(57)【要約】サンプルから蛍光画像を取得するシステム及び方法を提供する。広帯域励起光（３０２）を波長依存周波数変調で符号化し、サンプル（３１４）に、例えば、回折格子（３１６ａ）を用いて分散し、同時に全画像ラインを照明する。周波数符号化蛍光発光を測定して、画像の一つのラインを得ることができる。波長符号化軸に直交する方向に沿って機械的に走査することによって、二次元の蛍光画像を生成することができる。本システム及び方法は、特に、内視鏡、カテーテル、又は小径プローブによって蛍光画像を取得する際に有用である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの少なくとも一つの部分からフォトルミネセンス放射を取得するシステムであって、
（ｉ）第１の放射を受けて、該第１の放射を少なくとも一つの第２の放射と少なくも一つの第３の放射に分散し、
（ｉｉ）前記第２の放射及び前記第３の放射に基づき、前記少なくとも一つの部分からの前記フォトルミネセンス放射を受ける、少なくとも一つの装置を備え、
前記第２の放射及び前記第３の放射は、前記少なくとも一つの部分の異なる位置に提供される、システム。
【請求項２】
前記少なくとも一つの装置は、回折格子、プリズム、グリズム、デュアルプリズム・グリズム、又はレンズの少なくとも一つを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つの装置は、開口数が０．５を上回るレンズを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも一つの第１の装置が、少なくとも一つの光ファイバを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも一つの光ファイバが、複数のクラッディングを含む、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも一つの光ファイバが、複数の光ファイバを含む、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも一つの第１の装置が、少なくとも一つのピンホール部又は少なくとも一つのスリット部の少なくとも一つを含む、請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも一つの光ファイバの少なくとも一つがマルチモードファイバである、請求項４記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも一つの第１の放射を提供するように構成された波長同調光源をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
複数の波長を有する少なくとも一つの第１の放射を提供するように構成された光源をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
異なる周波数で波長を変調するように構成された更なる装置を備える、請求項７記載のシステム。
【請求項１２】
前記更なる装置は、干渉計装置を含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記干渉計装置は、少なくとも一つの並進可能な構成部を含む、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記更なる装置は、少なくとも一つの並進可能な構成部の非線形生を補正するように構成されたさらなる干渉計装置を含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記更なる装置は、周波数符号化機能を提供するように構成された音響光学的変調器又は電気光学的変調器の少なくとも一つを含むことができる、請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの装置は、前記フォトルミネセンス放射の関数として、前記異なる位置に関係する情報を生成するように構成されており、さらに、前記情報に基づいて少なくとも一つの画像を生成するように構成された処理装置をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
前記処理装置は、少なくとも一つの信号を受信して、前記少なくとも一つの信号をフーリエ変換して画像を生成する、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの画像は、顕微鏡画像又は内視鏡画像の少なくとも一つを含む、請求項１６記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの装置は、フォトルミネセンス放射を受け取り、前記フォトルミネセンス放射に関係する少なくとも一つの信号を生成する検出部を備える、請求項１４記載のシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの装置は、前記サンプルの少なくとも一つの部分の異なる位置の前記第２の放射及び前記第３の放射の位置を制御することができる、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
（ｉ）第１の放射を受けて、該第１の放射を少なくとも一つの第２の放射と少なくも一つの第３の放射に分散するステップと、
（ｉｉ）前記第２の放射及び前記第３の放射に基づき、前記少なくとも一つの部分からフォトルミネセンス放射を受けるステップと、を含むサンプルの少なくとも一つの部分からフォトルミネセンス放射を取得する方法であって、
前記第２の放射及び前記第３の放射は、前記少なくとも一つの部分の異なる位置に提供される、方法。
【請求項２２】
