(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に、体腔の壁にパターンを投影するように構成されたパターン投影デバイスであって、前記パターンは、少なくとも第１の部分および第２の部分を備える、パターン投影デバイスと、
前記体腔の前記壁に照明光を向けるように構成された照明デバイスと、
使用時に且つ前記壁に投影された前記パターンの前記第１の部分に向けられた第１の向きにある間、前記投影されたパターンの前記第１の部分の第１のパターン画像と、前記照明光の下における前記体腔の前記壁の第１の壁画像と、を取得し、使用時に且つ前記壁に投影された前記パターンの前記第２の部分に向けられた第２の向きにある間、前記投影されたパターンの前記第２の部分の第２のパターン画像と、前記照明光の下における前記体腔の前記壁の第２の壁画像と、を取得するように構成されたイメージングデバイスと、
前記イメージングデバイスが、前記パターン投影デバイスを使用している間、前記第１のパターン画像および前記第２のパターン画像を取得し、前記照明光の使用中に、前記第１の壁画像および前記第２の壁画像を取得するように、前記パターン投影デバイスと前記照明デバイスとをトグル切り替えするために、前記パターン投影デバイスと前記照明デバイスとの間で断続的に切り替え、且つ前記第１のパターン画像および前記第２のパターン画像を用いて、前記第１の壁画像を前記第２の壁画像につなぎ合わせるプロセッサと、
を備えるイメージング装置。
【請求項２】
前記パターンおよび前記照明光は可視光を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パターンは、前記第１のパターン画像および前記第２のパターン画像のうちの少なくとも１つが、前記イメージングデバイスの視界の特有の方向を規定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記パターンは、前記第１のパターン画像および前記第２のパターン画像のうちの少なくとも１つが、前記イメージングデバイスの特有の向きを規定するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記パターン投影デバイスは、導光路および回折光学素子を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記照明デバイスは、導光路および光源を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記イメージングデバイスは内視鏡を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記イメージングデバイスは、第１の波長に応答する第１のセンサと、前記第１の波長とは異なる第２の波長に応答する第２のセンサと、を備え、前記パターン投影デバイスは、前記第１の波長において前記パターンを投影するように構成され、前記照明デバイスは、前記第２の波長において前記照明光を生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記パターン投影デバイスは、前記壁に投影された前記パターンが不動となるように、所与の位置に固定される、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、体腔のイメージングに関し、詳細には、体腔のパノラマ画像を取得できる内視鏡に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１７７０３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内視鏡は、体腔の壁の一部分の画像を提供し得るが、提供されたこの画像は、画像を見る専門家にとって不十分である場合がある。典型的には、壁の一部分しか画像化されていないのであれば、この専門家は、画像化された部分を、体腔壁の他の部分に正しく関連付けることができないことがあり得る。体腔壁のパノラマ画像の有用性は、壁の一部分のみが画像化された場合に生じる相関性および向きの不足を克服する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本特許出願において参照によって組み込まれている文献は、本明細書において明示的にまたは暗黙的になされた定義と競合するようにこれらの組み込まれた文献において何らかの用語が定義されている場合には、本明細書における定義のみが考慮されるべきであるという点を除いて、本願の不可欠な部分であると考えられるべきである。
【０００５】
本発明の実施形態は、
使用時に、体腔の壁にパターンを投影するように構成されたパターン投影デバイスであって、このパターンは、少なくとも第１の部分および第２の部分を含む、パターン投影デバイスと、
体腔の壁に照明光を向けるように構成された照明デバイスと、
使用時に且つ壁に投影されたパターンの第１の部分に向けられた第１の向きにある間、第１の部分の第１の画像を取得し、使用時に且つ壁に投影されたパターンの第２の部分に向けられた第２の向きにある間、第２の部分の第２の画像を取得するように構成されたイメージングデバイスと、
照明光を使用している間、イメージングデバイスが、第１の画像および第２の画像を取得し、第１の画像を第２の画像につなぎ合わせる（ｓｔｉｔｃｈ）ように、パターン投影デバイスおよび照明デバイスを制御するように構成されたプロセッサと、を含むイメージング装置を提供する。
【０００６】
典型的には、このプロセッサは、パターン投影デバイスおよび照明デバイスをトグル切り替えするために、パターン投影デバイスと照明デバイスとの間で断続的に切り替えるように構成される。このパターンおよび照明光は、可視光であり得る。イメージングデバイスは、第１の向きにおいて、パターンの第３の画像を取得し、第２の向きにおいて、パターンの第４の画像を取得するように構成され得、プロセッサは、第３の画像および第４の画像を基準として用いて、第１の画像を第２の画像へつなぎ合わせるように構成され得る。
【０００７】
開示された実施形態では、プロセッサは、照明デバイスおよびパターン投影デバイスを同時に作動するように構成される。典型的には、パターン投影デバイスは、第１の波長においてパターンを投影するように構成され、照明デバイスは、第１の波長とは異なる第２の波長において照明光を生成するように構成される。プロセッサは、第１の画像と第２の画像とをつなぎ合わせることによってつなぎ合わされた画像を生成し得る。プロセッサは、さらに、フィルタ処理されつなぎ合わされた画像を生成するために、つなぎ合わされた画像から、第１の波長に応じて生成されたパターン画像を、フィルタ処理するように構成され得る。
