(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の内部の３次元イメージングのためのイメージングシステムであって、
前記対象物の内部を光で照らすよう構成される照明手段であって、前記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成することができる、照明手段と、
前記異なる空間光強度分布を検出するよう構成される検出手段と、
前記検出された異なる空間光強度分布から３次元画像を再構成するよう構成される再構成手段とを有し、
前記照明手段が、前記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から前記対象物の内部を照らすべく適合可能な複数の光学繊維と光源とを有し、前記検出手段は、少なくとも１つの光学繊維と検出器とを有し、前記光学繊維が、前記光源から前記対象物の内部へ光を転送し、及び前記内部から反射された光を前記検出器に転送するよう、筐体内で構成され、
前記イメージングシステムが、光学繊維システムを有し、前記光学繊維システムは、前記照明手段及び／又は前記検出手段における前記光学繊維の束と、前記光学繊維の少なくとも２つが前記束の端部にて互いに分岐するよう前記光学繊維が構成される第１の状態と、前記光学繊維が前記束の端部において互いに平行となるよう前記光学繊維が構成される第２の状態とを有し、前記光学繊維システムが、前記第１及び第２の状態の一方から前記第１及び第２の状態の他方へと前記光学繊維システムを遷移させるよう構成される遷移機構を有し、
前記検出手段における前記光学繊維の少なくとも１つは、前記束の中央に配置され、前記照明手段における前記光学繊維が、前記検出手段における前記少なくとも１つの光学繊維を囲む、イメージングシステム。
【請求項２】
前記検出手段が、１つのシングル検出器及び／又は１つのシングル収集器を有する、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項３】
前記再構成手段が、前記検出された異なる空間光強度分布からシェイプフロムシェーディングを用いて３次元画像を再構成するよう構成される、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項４】
前記照明手段が、光学繊維又は光学繊維束と光源とを有する１つの照明器を有し、前記光学繊維又は光学繊維束は、前記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から前記対象物の内部を照らすべく可動する、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項５】
前記照明手段及び前記検出手段における光学繊維が、同じ筐体に配置される、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項６】
前記遷移機構が、前記第２の状態から前記第１の状態へと前記光学繊維システムを遷移させるため前記束の端部にて前記光学繊維を折り畳み解除状態とするよう構成され、及び／又は前記遷移機構が、前記第１の状態から前記第２の状態へと前記光学繊維システムを遷移させるため前記束の端部にて前記光学繊維を折り畳み状態とするよう構成される、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項７】
対象物内部の３次元イメージングを行うイメージングシステムの作動方法において、
前記イメージングシステムが、照明手段を用いて、前記対象物の内部を光で照らすステップであって、前記対象物の内部において異なる空間光強度分布が生成される、ステップと、
前記イメージングシステムが、検出手段を用いて、前記異なる空間光強度分布を検出するステップと、
前記イメージングシステムが、再構成手段を用いて、前記検出された異なる空間光強度分布から３次元画像を再構成するステップとを有し、
前記照明手段が、前記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から前記対象物の内部を照らすべく適合可能な複数の光学繊維と光源とを有し、前記検出手段は、少なくとも１つの光学繊維と検出器とを有し、前記光学繊維が、前記光源から前記対象物の内部へ光を転送し、及び前記内部から反射された光を前記検出器に転送するよう、筐体内で構成され、
