。隣接コアのクロストークに関連することのある解像度およびエネルギー伝送効率の問題を克服するために、各コア４５８（たとえば、撮像コア、照明コア）を、薄い金属被覆４５６（たとえば、約１５０〜３００ナノメートル、たとえば２００ｎｍの厚さ）で被覆することができる。典型的には、今まで、マルチコアファイバ内のコア間のピッチは約３．６ミクロンであり、小さいコアの直径は約０．９ミクロンである。金属被覆を提供することによって、コアの密度を増大させることができ、その結果、断面積当たりより多くのコアを得ることができ、したがってより高い撮像解像度を得ることができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、隣接コアのピッチは、２ミクロンより小さく、たとえば約１ミクロンとすることができる。被覆は鏡のように作用し、コア間のクロストークを防止する。光学モードは、コアのみを通って進み、クラッドの材料内に跡が残らないように閉じ込めることができる。クラッドの材料は典型的にコアの材料より多く吸収するため、この配置により伝送損失を低減させることができる。そのようなマルチコアファイバの製作は、各ロッドを金属被覆（たとえば、管）で被覆し、次いで当技術分野で知られているように母材を構築し、次いで当技術分野で知られているようにこの母材を引き抜き加工することを含むことができる。本発明の目的で、「約」と記載するとき、これは実際の測定値から１０パーセントの逸脱を包含することを意味したものである。
【００８０】
図５Ａは、高解像度撮像を得るための本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡に対するマルチコアファイバ５００を示す。
【００８１】
患者の体腔内の検査表面２１１を撮像するように設計されたファイバ５００の遠位先端には、焦点距離Ｆをあけてフーリエ変換レンズ５０２を配置することができ、ファイバ５００の近位先端には、近位先端から距離Ｆをあけて逆フーリエ変換レンズ５０４を配置することができる。照明光ビームがコヒーレントレーザ源によって生成されるため、そのような変換（フーリエ変換）を実行することが可能である。この配置により、内視鏡のマルチコアファイバ５００のコア５０１は、フーリエ領域のまばらな圧縮サンプリングを実行する。次いで、光検出器５０６（たとえば、カメラ）に近い撮像レンズ５０４が逆フーリエを実行し、したがってコアはフーリエ面をサンプリングし、実際の画像を伝送しないため、画像をデジタルで強化する必要（たとえば、撮像コアによって得られるコア画像データ間の補間）なく、高解像度画像を得ることができる。そのような配置は、まばらなサンプリングを介して実現されるすべての光学補間を容易にすることができ、まばらなサンプリング自体は、マルチコアファイバ５００の構造を介して実現される。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態では、たとえばファイバが十分に研磨されておらず、それによりランダム位相が導入された場合、ファイバの遠位先端で光撮像のためにレンズ５０２を使用することができる。レーザ源５１０を使用して、光検出器５０６を参照照明ビーム５１２で照明し、デジタルフーリエホログラフィック記録（コヒーレントレーザ照明が使用されるため）を実現することができ、それによりデジタル復号のみによって位相および高解像度物体の構造を容易にすることができる。
【００８３】
図５Ｂは、検査表面からマルチコアファイバ内へ反射される光の光路上に配置された複数（たとえば、４つ）のＰＣＦを備える光学素子５２０（万華鏡と同様）を使用して高解像度撮像を得るための本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡に対するマルチコアファイバを示す。
【００８４】
４つのＰＣＦを含む光学素子５２０を使用するため、フーリエ変換する必要のある検査表面２１１はエルミート対称になり、これはそのフーリエ変換が本物であることを意味する。そのようにフーリエ変換された検査表面２１１は、検出器５０６が強度画像のみを捕捉するため、いかなる位相歪みにもかかわらず、マルチコアファイバ５００を介して伝達することができる。
【００８５】