前記フォトルミネセンス放射の関数として、前記異なる位置に関係する情報を生成するステップと、前記情報に基づいて少なくとも一つの画像を生成するステップとをさらに含む、請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、フォトルミネセンス画像形成を容易にするための装置及び方法に関し、より詳細には、例えば内視鏡、カテーテル又は小径プローブを介して蛍光画像を得る装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本発明は、２００５年１０月１４日に出願した米国特許出願番号第６０／７２７，２１５号に基づく優先権の利益を請求するとともに、その全ての開示を参照によってここに援用する。
（連邦政府支援の声明）
【０００３】
本発明は、国防省、空軍科学研究局により授与された規約第ＦＡ９５５０−０４−１−００７９号及び国立衛生研究所により授与された規約第５  Ｔ３２  ＡＲ０７０９８号に基づく合衆国政府支援によりなされたものである。よって、米国政府は本発明に係る特定の権利を保有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生体内マクロ及びマイクロ蛍光画像形成は、臨床疾患診断及び小動物研究のために益々利用されつつある。広い範囲の基本的かつ臨床の用途のために蛍光画像形成を拡張させるため、柔軟性のある小型化された内視鏡を利用することが好ましい場合がある。小型で柔軟性のあるプローブによる高品質蛍光画像形成法の性能は、小型のプローブの遠端部に高速ビーム走査機構を内蔵することができないこと、及び径の小さい結像ファイバ束の境界内に収納できる光ファイバの数が限定されていることから、困難であると考えられる。
【０００５】
径が２ｍｍを下回るプローブによる蛍光画像形成を行ってきたと考えられる従来の手法は、光ファイバ束を用いて実行されている。例えば、径が６００μｍから１．８ｍｍまで変化するプローブを用いて、マウスの精巣挙筋における血管の画像を取得し、標識付けされた循環細胞を視覚化している（Ｅ．  Ｌａｅｍｍｅｌ氏らの“Ｆｉｂｅｒｅｄ  ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  （Ｃｅｌｌ−ｖｉＺｉｏ  （ＴＭ））  ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓ  ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  −  Ａ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｗｉｔｈ  ｉｎｔｒａｖｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，”  Ｊ．Ｖａｓｅ．Ｒｅｓ．，  Ｖｏｌ．４１（５），  ４００  （２００４）を参照）。この刊行物に既述されているように、フルオレセインイソチアネート（「ＦＩＴＣ」；Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ  Ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）により標識付けされた細胞の画像（４８８ｎｍの励起）は、略１０，０００の光ファイバによるプローブを介して４００μｍ×２８０μｍの最大視野をもって１２Ｈｚで得られた。
【０００６】
６７３ｎｍで励起される、Ｃｙ５．５及びＣｙ７とともに用いることができる１０，０００の光ファイバを備える８００μｍ径内視鏡も利用可能である（Ｍ．  Ａ．  Ｆｕｎｏｖｉｃｓ氏らの“Ｍｉｎｉｔｕａｒｉｚｅｄ  ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ  ｆｏｒ  ｍｏｕｓｅ  ｉｍａｇｉｎｇ，”  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ，  Ｖｏｌ．２（４），  ３５０  （２００３）を参照）。水中に５６°の視界を有する結像先端部も、ＵＳＡＦ１９５１分解能目標により定められる、ミリメートル当たり７ラインペアの分解能で白色光反射式画像形成を容易にすることができる。代表的な画像は、マウス脈管構造からのものであり、３から１０Ｈｚの範囲をとるレートで卵巣腫瘍におけるプロテアーゼ活性のものであった（Ｍ．  Ａ．  Ｆｕｎｏｖｉｃｓ氏らの“Ｃａｔｈｅｔｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｅｎｚｙｍｅ  ａｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｇｅｎｅ  ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ：  Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｓｔｕｄｙ  ｉｎ  ｍｉｃｅ，”  Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．  ２３１（３），  ６５９  （２００４）を参照）。この刊行物によると、緑の蛍光タンパク質を表す腫瘍も観察された。
【０００７】
スペクトル符号化は、これまでに、反射率画像形成に対して実証されている（Ｇ．  Ｊ．  Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“スペクトル符号化された  共焦点  顕微鏡法，”  Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．２３（１５），１１５２（１９９８）  ａｎｄ  Ｇ．  Ｊ．  Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ２７（６），４１２（２００２）を参照されたい）。この代表的技術において、光ファイバからの広帯域光は、回折格子によって分散させて、当該サンプル上のライン上へ集めることができる。この点において、画像は、この次元で走査する必要はない。反射光は、レンズ、回折格子及び光ファイバを通じて戻り、その後、そのスペクトル符号化された画像は、ヘテロダイン・フーリエ変換分光法（ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により（Ｇ．Ｊ．Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，”Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．２３（１５），１１５２（１９９８）を参照されたい）、又はＣＣＤ検出器と連結した状態の他の回折格子（Ｇ．Ｊ．Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，”Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２７（６），４１２（２００２）を参照されたい）を用いて復号される。