前記イメージングシステムが、光学繊維システムを有し、前記光学繊維システムは、前記照明手段及び／又は前記検出手段における前記光学繊維の束と、前記光学繊維の少なくとも２つが前記束の端部にて互いに分岐するよう前記光学繊維が構成される第１の状態と、前記光学繊維が前記束の端部において互いに平行となるよう前記光学繊維が構成される第２の状態とを有し、前記光学繊維システムが、前記第１及び第２の状態の一方から前記第１及び第２の状態の他方へと前記光学繊維システムを遷移させるよう構成される遷移機構を有し、
前記検出手段における前記光学繊維の少なくとも１つは、前記束の中央に配置され、前記照明手段における前記光学繊維が、前記検出手段における前記少なくとも１つの光学繊維を囲む、作動方法。
【請求項８】
前記光が、１つのシングル検出器により検出され、及び／又は１つのシングル収集器により収集される、請求項７に記載の作動方法。
【請求項９】
シェイプフロムシェーディングを用いて、前記検出された異なる空間光強度分布から、３次元画像が再構成される、請求項７に記載の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の内部の３次元イメージングのためのイメージングシステムに関する。本発明は更に、そのイメージングシステムを使用する光学繊維システム及び対象物の内部の３次元イメージングのための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に最小侵襲手術の分野において、手術器具が対象物内で正確に進められ、かつ使用されることができることを確実にするため、例えば膀胱のような、処置されることになる対象物の内部の高品質画像が医師に提供されることは重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
対象物の内部の画像は、内視鏡の先端からモニタに光学繊維を介して転送されることが知られている。医師は、手術の間、モニタ上で対象物の内部を観測することができる。しかし、この画像は、対象物内での手術器具の正確な進行及び使用に重要な、奥行き(depth)情報を有しない２次元画像のみである。
【０００４】
米国特許第6,066,090号は、枝分かれした内視鏡システムを開示する。そこでは、内視鏡の各枝が、対象物内部の画像を取得し、それをモニタに転送するよう構成される。モニタ上で、医師は、異なる枝の画像を同時に見ることができる。この枝分かれした内視鏡システムを用いても、２次元画像だけが表示され、対象物内部の奥行き情報は提供されることがない。
【０００５】
米国特許第5,577,991号は、２つのカメラを持つ内視鏡を開示する。２つの画像からの視差に基づき、画像の３次元再構成が作成される。この内視鏡は、奥行き情報を提供するが、対象物の内部のイメージングに関する有用性をかなり限定する。
【０００６】
従って、本発明の目的は、対象物の内部の奥行き情報を提供することができ、対象物内部をイメージングする従来のイメージングシステムより小さなイメージングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、対象物の内部の３次元イメージングのためのイメージングシステムであって、
上記対象物の内部を光で照らすよう構成される照明手段であって、上記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成することができる、照明手段と、
上記異なる空間光強度分布を検出するよう構成される検出手段と、
上記検出された異なる空間光強度分布から３次元画像を再構成するよう構成される再構成手段とを有する、イメージングシステムにより達成される。
【０００８】
本発明によるイメージングシステムは、対象物の内部における異なる空間光強度分布を生成することができる。異なる空間光強度分布の生成は、照明手段を用いて、例えば異なる方向で対象物の内部を照らすことにより容易に実現されることができる。更に、本発明による照明手段は、対象物の内部を画像化し、深さ情報を提供する既知のイメージングシステムより小さく構築されることができる。
【０００９】
好ましくは、上記検出手段が、１つのシングル検出器及び／又は１つのシングル収集器を有する。本発明によれば、シングル検出器は、内視鏡の先端に配置されるカメラとすることができる。更に、シングル収集器は、光学繊維束とすることができる。この光学繊維束は、内視鏡の中に配置され、検出器手段の光学繊維束が、対象物の内部の光を収集し、それを検出器に転送するような態様で、検出器と接続される。検出器を１つだけ使用すること及び／又は収集器を１つだけ使用すること、例えば、内視鏡の先端における唯一のカメラの使用、又は唯一の光学繊維束の使用は、本発明によるイメージングシステムの小型化をもたらす。こうして、既知のイメージングシステムと比べて、内視鏡への挿入及び対象物の内部での使用が容易化される。