図６は、本発明のいくつかの実施形態に係る白色光照明コアを有する内視鏡の矩形マルチコアファイバ６００の横断面図を示す。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、矩形マルチコアファイバ６００は、検査表面から反射された光を伝達するための撮像領域を含み、撮像領域には複数の撮像コア６０４が位置する。本発明のいくつかの実施形態によれば、照明配置は、マルチスペクトル撮像（狭帯域撮像（ＮＢＩ）など）の簡単な実現を得ることを可能にする異なる波長を有する１組のレーザを含む。１組の離散波長によるこのタイプの照明に伴う問題は、良好な全域を得ることができるが、スペクトル内の孔が特有のタイプの組織に対して劣悪な検出品質をもたらす可能性があることである。これを解決するために、たとえば撮像領域の周辺部内に非常に高い開口数（ＮＡ）を有する中空のＰＣＦコア６０６を設けることができ、蛍光染料（液体）でそれを充填することができる。染料は容器６１０内に収容することができ、容器６１０から送達ライン６１２（この図にはいくつかのみを示す）を介してコア６０６（たとえば、所定の直径６０８を有する）内へ染料を送達することができる。染料は、照明モジュールの離散レーザで照射および励起されるように構成することができる溶液混合物になるように選択することができる。蛍光染料は、長い照明ＰＣＦコアに沿って、マルチスペクトル撮像／感知に使用されるレーザの離散波長に加えて、連続白色光照明スペクトルを生成することができる。
【００８７】
図７は、本発明のいくつかの実施形態に係るマルチコアファイバを有する内視鏡内に含むことができる撮像コア間のクロストークを抑制するために周辺コアを有するいくつかの撮像コアの横断面図を示す。
【００８８】
いくつかの実施形態によれば、マルチコアファイバの撮像解像度を強化する方法の１つは、撮像領域内のコア７０２の密度をより高くすることである。しかし、コア間のクロストークを増大させることなく、撮像コアのこの密度を増大させることが望ましい。起こりうるクロストークを抑制するために、撮像コアのそれぞれの周りに複数の周辺コア７０４を追加することによって、コアとその周辺との間の屈折率の差を人工的に増大させることができる。周辺コアは中空とすることができ、空気で充填することができる。そのようにして、クラッド材料の屈折率と空気（屈折率１）との間で平均屈折率を平均化することができる。周辺コアの直径は、好ましくは、撮像コアを通過する予想される光の光波長より小さくするべきである。周辺コアは、母材内に穿孔されるときは大きくてよいが、引き抜き加工後は、撮像コアを通過する反射光の光波長より小さくなるように寸法を減らすことができる。そのようにして、クロストークを増大させることなく、撮像コアをともにより近くに配置することができる。
【００８９】
ポリマーファイバの伝送はそれほど効率的ではないため、十分な量の反射光を光検出器に到達させるためには、非常に強い照明を必要とすることがある。これは、放射安全性上の問題を生じさせることがある。
【００９０】
図８は、本発明のいくつかの実施形態に係るレーザ光を使用する内視鏡検査における向上された放射安全性のための方法８００を示す。方法８００は、内視鏡のマルチコアファイバの撮像コア内へ増幅材料（たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ、ドープされたエルビウムなど）を埋め込むことと、検査表面から反射され撮像コアを通過する光を増幅するように構成された所定の波長のレーザ光によって撮像コアを励起することとを含むことができる。収集された光が増幅されるため、ＣＭＯＳセンサにとって十分な感度を提供するために撮像ファイバ内で必要とされる光子をより少なくすることができる。収集される光がより少ないということは、より少ない光で組織を照明することを意味し、これにより検査される組織に対して安全条件を与えることができる。
【００９１】
増幅材料が埋め込まれた内視鏡を使用する利点の１つは、これにより、多種多様な医療応用例に対してより長い内視鏡の使用を可能にすることができることである。
【００９２】
図９は、本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡検査における光学ズームのための方法１０００を示す。
【００９３】
方法１０００は、レーザ源を使用して、内視鏡マルチコアファイバの遠位先端に位置するレンズの設計に関して事前定義された曲率の球形波面を有する、検査表面を照明するための照明ビームを生成すること１００２を含むことができる。方法１０００は、検査表面の画像を光学的に拡大または縮小するように、レンズの設計に対する球形波長の曲率を変化させること１００４をさらに含むことができる。
【００９４】
レーザ照明で投影することによる光学ズームを実現するために、内視鏡の先端におけるレンズ設計に整合された球形波面を設けることができる。照明ビームの曲率を変化させることで、光学ズーム倍率が変化する。
【００９５】
図１０は、本発明のいくつかの他の実施形態に係る内視鏡検査における光学ズームのための方法１１００を示す。
【００９６】
この方法は、マルチコアファイバの遠位先端に焦点距離を有する第１のフーリエレンズを有する検査表面を検査する内視鏡に好適である。方法１１００は、近位先端と光検出器との間に配置されたマルチコアファイバの近位先端に調整可能な焦点距離を有する第２のフーリエレンズを提供すること１０１０と、検査表面の画像を光学的に拡大または縮小するように、第２のフーリエレンズの調整可能な焦点距離を調整すること１０１２とを含むことができる。