【０００８】
さらなる開示された実施形態では、イメージングデバイスは、パターンのパターン画像を取得するように構成され、このパターンは、取得されたパターン画像が、イメージングデバイスの視界の特有の方向を規定するように構成される。典型的には、このパターンは、取得されたパターン画像が、イメージングデバイスの特有の向きを規定するように構成される。
【０００９】
さらなる開示された実施形態では、パターン投影デバイスは、導光路と回折光学素子とを含む。
【００１０】
代替的な実施形態では、照明デバイスは、導光路と光源とを含む。
【００１１】
さらなる代替的な実施形態では、イメージングデバイスは、内視鏡を含む。
【００１２】
別のさらなる代替的な実施形態では、イメージングデバイスは、第１の波長に応答する第１のセンサと、第１の波長とは異なる第２の波長に応答する第２のセンサと、を含み、パターン投影デバイスは、第１の波長においてパターンを投影するように構成され、照明デバイスは、第２の波長において照明光を生成するように構成される。
【００１３】
典型的には、パターン投影デバイスは、壁に投影されたパターンが不動となるように、所与の位置に固定される。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、さらに、
体腔の壁にパターンを投影するステップであって、このパターンは、少なくとも第１の部分および第２の部分を含む、ステップと、
体腔の壁に照明光を向けるステップと、
使用時に且つ壁に投影されたパターンの第１の部分に向けられた第１の向きにある間、イメージングデバイスを用いて、第１の部分の第１の画像を取得するステップと、
使用時に且つ壁に投影されたパターンの第２の部分に向けられた第２の向きにある間、イメージングデバイスを用いて、第２の部分の第２の画像を取得するステップと、
イメージングデバイスが、照明光を使用している間に第１の画像および第２の画像を取得し、第１の画像を第２の画像につなぎ合わせるように、パターン投影デバイスおよび照明デバイスを制御するステップと、を含む方法が提供される。
【００１５】
本発明は、図面とともに斟酌された、以下の実施形態の詳細な説明から、より十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に従う、パノラマイメージングシステムの概要例示である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に従う、パノラマイメージングシステムの先端部の概要例示である。
【図２Ｂ】本発明の代替実施形態に従う、パノラマイメージングシステムの先端部の概要例示である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従う、光学イメージング部分の概要例示である。
【図３Ｂ】本発明の代替実施形態に従う、光学イメージング部分２９０の概要例示である。
【図４】本発明のさらなる代替実施形態に従う、パノラマイメージングシステムの先端部３６を例示する概要図である。
【図５】本発明の実施形態に従って、イメージングデバイスによって画像化されるようなパターンの一部分の概要例示である。
【図６】本発明の実施形態に従って、膀胱のパノラマ画像を生成する際に実行されるステップのフローチャートである。
【図７Ａ】膀胱のパノラマ画像を生成する際に実行されるステップのフローチャートである。
【図７Ｂ】本発明の代替実施形態に従って、フローチャートのステップを例示する概要図を図示する。
【図８】本発明のさらなる代替実施形態に従って、膀胱のパノラマ画像を生成する際に実行されるステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（概説）
本発明の実施形態は、膀胱のような体腔のパノラマ画像を生成するためのイメージング装置および方法を提供する。このイメージング装置は、パターン投影デバイスと、照明デバイスと、典型的には内視鏡であるイメージングデバイスと、を備え、この装置は、体腔内に挿入されるように構成される。パターン投影デバイスは、体腔内に挿入されると、所定の位置に固定され得、その後、体腔の壁に、不動のパターンを投影するように作動され得る。さらに、照明デバイスは、典型的には白色光を用いて体腔の壁を照明するように起動され得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、照明デバイスおよびパターン投影デバイスは、同時に作動される。他の実施形態では、照明デバイスおよびパターン投影デバイスは、トグル切り替えされる。これら２つのデバイスからの光の波長は異なり得る。たとえば、パターンは、赤外光で投影される一方で、照明光は、可視光を含み得る。あるいは、これら２つのデバイスからの光の波長は、実質的に同一であり、たとえば、パターンと照明との両方が、可視光を使用し得る。
【００１９】
イメージングデバイスは、第１の向きから第２の向きへと移動される。第１の向きでは、イメージングデバイスは第１の画像を取得する。第１の画像は、いくつかの実施形態では、体腔の壁に投影されたパターンの第１の部分の画像のみならず、照明光から形成される壁自身の第１の部分の画像をも含む。同様に、第２の向きでは、イメージングデバイスは第２の画像を取得する。第２の画像は、壁に投影されたパターンの第２の部分の画像のみならず、壁の第２の部分の画像を含み得る。
【００２０】
このパターンは不動であるので、プロセッサは、第１の画像と第２の画像とをともにつなぎ合わせるために、（第１の画像および第２の画像に含まれた）パターン画像を基準として使用し得る。
【００２１】
イメージングデバイスは、反復的に、さらなる向きへ移動され得、壁に投影されたパターンのそれぞれのさらなる画像のみならず、さらなる向きにおける壁自身の画像をも取得し得る。前述したように、この処理が、十分な反復によって、体腔のパノラマ画像を生成することができるように、さらなる画像がつなぎ合わされ得る。
【００２２】
（詳細説明）