【００１０】
上記再構成手段が、上記検出された異なる空間光強度分布からシェイプフロムシェーディング(shape-from-shading)を用いて３次元画像を再構成するよう構成されることが更に好ましい。シェイプフロムシェーディングにより、検出光から、高品質な３次元画像が再構成されることができる。
【００１１】
上記照明手段が、上記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から上記対象物の内部を照らすよう構成されることが更に好ましい。その場合、異なる空間光強度分布は、唯一の検出器及び／又は唯一の収集器により収集されるよう構成されることが更に好ましい。
【００１２】
この構成は、対象物の内部が、異なる空間光強度分布を用いて容易に照らされることができるという点で有利である。更に、この構成を用いると、シェイプフロムシェーディングを用いて効率的に３次元画像を再構成するのに使用されることができる異なる陰影パターンを有する、対象物の内部から反射された光の異なる空間光強度分布が検出されることができる。
【００１３】
ある実施形態では、上記照明手段が、上記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から上記対象物の内部を照らすべく可動する１つの照明器を有する。特に、その１つの照明器は、検出手段に対して可動する。照明器は好ましくは、光学繊維又は光学繊維束の端部にある。この実施形態では、唯一の照明器が使用されるので、そのイメージングシステムは更に小型化され、内視鏡及び対象物の内部への挿入が更に容易にされる。
【００１４】
更なる実施形態では、上記照明手段が、上記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から上記対象物の内部を照らすべく複数の照明器を有する。この構成では、異なる空間光強度分布が、対象物の内部で容易に生成されることができる。
【００１５】
ある実施形態では、こうした照明器が可動する。これは、対象物の内部が照らされることができる方向数を増加させる。
【００１６】
ある実施形態では、照明手段が、複数の照明器を有し、検出手段が、複数の収集器及び／又は検出器を有する。対象物の内部における異なる空間光強度分布を生成することを可能にし、対象物の内部から反射された異なる光強度分布を検出することを可能にするため、各照明器及び／又は収集器及び／又は検出器は個別にアドレス付け可能である。
【００１７】
本発明による実施形態では、上記照明手段が、少なくとも１つの光学繊維と光源とを有し、上記検出手段は、少なくとも１つの光学繊維と検出器とを有し、上記光学繊維が、上記光源から上記対象物の内部へ光を転送し、及び上記内部から反射された光を上記検出器に転送するよう、例えば内視鏡の筐体といった筐体内で構成される。光学繊維、光源及び検出器のこうした使用は、容易に組み立て可能なイメージングシステムの簡単な構成を提供する。
【００１８】
上記照明手段が、上記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から上記対象物の内部を照らすべく適合可能な複数の光学繊維を有することが好ましい。対象物の内部におけるこの照明を用いることにより、異なる空間光強度分布が容易に生成されることができる。
【００１９】
対象物の内部から反射された異なる空間光強度分布を検出するための検出手段が、照明手段の複数の光学繊維から光を収集するための唯一の光学繊維又は唯一の光学繊維束を有することが更に好ましい。またこの構成を用いることにより、対象物の内部から反射された異なる空間光強度分布が容易に検出されることができる。更に、この構成を用いて取得された、その検出済みの異なる空間光強度分布が、シェイプフロムシェーディングを用いて低計算機負荷にて３次元画像を再構成するのに使用されることができる。
【００２０】