【００９７】
変倍（光学ズーム）は、内視鏡の遠位先端にある固定されたレンズの焦点距離と近位端にある調整可能な焦点距離との間の比に等しくすることができる。
【００９８】
図１１は、本発明のいくつかの他の実施形態に係る２つの光学ズームされた画像を提供する内視鏡のマルチコアファイバを示す。
【００９９】
この実施形態では、ファイバの近位端にあるレンズ１２００は、λ１（第１の波長）に対する焦点距離およびλ２（第２の波長）に対する焦点距離という２つの焦点距離を有することができ、したがってこれらの焦点距離のうちの一方がフーリエ変換を実行し、他方の焦点距離が光撮像を実行する。２つの波長は、検出器５０６の前に位置する格子１２０２によって分離することができる。そのようにして、検出器の半分１２０４に、たとえば低解像度および良好な視野で、光学画像が投影され、検出器の別の部分１２０６に、たとえば高解像度および制限された視野で、フーリエ変換画像が投影される。そのようにして、λ多重化による光学ズームを得ることができる。
【０１００】
図１２Ａは、本発明のいくつかの実施形態に係るサンプリング能力を有するマルチコアファイバ内視鏡１２００を観察モードで示す。マルチコアファイバ内視鏡１２００は、複数の撮像コアおよび複数の照明コアを有するマルチコアファイバ１２０２を含む。観察モードで、複数の照明コア（簡潔にするために、２つの照明コア１２０５、１２０７のみを示す）を使用して、光１２０６を撮像面２１１へ誘導する。複数の撮像コア（簡潔にするために、１つの撮像コア１２０３のみを示す）を使用して、撮像面２１１から反射された光１２０８を撮像センサ１２１２へ誘導する。ビーム偏向器１２１０（たとえば、ビームスプリッタ）を使用して、反射光ビーム１２０８を撮像センサ１２１２（たとえば、ＣＭＯＳ検出器）へそらすことができる。マルチコアファイバ１２０４は、遮蔽スリーブ１２０２内に挿入される。マルチコアファイバ１２０４の近位端でビーム偏向器１２１０に結合された内視鏡の近位端に、プランジャ１２１４などの遮蔽スリーブ内でマルチコアファイバを前進および後退させる機構を設けることができる。
【０１０１】
図１２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に係るサンプリング能力を有するマルチコアファイバ内視鏡をサンプリングモードで示す。簡潔にするために、照明コアおよび撮像コアは示されていない。サンプリングモードで、マルチコアファイバ１２０４の遠位先端１２１６は、サンプリングされる組織面２１１に対向したとき、たとえばプランジャ１２１４を押すことによって、遮蔽スリーブ１２０２から外へたとえば数ミリメートル前進され、したがって先端１２１６を組織面２１１に接触させることができる。したがって、たとえば組織細胞、ならびに表面上に見られることのある液体または他の材料などの分析のためのサンプルが、マルチコアファイバ１２０４の先端１２１６に付着することができる。マルチコアファイバ１２０４は、表面に係合した後、たとえばプランジャ１２１４を引っ張ることによって、遮蔽スリーブ１２０２内へ後退させることができ、したがって内視鏡が患者の体外へ抜き出されたとき、得られたサンプルは先端１２１６上にそのまま残る。
【０１０２】
撮像ファイバ先端がその機械的ナビゲーションシールドから数ミリメートル出て、次いで再び入ることを可能にすることで、撮像ファイバ先端を体内の液体／組織へ挿入し、それらの液体／組織のサンプルを取り出すことが可能になり、後にこの組織に対する生体検査を行うことが可能になる。
【０１０３】
この生体検査に関連する能力はまた、撮像センサの代わりに分光計（たとえば、ラマン分光計）を使用することによって、異なる手法で実現することができ、分光計は、照明ファイバレーザと協働するとき、サンプルの「非接触生体検査」分析を実行するのに好適なラマン分光法の実現を可能にすることができる。
【０１０４】
図１３は、本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡検査において得られる画像の解像度を改善する方法を示す。
【０１０５】
方法１３００は、複数の異なる波長の赤色、複数の異なる波長の緑色、および複数の異なる波長の青色によって検査表面を照明すること１３０２を含むことができる。方法１３００はまた、光検出器によって、複数の異なる波長の赤色、複数の異なる波長の緑色、および複数の異なる波長の青色によって検査表面から反射された光の画像データを収集すること１３０４を含むことができる。方法１３００はまた、収集された画像データから画像を構築すること１３０６を含むことができる。
【０１０６】