まず本発明の実施形態に従う、パノラマ内視鏡イメージングシステム１０の概要例示である図１が参照される。システム１０は、パノラマ方式で体腔の略全体を画像化するために、人間の患者の体腔１２における、典型的には最小の侵襲的な処置である、侵襲的な医療処置において使用され得る。例として、本記載では、体腔は、患者の膀胱であると仮定され、体腔１２は本明細書では膀胱１２とも称される。しかしながら、システム１０は、胃腸などの内臓、気管支、胸のようなほぼすべての人体の体腔、または人間以外の動物の空洞を画像化するために使用され得ることが理解されるであろう。
【００２３】
システム１０は、膀胱１２へ内視鏡１６を送り込むことを可能にするイメージング装置１４を備える。装置１４は、典型的には、患者の体の内腔を通ることができるチューブの形状である。動作および構造の詳細が以下に記載される内視鏡１６は、メモリ２２と通信するプロセッサ２０を有する内視鏡モジュール１８によって制御される。内視鏡モジュール１８はまた、パノラマ画像生成モジュール２４を備える。その機能は以下に記載されており、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアとの組合せで実現され得る。装置１４は、その基端部２６においてハンドル２８に接続されている。本明細書において医師であると仮定される、システム１０のオペレータは、膀胱の画像を取得するために、このハンドル２８によって、装置を膀胱内へ挿入したり、内視鏡を操作したりできるようになる。本発明のいくつかの実施形態では、ハンドル２８を用いた内視鏡１６のマニュアル操作ではなく、たとえばスキャンすることによって、内視鏡が自動的に操作され、その画像を取得する。本明細書において参照によって組み込まれている特許文献１は、内視鏡の自動スキャンのための方法を記載しており、この方法は、自動スキャンが使用される本発明の実施形態のために、必要な変更を加えて、適用され得る。簡略化のために、別の方式で述べられている場合を除いて、以下の説明では、ハンドル２８を用いたマニュアル内視鏡操作が仮定されており、当業者は、自動的な内視鏡操作のケースに対して説明を適用することが可能になるであろう。
【００２４】
オペレータは、典型的にはキーボード、ポインティングデバイス、またはタッチスクリーンのうちの少なくとも１つを備える制御装置３０を介してモジュール１８へ入力を提供することができる。その代わりに、または、それに加えて、制御装置３０のうちの少なくともいくつかが、ハンドル２８内に組み込まれ得る。簡略化のために、制御装置３０は、本明細書においてマウスからなると仮定され、制御装置は本明細書ではマウス３０とも称される。画像生成モジュール２４とは別に、内視鏡モジュール１８は典型的には、内視鏡モジュールを操作する際にシステム１０のオペレータによって使用され得るグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）モジュールのような他のモジュールをも備えているが、簡略化のために、これらのモジュールは図面に示されていない。
【００２５】
プロセッサは、システム１０を制御するために、典型的にはメモリ２２内に格納されたソフトウェアを使用する。プロセッサ２０によって実行された動作の結果は、システム１０のオペレータに対してスクリーン３２上に表示され得る。スクリーンは、典型的には、システム１０によって生成された膀胱１２のパノラマ画像を表示する。システム１０を動作させるためのソフトウェアは、たとえば、ネットワークを介して、電子形態でプロセッサ２０へダウンロードされ得るか、あるいは、その代わりにまたはそれに加えて、磁気的、光学的、もしくは電子的なメモリのような非一時的な有形媒体で提供され得る、且つ／または、このような有形媒体に格納され得る。
【００２６】
システム１０を操作するために、医師は、装置の先端部３６が膀胱に入るまで、尿道３４を通って装置１４を挿入する。
【００２７】
図２Ａは、本発明の実施形態に従って、膀胱１２に入った装置１４の先端部３６を例示する概要図である。装置１４は、典型的には円形断面を有するチューブ状部材５０として形成される。部材５０内では、２つのチャネルが形成され、内視鏡チャネル５２は、膀胱１２に内視鏡１６を送るために使用され、投影機チャネル５４は、本明細書では投影機５６とも称されるパターン投影デバイス５６を膀胱１２へ送るために使用される。チャネル５２および５４は、典型的には、実質的に互いに平行である。投影機保持チューブ５８は、投影機を、保持チューブの先端部６０において固定保持するために使用される。
【００２８】
投影機５６は、膀胱の壁６２にパターン６１を投影するように構成される。投影機は、パターン６１が実質的にすべての壁６２に投影されるように構成され、投影されたパターンは、投影機５６において起点を有する直交したｘｙｚ軸の任意のセットに関して特徴付けられていると仮定され、これらの軸は、本明細書において投影機軸とも称される。投影されたパターンのタイプおよび特徴は、図５に関して以下に、より詳細に記載される。パターンを生成するために、投影機５６は、少なくとも１つの回折光学素子（ＤＯＥ）６４を備える。これは、コヒーレントな光によって照明された場合に、投影機から所望のパターンが投影するように製造されている。簡略化のために、以下の説明は、別の方式で述べられている場合を除いて、典型的にはほぼ円筒状であり、単一のコヒーレントな光源によって照明される、１つのＤＯＥ  ６４を用いてパターン６１が生成されると仮定している。当業者であれば、単一のコヒーレントな光源によって照明された複数のＤＯＥ  ６４のケースに対して、または、複数のコヒーレントな光源によって照明された複数のＤＯＥ  ６４のケースに対して記載を適用することができるであろう。
【００２９】
１つの実施形態では、ＤＯＥ  ６４のためのコヒーレントな光は、保持チューブ５８内に囲まれた単一モードの光ファイバ導光路６６によってＤＯＥへ伝送される。典型的にはレーザダイオードであるレーザ６８は、コヒーレントな光を光学部品内に入れるために、光ファイバの基端部７０に結合される。コヒーレントな光は、ＤＯＥ  ６４を照明するために、光ファイバの先端部７２から出る。典型的には、レーザ６８は、ハンドル２８に組み込まれ得、内視鏡モジュール１８によって電力を供給され得る。
【００３０】
あるいは、レーザ６８は、チューブ５８の先端部６０に配置され得、ＤＯＥ  ６４を直接的に照明するように構成され得る。このケースでは、光ファイバ６６が必要ない一方で、レーザ６８のための電力は、チューブ５８内の導体（図示せず）によってモジュール１８から送られ得る。
【００３１】