上記照明手段が、光学繊維又は光学繊維束と光源とを有する１つの照明器を有し、上記光学繊維又は光学繊維束は、上記対象物の内部において異なる空間光強度分布を生成するため、異なる方向から上記対象物の内部を照らすべく可動することが更に好ましい。特に、照明器における光学繊維又は光学繊維束が、検出手段の少なくとも１つの光学繊維に対して可動する。その検出手段が、対象物の内部から反射された異なる空間光強度分布を収集する唯一の光学繊維又は唯一の光学繊維束を有すること、及び対象物の内部を照らす唯一の光学繊維又は唯一の光学繊維束を有することが更に好ましい。その場合、対象物の内部を照らす唯一の光学繊維又は唯一の光学繊維束は、異なる空間光強度分布を検出する唯一の光学繊維又は唯一の光学繊維束に対して可動する。唯一の照明器が使用されるので、イメージングシステムの構造はより簡単なものとなる。
【００２１】
上記照明手段及び上記検出手段における光学繊維が、同じ筐体に配置されることが好ましい。筐体は好ましくは、内視鏡の筐体である。筐体は、剛性又は柔軟性とすることができる。これは、使用されなければならない筐体数を減らし、ケースを対象物へ挿入すること、例えば膀胱への挿入が、簡略化され、筐体により占められる空間が減らされ、筐体の動き及び処理、並びに例えば対象物内の追加的な手術器具の動き及び処理が容易にされる。
【００２２】
照明手段及び検出手段における光学繊維は、対象物の内部における異なる空間光強度分布を生成するよう、及び対象物の内部から反射された光を検出するよう構成されることができる。既に述べたように、この構成を用いて取得された、その検出済みの異なる空間光強度分布が、シェイプフロムシェーディングを用いて低計算機負荷にて３次元画像を再構成するのに使用されることができる。この種の取得のための光学繊維の使用は、イメージングシステムのコンパクトで空間節約された構造を可能にする。
【００２３】
上記イメージングシステムは、光学繊維システムを有することができる。上記光学繊維システムは、上記照明手段及び／又は上記検出手段における上記光学繊維の束と、i)上記光学繊維の少なくとも２つが上記束の端部にて互いに分岐するよう上記光学繊維が構成される第１の状態と、ii)上記光学繊維が上記束の端部において互いに平行となるよう上記光学繊維が構成される第２の状態とを有し、上記光学繊維システムが、上記第１及び第２の状態の一方から上記第１及び第２の状態の他方へと上記光学繊維システムを遷移させるよう構成される遷移機構を有する。光学繊維システムが、光学繊維が互いに平行となる第２の状態にある場合、光学繊維システムは例えば内視鏡に容易に挿入されることができ、イメージングシステムの組み立てが容易にされる。その光学繊維システムを備えるイメージングシステムは、対象物の内部に容易に挿入されることができる。光学繊維システムが例えば内視鏡に挿入された後、及び／又はイメージングシステムが対象物の内部に挿入された後、光学繊維システムは、第１の状態に遷移されることができる。第１の状態では、少なくとも２つの光学繊維が、束の端部で互いに分岐するので、少なくとも２つの光学繊維が、異なる方向から対象物の内部を照らす。即ち、対象物の内部で異なる空間光強度分布が生成される。対象物の内部から反射された、その異なる空間光強度分布が検出される。こうして、第１の状態から第２の状態に、及びその逆に遷移させることができることは、対象物内部への挿入及びそこからの取り出しを簡単化することを可能にし、イメージングシステムの組み立てを容易にする。
【００２４】
好ましくは、上記遷移機構が、上記第２の状態から上記第１の状態へと上記光学繊維システムを遷移させるため上記束の端部にて上記光学繊維を折り畳み解除状態とするよう構成される。この折り畳み解除手順は、第２の状態から第１の状態へと光学繊維システムを効率的に遷移させることを可能にする。
【００２５】
上記遷移機構は、上記第１の状態から上記第２の状態へと上記光学繊維システムを遷移させるため上記束の端部にて上記光学繊維を折り畳み状態とするようにも構成されることができる。この折り畳み手順は、第１の状態から第２の状態へと光学繊維システムを効率的に遷移させることを可能にする。
【００２６】
更に好ましくは、上記照明手段及び上記検出手段における上記光学繊維が、束として構成され、上記検出手段における上記光学繊維の少なくとも１つは、上記束の中央に配置され、上記照明手段における上記光学繊維が、上記検出手段における上記少なくとも１つの光学繊維を囲むよう構成される。
【００２７】
斯かる構成を用いることにより、異なる空間光強度分布が取得される。この場合、異なる空間光強度分布は、再構成アルゴリズムを安定化させ、再構成の精度を増加させるよう構成される。
【００２８】
対象物内部の所定及び／又は事前選択された異なる空間光強度分布を取得することを可能にするため、照明手段及び／又は検出手段における各光学繊維は個別にアドレス付け可能である。
【００２９】