本発明のいくつかの実施形態は、波長多重化を使用して、たとえばいくつかの波長の赤色、緑色、および青色を送り、コアごとに各色に対するいくつかの波長を収集することによって撮像の解像度を改善することを含むことができ、次いで色ごとに放たれる波長の数に応じて解像度が強化される。解像度の強化は、１組の色のうちの各色（赤色、緑色、または青色）が検査される物体の異なる空間位置へ進み、したがって色と空間位置との間の参照表が生成される場合に得られる。そのようにして、分光情報を検査することで、マッピングの使用に続いて空間情報を与えることができる。
【０１０７】
図１４は、本発明のいくつかの実施形態に係る内視鏡検査における画像解像度を改善する光学ズームのための方法を示す。
【０１０８】
方法１４００は、検査表面から反射され、複数の撮像コアを含むマルチコアファイバを通過した光の光路上に２焦点レンズを提供すること１４０２を含むことができる。
【０１０９】
方法１４００はまた、２焦点レンズの焦点距離のそれぞれを較正に使用すること１４０４と、較正に基づいて、光検出器上で内視鏡によって得られた正規画像および拡大画像という２つの重畳画像を分離すること１４０６とを含むことができる。
【０１１０】
方法１４００はまた、拡大画像をデジタルで縮小すること１４０８と、縮小された後に拡大画像からの画像データを正規画像に追加して、より高解像度の正規画像を得ること１４１０とを含むことができる。
【０１１１】
各焦点距離は、正規画像および拡大画像という２つの重畳画像を分離するために較正として使用されるいくつかのゼロ点を空間内に有する。分離（ブラインド源分離と同様）後、拡大画像をデジタルで縮小し、正規画像に追加して、視野の中心部分でより高い解像度を得ることができる。
【０１１２】
本発明のいくつかの実施形態は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品の形態で実施することができる。同様に、いくつかの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれら両方の組合せとして実施することができる。いくつかの実施形態は、１つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体上に保存されたコンピュータプログラム製品として、非一時的コンピュータ可読媒体上で実施されるコンピュータ可読プログラムコードの形態で実施することができる。そのような非一時的コンピュータ可読媒体は、実行されると例に係る方法ステップをプロセッサに実行させる命令を含むことができる。いくつかの例では、コンピュータ可読媒体上に記憶される命令は、インストールされたアプリケーションおよびインストールパッケージの形態とすることができる。
【０１１３】
そのような命令は、たとえば、１つまたは複数のプロセッサによってロードし、実行することができる。
【０１１４】
たとえば、コンピュータ可読媒体は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体とすることができる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、電子、光学、磁気、電磁、赤外、もしくは半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、またはこれらの任意の組合せとすることができる。
【０１１５】
コンピュータプログラムコードは、任意の好適なプログラミング言語で書くことができる。プログラムコードは、単一のコンピュータシステム上または複数のコンピュータシステム上で実行することができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態について、様々な実施形態に係る方法、システム、およびコンピュータプログラム製品を示す流れ図および／またはブロック図を参照して上記に説明した。
【０１１７】
本明細書に論じた様々な実施形態の特徴は、本明細書に論じた他の実施形態とともに使用することもできる。実施形態の上記の説明は、例示および説明の目的で提示されている。上記の説明は、開示した厳密な形態に対して網羅的または限定的であることを意図したものではない。上記の教示に照らして、多くの修正形態、変形形態、置換え、変更形態、および均等物が可能であることを、当業者には理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の本当の趣旨の範囲内に入るそのようなすべての修正形態および変形形態を包含することを意図したものであることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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