システム１０の動作中、投影機５６は、チューブ状部材５０に固定して取り付けられる。１つの実施形態では、この取付は、保持チューブ５８に接続されたスプリング７４を用いて達成される。スプリングは、チューブ状部材の先端部３６に対して押すことにより、所定の位置にチューブ５８を保持する。しかしながら、この取付は、当該技術分野において周知のその他任意の便利な方法によってもよい。
【００３２】
内視鏡１６は、光学イメージング部分９０を備える。その実施形態は、以下において図３Ａを参照してより詳細に記載される。イメージング部分９０は、対称中心軸９６を有する内視鏡チューブ９４の先端部９２に配置されている。投影機５６とは対照的に、部分９０は、部材５０に対して移動することが可能である。フレキシブルな、または、剛性を有する内視鏡のために、この移動は、軸９６周りの回転のみならず、軸に沿った並進運動をも含み得る。いくつかの実施形態では、内視鏡１６の構成に依存して、部分９０の移動はまた、軸９６に対して直交する部分の並進運動を含み得る。光学イメージング部のそのような直交的な並進運動は、屈曲部および／または回転可能なイメージングユニットを有するフレキシブルな内視鏡のために、軸９６に対して内視鏡の先端部９２を曲げることによって達成され得る。典型的には、部分９０のすべての移動は、ハンドル２８内の制御装置を操作するシステム１０のオペレータによる。
【００３３】
図２Ｂは、本発明の代替実施形態に従って、膀胱１２に入ったイメージング装置１１４の先端部１１２を例示する概要図である。以下に記載される相違点は別として、イメージング装置１１４の動作は全体として、イメージング装置１４（図１および図２Ａ）のものに類似しており、装置１４および装置１１４における同じ参照符号で示された要素は、全体として、構成および動作において類似している。装置１４とは対照的に、装置１１４は、内部に単一チャネル１１８が形成されたチューブ状部材１１６として形成されている。単一チャネル１１８は、内視鏡１６と、本明細書では投影機１２０とも称されているパターン投影デバイス１２０と、の両方を、膀胱へ送り出すために使用される。内視鏡および投影機は、装置１４の並列的な構成とは対照的に、互いに同軸的に構成されている。
【００３４】
投影機保持チューブ１２２は、チャネル１１８を通過することができる略円筒状のチューブとして形成される。チューブ１２２は、導管内部で内視鏡チューブ９４を送り出すように構成された中央円筒状導管１２４を有し、投影機１２０は、投影機保持チューブの先端部１２６に固定されている。
【００３５】
投影機１２０は、投影機が先端部１２６と整列して先端部１２６とペアをなすように、中央開口部１２８を備えた円筒として形成される。投影機５６のように、投影機１２０は、膀胱の壁６２にパターン６１を投影するように構成されており、コヒーレントな光によって照明された場合に、パターンを生成する、少なくとも１つのＤＯＥ  １３０を備える。
【００３６】
例として、投影機１２０は、ＤＯＥ  １３０ＡおよびＤＯＥ  １３０Ｂを備えていると仮定される。ＤＯＥ  １３０ＡおよびＤＯＥ  １３０Ｂは典型的には、略半円筒状であり、それぞれの単一モード光ファイバ１３４Ａおよび１３４Ｂを介して光を伝送するレーザ１３２Ａおよび１３２Ｂによるコヒーレントな光でそれぞれ照明される。しかしながら、投影機１２０の少なくとも１つのＤＯＥを提供するコヒーレントな光は、装置１４に関して前述した方法のうちのいずれかによる。
【００３７】
装置１４に関し、システム１０の動作中、投影機１２０が、チューブ状部材１１６に固定して取り付けられている。この取付は、投影機保持チューブ１２２の外壁に接続され且つチューブ状部材の先端部１１２に対して押すことによってチューブおよび投影機を所定の位置に保持するスプリング１３６により得る。投影機が所定の位置に固定されると、内視鏡１６のイメージング部分９０が、全体として装置１４に対して前述されたように操作され得る。したがって、フレキシブルな、または、剛性を有する内視鏡のために、光学イメージング部分９０は、導管１２４内のチューブ９４を回転またはスライドさせることによって、軸９６の回りで回転されるか、または、軸に沿って並進運動され得る。内視鏡１６がフレキシブルである場合、その部分９０は、装置１４に対して前述されたように、軸９６に対して直交的に並進運動され得る。
【００３８】
図３Ａは、本発明の実施形態に従う、光学イメージング部分９０の概要例示である。この図は、部分９０の概要的な側断面図１５０と、部分の概要的な正面断面図１５２と、を例示する。部分９０は、典型的には、画像センサとして動作する電荷結合素子（ＣＣＤ）の矩形状アレイであるイメージングデバイス１６０を備える。デバイスの側面１６２の方向は、デバイスの向きを規定するために使用され得る。デバイス１６０は、その動作のために、ケーブル１６４を介して内視鏡モジュール１８から電力を受け取り、制御する。このケーブルはまた、デバイスによって取得された画像を表わす信号を、デバイス１６０からモジュールへ伝送するように構成される。デバイス１６０は、デバイスの視野１６８内にある壁６２の一部分の画像を取得するためにイメージング光学部品１６６を用いるように構成される。デバイス１６０によって取得される壁６２の所与の画像（投影機５６または投影機１２０からの壁上への投影を含む）は、視野１６８によって規定される。視野１６８はまた、光学部品１６６、軸９６の方向、および軸９６に直交する平面における任意の軸１７２に対して測定された軸９６周りのデバイスの角度向き１７０によって規定される。（この画像はまた、壁６２に対するデバイス１６０の位置および向きによって規定される。）例示として、側面図１５０に対して、軸１７２は、紙面の平面内にあると仮定され、角度向き１７０は、軸１７２と側面１６２との間で測定されると仮定される。
【００３９】
イメージング部分９０はまた、典型的には発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える照明デバイス１８０を備える。発光ダイオードは、選択的に、壁６２へ照明光１８４を向けるために関連付けられた光学素子１８２を用い得る。デバイス１８０および素子１８２は、使用される場合、イメージングデバイス１６０によって画像化される領域へ光１８４を向けるように構成される。この照明光は、壁からの反射および／または散乱の後、イメージングデバイス１６０によって使用され、その画像を取得する。
【００４０】