照明手段及び検出手段は異なる空間光強度分布を取得するよう構成されることが好ましい。特に、これは、シーケンシャルに異なる方向から取得された異なる空間光強度分布に対して、照明方向及び／又は検出方向が異なることを意味する。この構成を用いることにより、各異なる空間光強度分布のため、各空間光強度分布に対して照明及び収集方向が分かるので、３次元画像の再構成に使用されることができる方向が容易に割り当てられることができる。
【００３０】
本発明の更なる目的は、本発明によるイメージングシステムを組み立てるため、例えば、内視鏡に容易に挿入されることができる光学繊維システムを提供することである。その光学繊維システムを具備するイメージングシステムは、膀胱といった対象物の内部に容易に挿入されることができる。
【００３１】
本目的は、例えば本発明による対象物の内部の３次元イメージングのためのイメージングシステムで使用する光学繊維システムにより達成される。その光学繊維システムは、光学繊維の束と、i)上記光学繊維の少なくとも２つが上記束の端部にて互いに分岐するよう上記光学繊維が構成される第１の状態と、ii)上記光学繊維が上記束の端部において互いに平行となるよう上記光学繊維が構成される第２の状態とを有する光学繊維システムであって、上記光学繊維システムが、上記第１及び第２の状態の一方から上記第１及び第２の状態の他方へと上記光学繊維システムを遷移させるよう構成される遷移機構を有する。既に説明したように、この光学繊維システムは、例えば内視鏡に容易に挿入されることができ、３次元イメージングのためのイメージングシステムの組み立てを容易にする。更に、この光学繊維システムを有する内視鏡は、第２の状態の対象物の内部に容易に挿入されることができる。その場合、挿入が完了した後、その光学繊維システムは、異なる方向で、対象物の内部を照らす、並びに／又は、対象物の内部で反射及び／若しくは散乱された光を収集することを可能にする第１の状態へと遷移されることができる。
【００３２】
上記遷移機構が、上記第２の状態から上記第１の状態へと上記光学繊維システムを遷移させるため上記束の端部にて上記光学繊維を折り畳み解除状態とするよう構成されることが好ましい。この折り畳み解除手順は、第２の状態から第１の状態へと光学繊維システムを効率的に遷移させることを可能にする。
【００３３】
また、上記遷移機構が、上記第１の状態から上記第２の状態へと上記光学繊維システムを遷移させるため上記束の端部にて上記光学繊維を折り畳み状態とするよう構成されることもできる。この折り畳み手順は、第１の状態から第２の状態へと光学繊維システムを効率的に遷移させることを可能にする。
【００３４】
本発明の更なる目的は、対象物内部の深さ情報を与えることができ、既知のイメージングシステムより小さな、対象物の内部の３次元イメージングのためのイメージングシステムを用いて実行されることができるイメージング方法を提供することにある。
【００３５】
上記目的は、対象物の内部の３次元イメージングのための方法において、
照明手段を用いて、上記対象物の内部を光で照らすステップであって、上記対象物の内部において異なる空間光強度分布が生成される、ステップと、
検出手段を用いて、上記異なる空間光強度分布を検出するステップと、
再構成手段を用いて、上記検出された異なる空間光強度分布から３次元画像を再構成するステップとを有する方法により実現される。
【００３６】
即ち、対象物の内部における異なる空間光強度分布が生成される。例えば、照明手段は、対象物の内部を異なる方向から照らす、少なくとも２つの照明繊維束を有することができる。
【００３７】
上述されたように、この方法は、照明手段を用いて容易に実行されることができる。更に、本発明による方法に必要なイメージングシステムは、対象物内部を画像化し、深さ情報を与える従来のイメージングシステムより小さく構築されることができる。
【００３８】
対象物の内部において、異なる空間光強度分布がシーケンシャルに生成されることが好ましい。特に、これは、照明方向及び／又は検出方向がシーケンシャルに修正されることを意味する。各検出された空間光強度分布のため、各検出済み空間光強度分布に対して照明及び収集方向、即ち取得方向が分かるので、３次元画像の再構成に使用されることができる方向が容易に割り当てられることができる。
【００３９】
上記光が、１つのシングル検出器により検出され、及び／又は１つのシングル収集器により収集されることが更に好ましい。上述されたように、シングル検出器及び／又は収集器が１つだけ必要とされるので、イメージングシステムのサイズは減らされることができる。その場合、イメージングシステムの筐体への挿入、及び対象物の内部への挿入が容易化される。