図３Ｂは、本発明の代替実施形態に従う、光学イメージング部分２９０の概要例示である。以下に記載される相違点は別として、チューブ９４の先端部９２に配置された部分２９０の動作は、全体として、部分９０（図３Ａ）の動作に類似しており、部分９０および２９０の両方において同じ参照符号によって示されている要素は、全体として、構成および動作において類似している。
【００４１】
イメージングデバイス１６０に加えて、部分２９０は、動作においてデバイス１６０に実質的に類似し且つ第２のイメージセンサとして動作する、第２のイメージングデバイス２９２を備える。デバイス２９２は、デバイス１６０によって画像化される同じ要素からの照明を受け取り、その出力を受け取り、取得した画像を、ケーブル１６４を介して伝送するように構成される。以下により詳細に記載されるように、典型的にはデバイス２９２によって画像化される光のスペクトルは、デバイス１６０のものとは異なる。そして、光を選択的に反射させ且つ予め決定されたスペクトル範囲でこれら２つのデバイスへ送るように構成された部分反射素子２９４を用いて、異なるスペクトルが、これら２つのデバイスへ提供され得る。１つの実施形態では、デバイス１６０および２９２は、互いに直角に搭載され、素子２９４は、これら２つのデバイスに対して４５°で方向づけられたダイクロイックミラーを備える。ダイクロイックミラーは、第１のスペクトル範囲内で光をデバイス１６０へ送り、第２のスペクトル範囲内で光をデバイス２９２へと反射させる。代替実施形態では、素子２９４は、広帯域ビームスプリッタを備え、デバイス１６０の、および、これらの異なるスペクトル範囲への感度は、デバイスの前にそれぞれのフィルタ（図示せず）を組み込むことによって達成される。しかしながら、これら２つのイメージングデバイスセンサにおける異なるスペクトル範囲のイメージングは、当該技術分野で周知のその他任意の便利なシステムであってもよい。
【００４２】
図４は、本発明の代替実施形態に従って、膀胱１２に入った装置３１４の先端部３６を例示する概要図である。以下に記載される相違点は別として、装置３１４の動作は、全体として、装置１４（図２Ａ）の動作に類似しており、装置１４および装置３１４の両方において同じ参照符号によって示されている要素は、全体として、構成および動作において類似している。
【００４３】
装置１４とは対照的に、装置３１４では、光ファイバ６６の基端部７０は、第１の基端部３１６および第２の基端部３１８において終端するように分岐させられる。レーザ６８が、第１の基端部３１６に結合され、典型的には図３Ａを参照して前述された照明デバイス１８０に全体的に類似した照明デバイス３２０が、第２の端部３１８に結合される。レーザ６８およびデバイス３２０は両方とも、生成された光を光ファイバ６６内に入れることができ、生成された光は、光ファイバ先端部７２から放射するようになる。典型的には、デバイス３２０によって生成されて光ファイバ先端部７２から放射する光は、壁６２のすべてを照明するように構成される。装置３１４では、装置１４のようにデバイス１８０からの光が内視鏡１６の先端部９２から放射するのではなく、デバイス３２０からの光が、投影機５６から放射することが理解されるであろう。
【００４４】
図５は、本発明の実施形態に従って、イメージングデバイス１６０またはイメージングデバイス２９２によって画像化されるようなパターン６１の一部分の概要例示である。前述したように、パターン６１は、投影機５６によって壁６２上に投影され、壁は、膀胱１２またはその他任意の体腔のケースでは、３次元曲面を含む。本発明の実施形態では、パターンの一部分によってイメージングデバイス上に形成された画像が、プロセッサ２０（図１）によって使用され得るように、パターン６１が構成され、これにより、壁６２へ向かうイメージングデバイスの異なる視界方向を区別するとともに、所与の視界方向に対するイメージングデバイスの異なる向きを区別する。
【００４５】
言い換えれば、図３Ａおよび図３Ｂに戻って参照すると、投影機軸に対して測定された、特有の、デバイスの視界の方向を決定するために、デバイス１６０またはデバイス２９２上のパターンの画像をプロセッサ２０が分析できるようにパターン６１が構成される。視界の方向は軸９６に相当する。パターン６１はまた、デバイス１６０または２９２上のパターン６１の画像によって、プロセッサ２０が、特有の角度向き１７０の値を決定できるようになるようにも構成される。
【００４６】
本明細書では、例として、パターン６１は、壁６２上に投影された複数の線３５０から形成されると仮定される。典型的には、図に例示されるように、デバイス１６０上に形成されたようなこれらの線からなる画像は、曲線状である。これら複数の線は、幾何学的分布における十分な非対称性、および／または、ランダムさを有するように定式化されており、これによって、イメージングデバイス上の線の画像は、前述した特異性の要件を満たすようになり、すなわちプロセッサ２０は、画像化されたパターンの分析によって、イメージングデバイスの異なる視界の方向および向きを確実に区別できるようになる。
【００４７】
前述した明瞭性及び特異性の区別要件を満たすその他の形式のパターン６１が、当業者に明らかになるであろう。そのような形式は、限定される訳ではないが、互いに接続する場合もしない場合もある閉じられた形状を備えたパターンのみならず、図５に図示されたものに類似の線を有するパターンを含み、これら類似の線は、異なる厚みまたは曲率のような異なる特性を有する。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態では、壁上に投影されたパターンは、個々にスキャンされ得る部分へ壁を分割するように実現される。このケースでは、これらの部分は、順番にスキャンされ得、スキャンされた部分は、その後、全体としてフローチャート４００に関して以下に記載されるように、必要な変更を加えて、ともにつなぎ合わされる。
【００４９】
図６は、本発明の実施形態に従って、膀胱１２のパノラマ画像を生成する際に実行されるステップのフローチャート４００である。以下の記載は、イメージング装置１４（図１および図２Ａ）が、膀胱の画像を取得するために使用され、この装置のイメージング部分９０が、図３Ａを参照して前述されたものであると仮定している。この記載はまた、イメージングデバイス１６０が、照明デバイス１８０によって投影された光、および、レーザ６８からの光に対して感度が高いと仮定している。イメージング装置１１４またはイメージング装置３１４のいずれかが使用されるのであれば、当業者は、フローチャート４００の記載を、必要な変更を加えて、適用することができるであろう。
【００５０】