【００４０】
シェイプフロムシェーディングを用いて、上記検出された異なる空間光強度分布から、３次元画像が再構成されることが更に好ましい。シェイプフロムシェーディングを用いることにより、高品質な３次元画像が再構成されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明が、以下、説明的な実施形態に関して図面と共に説明されることになる。
【００４２】
図１は、対象物の内部の３次元イメージングのためのイメージングシステム１を概略的に示す。イメージングシステム１は、人体１４、例えば膀胱に挿入される内視鏡２を有する。内視鏡２は、光源４と検出器５とを有する操作ユニット３に接続される。
【００４３】
光源４は好ましくは、可視範囲で光を放出する。光源４の光は、少なくとも１つの照明繊維束１０に結合される。この実施形態において、光源４の光は、複数の照明繊維束１０に結合される。その複数の照明繊維束は、図２に示されるように、中心の収集繊維束１１を囲んでいる。
【００４４】
繊維束１０、１１はそれぞれ、複数の光学繊維を有する。本発明による別の実施形態では、繊維束１０、１１の代わりに、繊維束の直径に対応する直径を持つ光学繊維がそれぞれ使用されることができる。例えば、複数の照明光学繊維により囲まれる１つの収集光学繊維が使用される。本発明による別の実施形態では、イメージングシステムが、１つの収集光学繊維束を囲む複数の照明光学繊維を有する。その光学繊維束は、例えば、１００００のシングル光学繊維を有する。
【００４５】
光源４の光は、画像化されなければならない対象物１４の内部へと照明繊維束１０を介して転送される。対象物の内部から反射される光が、収集繊維束１１により収集される。その場合、対象物１４の内部は、照明繊維束１０により異なる方向から照らされるので、対象物の内部で、異なる空間光強度分布が生成される。検出された光は、収集繊維束１１を介して検出器５に転送される。検出器５は、好ましくはＣＣＤカメラであり、これは、検出された異なる空間光強度分布を電気信号へと変換する。これらの電気信号、即ち、異なる空間光強度分布が、本実施形態では再構成コンピュータである再構成手段６に転送される。再構成コンピュータは、異なる空間光強度分布に基づき対象物１４の内部からの３次元画像を再構成するよう構成される。対象物の内部を異なる方向から照らすことにより、及び対象物の内部から反射された光を検出することにより生成された、異なる空間光強度分布からの３次元画像の再構成は、例えば、Ruo Zhang、Ping-Sing Tsai、James Edwin Cryer 及び Mubarak Shahによる「Shape from Shading: A Survey」、IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence、Vol.21、No.8、August 1999、pp.690-706より既知である。収集光から３次元画像を再構成するのにシェイプフロムシェーディング(shape-from-shading)を用いることが好ましい。
【００４６】
再構成手段６が、対象物１４の内部の再構成された３次元画像を表示するモニタ７に接続される。モニタ７の代わりに、例えば外科医に対して３次元の印象を与える立体メガネ又はディスプレイが使用されることができる。
【００４７】
操作ユニット３及び再構成ユニット６が、制御ユニット８に接続され、その制御ユニットは好ましくは、その操作ユニット３及び再構成ユニット６を制御する制御コンピュータである。
【００４８】
図２は、第１の状態にある、複数の照明繊維束１０と１つの収集繊維束１１とを有する光学システム９を示す。第１の状態においては、繊維束１０、１１が挿入される筐体２の外側の位置から開始して、繊維束が互いに分岐する。繊維束１０、１１は、内視鏡２にある光学システム挿入口１２へと挿入される。手術の間、対象物１４の内部の３次元画像を再構成し医師がそれを見ることを可能にするため、内視鏡２は、更なる挿入口１５を有し、その口には例えば手術器具が配置されることができる。
【００４９】
別の実施形態では、対象物の内部から光を収集するため、挿入口１５の１つに、光学繊維又は光学繊維束が挿入されることができる。それにより、対象物の内部から異なる空間光強度分布が収集される。この実施形態では、対象物の内部を異なる方向で照射するため、繊維束１０、１１のすべて又はそのいくつかが、光源４に接続される。
【００５０】
図２は、対象物１４に挿入された内視鏡２及び光学システム９の端部を示す。図２には、イメージング手順の間に使用される第１の状態の光学繊維システム９が示される。照明繊維束１０は互いに分岐するので、それらは、対象物１４の内部を異なる方向で照射し、従って、反射光が異なる方向から収集繊維束１１により収集される。従って、第１の状態の光学繊維システム９を用いることにより、各照明繊維束は、対象物の内部を異なる方向で照射し、その場合、各照明繊維は、対象物の内部における別の空間光強度分布を生成する。
【００５１】
図３は、対象物に挿入された第２の状態の光学繊維システム９の端部を示す。第２の状態では、照明繊維束１０と収集繊維束１１とが互いに平行に配置される。内視鏡２及び光学繊維システム９を組み立てるのに光学繊維システム９を内視鏡２に挿入するため、光学繊維システム９の第２の状態が使用される。こうして、光学繊維システム９の第２の状態を用いることにより、イメージングシステム１の組み立てが容易に実行されることができる。更に、組み立てられたイメージングシステムが対象物１４に挿入されるとき、内視鏡２の対象物１４への挿入を容易にするため、光学繊維システム９は、第２の状態を有する。
【００５２】
光学繊維システム９は、折り畳みを解除することで光学繊維システムを第２の状態から第１の状態へと遷移させ、折り畳むことで光学繊維システム９を第１の状態から第２の状態に遷移させる遷移機構１３を更に有する。その場合、折り畳み解除手順及び折り畳み手順は、傘の手順と似ている。
【００５３】
いわゆるバスケットカテーテルより知られる遷移機構を用いることが好ましい。斯かる遷移機構は、例えば、米国特許出願公開第20060009690A1号に開示される。
【００５４】
イメージングシステム１、例えば、光源４と照明繊維束１０との結合は、異なる照明繊維束を個別にアドレス付けすることができるよう構成される。特に、光源４、光源と照明繊維束１０との結合、及び照明繊維束１０は、その照明繊維束１０が対象物１４の内部をシーケンシャルに照らすよう、即ち、対象物の内部において、シーケンシャルに異なる空間光強度分布が生成されるよう適合される。
【００５５】
以下、対象物の内部の３次元イメージングのための方法が、図４を参照して説明されることになる。
【００５６】
ステップ１０１で開始した後、光学繊維システム９は、繊維束１０、１１が互いに平行となる第２の状態に遷移される。この状態において、光学繊維システム９は、内視鏡２にある光学システム挿入口１２へと挿入される。光学繊維システム９がすでに内視鏡２の中に位置している場合、光学繊維システム９を内視鏡に挿入するステップは省略されることができる。
【００５７】
ステップ１０３において、第２の状態にある光学繊維システム９を有する内視鏡２が、対象物１４へと挿入され、対象物１４の内部の３次元画像が再構成されるべき位置まで進められる。
【００５８】
ステップ１０４において、内視鏡２の端部が所望の位置に到達した後、対象物１４に挿入された光学繊維システム９の端部が、遷移機構１３により折り畳み解除される。即ち、光学繊維システム９は、第２の状態から第１の状態に遷移される。
【００５９】
ステップ１０５において、照明繊維束１０は、対象物１４の内部をシーケンシャルに照らし、対象物１４の内部から反射される光が、収集繊維束１１により収集される。こうして、対象物の内部に関して、異なる空間光強度分布がシーケンシャルに生成され、反射された異なる空間光強度分布が取得される。収集繊維束１１により収集されたその異なる空間光強度分布が、検出器５に転送される。検出器は、この実施形態では、ＣＣＤカメラであり、空間光強度分布を有する光信号を電気信号へと変換する。電気信号、即ち空間光強度分布が、検出器５から再構成手段６に転送される。再構成手段は、本実施形態では再構成コンピュータ６である。
【００６０】
ステップ１０６において、例えば、上記引用文献より知られる再構成アルゴリズムにより、取得された空間光強度分布が、対象物１４の内部の３次元画像へと再構成される。シェイプフロムシェーディングを用いて空間光強度分布から３次元画像が再構成されることが好ましい。
【００６１】
ステップ１０７において、再構成された３次元画像が、モニタ７に表示される。モニタ上では、例えば医師が対象物１４の内部の３次元画像を見ることができる。
【００６２】
ステップ１０８において、取得、再構成、及び表示ステップが継続されるべきか否かが決定されなければならない。この決定は、医師により、又は所定の基準により実行されることができる。所定の基準は、同時に実行される手術手順が完了するまで、ステップ１０５、１０６及び１０７が繰り返される、というようなものとすることができる。