レーザ６８の波長は、照明デバイス１８０から投影される光の波長のスペクトル内にないように選択される。すなわち、２つの光源が、異なる波長を投影する。たとえば、レーザ６８は、非可視の赤外光を投影するように選択され得る一方、デバイス１８０は、可視スペクトル内の光を投影するように選択され得る。レーザ６８は、波長の狭帯域を投影し得る一方、デバイス１８０は典型的には、白色光に対応する広い波長の帯域を投影する。
【００５１】
第１のステップ４０２では、全体として図２Ａに例示されるように、装置１４は、先端部３６が膀胱内に入るまで膀胱１２内に挿入される。先端部３６が膀胱内にあると、投影機５６が先端部から突出するように移動され、典型的には、スプリング７４が先端部と対となることを保証することによって投影機が所定の位置に固定される。さらに、イメージング部分９０が、膀胱内の固定された任意の初期位置へ移動され、これによって、第１の向きを有するようになる。
【００５２】
作動ステップ４０４では、パターン６１を壁６２上に投影するために、レーザ６８が作動される。投影機５６が所定の位置に固定されているので、投影されたパターン６１は不動であり且つ壁６２に対して不変である。さらに、光１８４が壁６２の領域に投影するように、内視鏡の照明デバイス１８０が作動される。
【００５３】
第１のイメージングステップ４０６では、デバイス１６０が、その視野１６８内の壁６２の第１の画像を取得する。取得された画像は、壁６２の要素のみならず、視野内にあるパターン６１の要素をも含む。プロセッサ２０は、取得した画像を、メモリ２２に格納する。
【００５４】
運動ステップ４０８では、イメージング部分９０が、その初期位置から、別の新たな位置へと移動され、そこで再び所定の位置に固定され、これによって、第２の向きを有するようになる。運動ステップ４０８では、パターン６１は、所定の位置に固定されたままである。システム１０のオペレータは、移動をマニュアルで実施するために、ハンドル２８を用い得る。あるいは、システム１０に自動スキャンが実装されているのであれば、この移動は、自動的に実施され得る。この移動は、図２Ａを参照して前述した内視鏡１６の可能な運動のうちの１つ以上を含み得る。典型的には、この移動は、体系的に実施され、これによって、内視鏡は、予め決定された量だけ並進運動および／または回転される。
【００５５】
いくつかの実施形態では、システム１０のオペレータは、スクリーン３２上に、イメージングデバイス１６０によって生成された画像を観察することにより、２つの位置間の移動量を選択する。新たな位置の選択を容易にするために、内視鏡１６が移動されると、プロセッサ２０は、ステップ４０６において格納された画像のみならず、デバイス１６０によって生成された画像をも表示し得る。典型的には、必ずしも必要な訳ではないが、新たな位置において生成された画像の位置が、ステップ４０６において取得された画像にオーバラップするように、新たな位置への移動量が選択される。
【００５６】
第２のイメージングステップ４１０では、部分９０がその新たな位置に固定されると、デバイス１６０は、壁６２の第２の画像と、その視野１６８内のパターン６１の要素と、を取得する。プロセッサ２０は、取得された第２の画像をメモリ２２内に格納する。
【００５７】
矢印４１２によって例示されるように、ステップ４０８およびステップ４１０は繰り返され、これによって、固定された新たな位置および向きへ内視鏡１６を移動させるステップと、新たな位置および向きにおいて画像をキャプチャするステップと、の処理が反復する。この反復は典型的には、複数の第２の画像を取得し、ステップ４１８（以下にさらに記載される）において表示された画像が、システム１０のオペレータによって妥当とみなされるまで繰り返され得る。
【００５８】
つなぎ合わせステップ４１４では、プロセッサ２０が、つなぎ合わせを実行するための基準としてパターン６１の画像を用いて、第１の画像と第２の画像とをつなぎ合わせる。言い換えれば、プロセッサは、第１の画像および第２の画像におけるパターンの一部分を、互いに揃える。このつなぎ合わせが、パノラマ画像を生成する。これは、本明細書では、フィルタ処理されていないパノラマ画像と称され、壁６２の画像を、パターン６１の画像とともに含んでいる。
【００５９】
フィルタステップ４１６では、プロセッサ２０は、パターン６１の画像を除去し、パターン６１を含まないフィルタ処理されつなぎ合わされたパノラマ画像を生成するために、フィルタ処理されていないパノラマ画像をデジタル的にフィルタ処理する。デジタルフィルタは、レーザ６８のスペクトルとデバイス１８０とが異なるという事実を利用し得る。あるいは、または、それに加えて、デジタルフィルタは、フィルタを実行するために、たとえば、画像が、実質的に連続的な線を含んでいるパターン６１の画像の特性を用い得る。
【００６０】
表示ステップ４１８では、プロセッサ２０は、フィルタ処理されつなぎ合わされたパノラマ画像を、スクリーン３２上に表示する。必要であれば、たとえば、ステップ４１８において取得され表示された壁６２の領域を拡大するために、システム１０のオペレータは、矢印４２０によって例示されるように、運動ステップ４０８へとフローチャートを戻し得る。
【００６１】
上記記載から明らかなように、フローチャート４００の実施中、パターン６１を投影するために使用されるレーザ６８からの光と、壁６２の画像を取得するために使用される照明デバイス１８０からの光と、の両方が、同時に投影され得る。以下に記載されるフローチャート５００は、パターンを投影する光と、壁画像を取得するために使用される光と、がトグル切り替えされる実施形態を例示する。
【００６２】
ステップ４１４において実施されるつなぎ合わせは、典型的には、画像がオーバラップすることと、このオーバラップが、運動ステップ４０８に対して上記で説明されたように、システムオペレータがスクリーン３２を用いて内視鏡１６のための適切な位置を選択することによって保証され得ることと、を必要とすることが理解されるであろう。あるいは、画像が連続的でなければならない。いくつかの実施形態では、典型的には、矢印４１２または４２０によって例示される経路に従う場合、プロセッサ２０は、オーバラップまたは連続性をチェックし、いくつかの画像がどの特性も所有していないとの警告を、スクリーン３２上に表示し得る。図４に関して前述されたパターン６１の特有のパターン特性によって、時間的に連続して取得された画像がオーバラップするまたは連続的であるという要件はない。むしろ、パノラマを生成するために使用される各画像は、取得処理の任意の時間においてキャプチャされた少なくとも１つの他の画像と、オーバラップすべきであるか、または、連続的でなければならない。パターン６１の特有の特性は、そのような画像をつなぎ合わせる際における曖昧さのないことを保証する。
【００６３】
図７Ａは、本発明の代替実施形態に従って、膀胱１２のパノラマ画像を生成する際に実行されるステップからなるフローチャート５００であり、図７Ｂは、このフローチャートの各ステップを例示する概要図を示す。フローチャート４００に関し、以下の記載は、イメージング装置１４（図１および図２Ａ）が、膀胱の画像を取得するために使用され、この装置のイメージング部分９０が、図３Ａを参照して前述されたものであることを仮定している。この記載はまた、イメージングデバイス１６０が、照明デバイス１８０によって投影された光、および、レーザ６８からの光に対して感度が高いと仮定している。当業者であれば、イメージング装置１１４またはイメージング装置３１４のいずれかが使用されるのであれば、フローチャート５００の記載を、必要な変更を加えて、適用することができるであろう。
【００６４】
「壁全体視界」図（図７Ｂ）は、デバイス１８０によってのみ照明される場合の壁６２を概略的に例示する。「パターンが投影された壁全体視界」図は、デバイス１８０によって照明され且つパターン６１が壁上に投影される場合の壁６２を例示する。
【００６５】
以下でさらに説明されるように、レーザ６８およびデバイス１８０がトグル切り替えされる。すなわち、それらが、一方がオンである場合他方がオフであるように、断続的に切り替えられる。結果として、フローチャート４００に関する光要件とは対照的に、フローチャート５００の実施においては、レーザ６８および、デバイス１８０からの光の波長は、同じであり得るか、あるいは、これら波長は異なり得る。
【００６６】
第１のステップ５０２は、ステップ４０２（図６）と実質的に同じである。
【００６７】
第１のパターン投影ステップ５０４では、レーザ６８が作動され、壁６２上に形成されたパターンが不動かつ不変となるように、パターン６１を投影する。しかしながら、照明デバイス１８０は、オフ状態に維持される。第１のパターンイメージングステップ５０６では、イメージングデバイス１６０は、ステップ５０２において形成された第１の向きにおいて、視野１６８内にある投影されたパターンの第１の画像を取得し、プロセッサ２０は、取得された第１のパターン画像を格納する。
【００６８】
「第１のパターン画像、第１の向き」（図７Ｂ）図は、ステップ５０６においてデバイス１６０によって取得された画像を例示する。
【００６９】
第１の照明ステップ５０８では、パターン生成レーザ６８がトグルでオフされ、照明デバイス１８０がトグルでオンされる。第１の壁イメージングステップ５１０では、イメージングデバイス１６０が、視野１６８における壁６２の一部分の第１の壁画像を取得し、取得された第１の壁画像を、プロセッサ２０が格納する。
【００７０】
「第１の壁画像、第１の向き」図は、ステップ５１０においてデバイス１６０によって取得された画像を例示する。
【００７１】
運動ステップ５１２は、運動ステップ４０８（図６）と実質的に同じである。
【００７２】
第２のパターン投影ステップ５１４、第２のパターンイメージングステップ５１６、第２の照明ステップ５１８、および第２の壁イメージングステップ５２０はそれぞれ、前述したステップ５０４、５０６、５０８および５１０と実質的に同じである。ステップ５０４、５０６、５０８、および５１０のように、ステップ５１４、５１６、５１８、および５２０では、パターンおよび壁照明がトグル切り替えされる。ステップ５１６では、第２のパターン画像が取得および格納され、ステップ５２０では、第２の壁画像が取得および格納される。第２のパターン画像および第２の壁画像は、イメージングデバイス１６０の同じ視野を用いて取得される。運動ステップ５１２によって引き起こされた内視鏡１６の位置および向きが異なることによって、ステップ５０４、５０６、５０８、および５１０のセットの視野と、ステップ５１４、５１６、５１８、および５２０のセットの視野と、が、異なることが理解されるであろう。
【００７３】
「第２のパターン画像、第２の向き」図は、ステップ５１６においてデバイス１６０によって取得された画像を例示しており、「第２の壁画像、第２の向き」図は、ステップ５２０においてデバイス１６０によって取得された画像を例示している。
【００７４】
矢印５２２は、ステップ５１２〜５２０が繰り返されることを例示している。反復中に、パターンおよび照明光はトグル切り替えされる。（ステップ５１２の実施後）内視鏡の各新たな位置において、パターン画像が取得され、壁画像が取得される。
【００７５】
つなぎ合わせステップ５２４では、壁６２のパノラマ画像を生成するために、プロセッサ２０は、第１の壁画像および第２の壁画像、すなわち、ステップ５１０および５２０において取得された壁画像をつなぎ合わせる。このつなぎ合わせを達成するために、プロセッサは、所与の第１の壁画像を、所与の第２の壁画像と揃える。プロセッサは、対応するパターン画像に適合するために必要なアライメントを発見することによって、これら２つの壁画像のために必要なアライメントを決定し、これによって、プロセッサ２０は、壁画像を揃えるための基準として、このパターン画像を使用する。
【００７６】
「揃えられたパターン画像を用いてつなぎ合わされた壁画像」図は、つなぎ合わせステップ５２４の結果を例示する。
【００７７】
表示ステップ５２６では、プロセッサ２０は、つなぎ合わされたパノラマ画像をスクリーン３２上に表示する。必要であれば、システム１０のオペレータは、矢印５２８によって例示されるように、フローチャートを運動ステップ５１２へ戻し得る。
【００７８】
図８は、本発明のさらなる代替実施形態に従って、膀胱１２のパノラマ画像を生成する際に実行されるステップのフローチャート６００である。以下の記載は、イメージング装置１４（図１および図２Ａ）が、膀胱の画像を取得するために使用されることと、この装置のイメージング部分２９０が、図３Ｂを参照して前述されたものであることと、を仮定する。
【００７９】