【００６３】
取得、再構成及び表示ステップが停止されるべきであることがステップ１０８において決定されると、ステップ１０９において、制御ユニット８が、こうした処理を停止させ、光学繊維システム９の端部が第２の状態に折り畳まれる。第２の状態では、繊維束が互いに平行であり、即ち、光学繊維システム９が、第１の状態から第２の状態へと遷移される。その後、ステップ１１０において、第２の状態にある光学繊維システム９を有するイメージングシステム１の内視鏡２が、体１４から取り出され、ステップ１１１において、対象物の内部の３次元イメージングのための方法が完了する。
【００６４】
対象物の内部の３次元イメージングのための上述した方法を実行することにより、対象物の内部の３次元画像をリアルタイムに表示することが可能である。
【００６５】
本発明によれば、光学繊維システムが、内視鏡の柔軟な又は堅い筐体といった筐体に挿入されることができる。その場合、筐体は、光学繊維システムのみを有することができるか、又はその筐体は、光学繊維システムと、追加的な器具、例えば追加的な手術器具とを有することができる。
【００６６】
繊維束の代わりに、単一の光学繊維が使用されることができる。例えば、１つの収集繊維と、上述した場合と同様に機能する複数の照明繊維とが使用されることができる。上述した場合とは、１つの収集繊維束と複数の照明繊維束が使用される場合である。
【００６７】
上述した照明繊維束又は照明繊維、及び上述した収集繊維束又は収集繊維はそれぞれ、本発明に基づき、対象物の内部の異なる空間光強度分布を生成するよう、及び対象物の内部から反射された異なる空間光強度分布を取得するよう構成される場合に使用されることができる。
【００６８】
図４のイメージング方法におけるステップ１０４からステップ１０９に基づき、制御ユニット８がイメージングシステムを制御するよう構成されることが好ましい。取得、再構成及び表示を停止すべきかを決定するため、制御ユニットは好ましくは、手術器具の追加的な制御ユニットに接続される。その場合、手術器具が停止したことを示す、手術器具の制御ユニットからの信号を受信すれば、イメージングシステムの制御ユニットは、取得、再構成及び表示ステップを停止することを決定する。
【００６９】
図５は、本発明によるイメージングシステムの別の実施形態の内視鏡２０２の端部を示す。この実施形態では、照明手段が、複数の照明繊維又は照明繊維束２１０を有する。これらは、例えば内視鏡といった筐体２０２内に配置され、対象物の内部における異なる空間光強度分布を生成するため異なる方向から対象物の内部を照らすよう構成される。本実施形態における検出手段は、収集繊維束２１５を有し、これも、筐体２０２内に配置され、収集された光を例えばＣＣＤカメラといった検出器に転送するよう構成される。収集繊維束２１５に加えて、又はその代わりに、検出手段が、カメラを有することができる。このカメラは、筐体２０２の先端、例えば内視鏡の先端に、直接配置される。
【００７０】
本発明による実施形態において、２つ又はそれ以上の検出器及び／又は収集器が使用されることもできる。同時に、対象物の内部における異なる空間光強度分布を生成するため、及び対象物の内部から反射された、その異なる空間光強度分布を取得するため、２つ又はそれ以上の照明手段が、使用されることができる。
【００７１】
本発明の別の実施形態では、イメージングシステムが、少なくとも２つの内視鏡を有する。そこでは、少なくとも１つの内視鏡が、照明手段を有し、少なくとも１つの他の内視鏡が、少なくとも１つの検出器及び／又は収集器を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明による、対象物の内部の３次元イメージングのためのイメージングシステムの実施形態を概略的に示す図である。
【図２】第１の状態にある、本発明による光学繊維システムを有する図１の実施形態の内視鏡の先端を示す図である。
【図３】第２の状態にある、光学繊維システムを示す図である。
【図４】対象物の内部の３次元イメージングのための方法のフローチャートを示す図である。
【図５】本発明によるイメージングシステムの別の実施形態を概略的に示す図である。
【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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