図３Ｂを参照して前述したように、部分２９０は、２つのイメージングデバイス１６０および２９２を備えている。以下の記載では、イメージングデバイス１６０は、照明デバイス１８０からの光に対して感度が高く、レーザ６８からの光に対して感度が低いように構成されていると仮定されている。さらに、イメージングデバイス２９２は、レーザ６８からの光に対して感度が高く、照明デバイス１８０からの光に対して感度が低いように構成されている。レーザ６８およびデバイス１８０からの光の波長は、実質的にフローチャート４００に対して前述されたとおりである。典型的には、レーザ６８からの光は、赤外線領域にあるように非可視である一方、照明デバイス１８０は、可視光、典型的には白色光を投影する。
【００８０】
初期ステップ６０２および作動ステップ６０４は、全体としてステップ４０２および４０４（図６）それぞれに対して記載されたとおりである。フローチャート４００に関し、フローチャート６００では、レーザ６８および照明デバイス１８０からの光は、同時に投影され得る。以下の記載では、レーザ６８およびデバイス１８０からの同時投影が仮定される。しかしながら、当業者は、連続的な投影のケース、すなわち、フローチャート５００を参照して前述されたようなレーザおよびデバイスのトグル切り換えに対して、この記載を、必要な変更を加えて、適用できるであろう。
【００８１】
第１のイメージングステップ６０６では、イメージングデバイス１６０は、壁６２の一部分の第１の壁画像を取得する。同時に、イメージングデバイス２９２は、この部分に投影される第１のパターン画像を取得する。これら２つの第１の画像は、イメージングデバイスの第１の向きに対して、同じ視野１６８を有し、プロセッサ２０は、これら２つの第１の画像を格納する。
【００８２】
運動ステップ６０８は、運動ステップ４０８（図６）と実質的に同じである。
【００８３】
第２のイメージングステップ６１０では、イメージングデバイス１６０は、壁６２の一部分の第２の壁画像を取得する。同時に、イメージングデバイス２９２は、この部分に投影された第２のパターン画像を取得する。これら２つの画像は、互いに同じ視野１６８を有するが、内視鏡は、ステップ６０８において、第２の向きへ移動しているので、２つの視野、すなわち、第１および第２の画像のセットは異なる。
【００８４】
矢印６１２によって例示されるように、ステップ６０８およびステップ６１０は繰り返され、これによって、固定された新たな位置へ内視鏡１６を移動させるステップと、新たな位置において２つの画像、すなわちパターン画像と壁画像、をキャプチャするステップと、の処理が反復する。この反復は典型的には、２つの画像の複数のセットを取得し、ステップ６１６（以下にさらに記載する）において表示された画像が、システム１０のオペレータによって妥当とみなされるまで繰り返され得る。
【００８５】
つなぎ合わせステップ６１４では、プロセッサ２０が、つなぎ合わせを実行するための基準としてパターン６１の第１および第２の画像を用いて、第１および第２の壁画像をつなぎ合わせる。このつなぎ合わせは、全体として、ステップ５２４（図７）に関して前述されたとおりである。
【００８６】
表示ステップ６１６では、プロセッサ２０は、つなぎ合わされたパノラマ画像を、スクリーン３２上に表示する。必要であれば、システム１０のオペレータは、矢印６１８によって例示されるように、フローチャートを、運動ステップ６０８へ戻し得る。
【００８７】
前述された実施形態は、例として引用され、本発明は、具体的に図示され前述されたものに限定されないことが理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、前述されたさまざまな特徴の組合せと部分的組合せとの両方のみならず、前述された説明を読んだ後に当業者が想起する、従来技術において開示されていない変形および変更をも含む。
【符号の説明】
【００８８】
１０  パノラマ内視鏡イメージングシステム
１２  体腔、膀胱
１４  イメージング装置
１６  内視鏡
１８  内視鏡モジュール
２０  プロセッサ
２２  メモリ
２４  パノラマ画像生成モジュール
２６  基端部
２８  ハンドル
３０  制御装置、マウス
３２  スクリーン
３４  尿道
３６  先端部
５０  チューブ状部材
５２  内視鏡チャネル
５４  投影機チャネル
５６  パターン投影デバイス、投影機
５８  投影機保持チューブ
６０  先端部
６１  パターン
６２  壁
６４  回折光学素子（ＤＯＥ）
６６  光ファイバ導光路
６８  パターン生成レーザ
７０  基端部
７２  光ファイバの先端部
７４  スプリング
９０  光学イメージング部分
９２  先端部
９４  内視鏡チューブ
９６  対称中心軸
１１２  先端部
１１４  イメージング装置
１１６  チューブ状部材
１１８  単一チャネル
１２０  パターン投影デバイス、投影機
１２２  投影機保持チューブ
１２４  中央円筒状導管
１２６  先端部
１２８  中央開口部
１３０Ａ  ＤＯＥ
１３０Ｂ  ＤＯＥ
１３２Ａ  レーザ
１３２Ｂ  レーザ
１３４Ａ  光ファイバ
１３４Ｂ  光ファイバ
１３６  スプリング
１５０  側断面図
１５２  正面断面図
１６０  イメージングデバイス
１６２  デバイスの側面
１６４  ケーブル
１６６  イメージング光ファイバ
１６８  視野
１７０  角度向き
１７２  軸
１８０  照明デバイス
１８２  光学素子
１８４  照明光
２９０  光学イメージング部分
２９２  イメージングデバイス
２９４  部分反射素子
３１４  イメージング装置
３１６  第１の基端部
３１８  第２の基端部
３２０  照明デバイス
３５０  線
【要約】
体腔（１２）の壁（６２）にパターン（６１）を投影するパターン投影デバイス（５６、１２０）を含むイメージング装置（１４）。このパターンは、少なくとも第１の部分および第２の部分を含む。この装置はまた、体腔の壁に照明光を向ける照明デバイス（１８０）と、壁に投影されたパターンの第１の部分に向けられた第１の向きにある間、第１の部分の第１の画像を取得し、壁に投影されたパターンの第２の部分に向けられた第２の向きにある間、第２の部分の第２の画像を取得するイメージングデバイス（１６０）と、を含む。この装置はさらに、照明光を使用している間、イメージングデバイスが第１の画像および第２の画像を取得するように、パターン投影デバイスおよび照明デバイスを制御し、第１の画像を第２の画像につなぎ合わせるプロセッサ（２０）を含む。【図１】
0005951916.tif 000002
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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