【０００８】
横方向の次元は、例えば、小径のプローブにて実現することができる光ファイバ及び遠位光学部品を回転させることにより走査することができる（Ｇ．  Ｊ．  Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ  ｃａｔｈｅｔｅｒ−ｅｎｄｏｓｃｏｐｅｒ  ｆｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，”  Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．２１（７），  ５４３  （１９９６）を参照されたい）。この従来の技術を用いて、スペクトル符号化した１本のラインに沿う分解可能なポイント（ｎ）の数は、スペクトル帯域幅（Δλ）、中心波長（λ０）、ビーム径（ｄ）及び回折格子により定めることができる。
【数１】
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ここで、Ｇ及びθｉは、それぞれ格子溝密度及び入射角である（Ｇ．Ｊ．Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，”Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２７（６），４１２（２００２）を参照）。
【０００９】
スペクトル符号化フォトルミネセンス技術は、一般的には同様の概念に基づく。この代表的実施の形態において、蛍光発光は、ストークスシフトされてもよく、空間的位置は、概して、検出された波長に一意的に関係しない。結果的に、同様の処理を行う分光方法及び装置は、画像の復号に効率的ではないことがある。空間情報を回復するため、スペクトル及び周波数符号化（「ＳＦＥ」；ｓｐｅｃｔｒａｌ−ａｎｄ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｅｎｃｏｄｅｄ）画像形成技術は、励起光が回折格子を介してサンプル上へ分散する前に励起光の波長依存型の周波数変調を利用することができる。したがって、各位置における蛍光発光を、励起光の周波数に合わせて変調させることができ、これにより付加的レベルの符号化ができる。
【００１０】
したがって、これまで説明した欠点の少なくとも一部を対処及び／又は克服することは有益となりうる。例えば、基準干渉信号を能動的フィードバック制御に使用することによって、走査ミラーの非線形な動きを補正し、取得後の処理を不要にすることができる。
【００１１】
本発明は、従来の装置及び方法の欠点及び短所を解決し、例えば、内視鏡、カテーテル、又は小径プローブを介して蛍光画像を取得するフォトルミネセンス画像形成を容易にする代表的な実施の形態の装置及び方法を提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の或る代表的な実施の形態によると、分解可能なポイントを多く有しながらサブミリの径の内視鏡で実行することができる、蛍光画像形成、例えば、スペクトル及び周波数符号化（ＳＦＥ）蛍光画像形成用の装置及び方法を提供することができる。
【００１３】
励起帯域幅及び格子溝密度は、画像における分解可能なポイント数を左右するので、多数のポイントを小径プローブの中に得ることができる。所定のビーム径に対し、ＳＦＥにより得られる分解可能なポイントの数は、フルオロフォアの励起スペクトルの影響を受ける。表１に、１．０ｍｍ及び０．５ｍｍのビーム径と１５００ライン／ｍｍの格子溝密度の場合の、幾つかの共通の蛍光標識に対する分解可能なポイントの予測数を示す。各ケースにつき、分解可能なポイントの理論上の数は、同等の径のファイバ束のものと等しいか又はこれを上回っている。
【００１４】
表１  代表的フルオロフォアに対する分解可能なポイントの理論上の数
【表１】
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【００１５】
代表的なＳＦＥ手法は、単一光ファイバを用いて行ってもよいので、これら代表的技術により得られる画像は、一般にファイバ束において観察されるピクシレーションアーチファクトを含まないものとすることができる（Ｅ．Ｌａｅｍｍｅｌ氏らの“ｆｉｂｅｒｅｄ  ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（Ｃｅｌｌ−ｖｉＺｉｏ（ＴＭ））  ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓ  ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  −  Ａ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｗｉｔｈ  ｉｎｔｒａｖｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”Ｊ．Ｖａｃｅ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．４１（５），４００（２００４）を参照）。さらに、ＳＦＥ小型プローブは、単一ファイバの曲げ半径が結像束のものよりも極めて小さいので、柔軟性が大幅に増加すると考えられる。ＳＦＥのこれら代表的な利点は、画質及び操作性が重要となる用途では非常に有益なものとなりうる。
【００１６】
また、本発明の代表的な実施の形態による代表的なスペクトル符号化技術は、被掃引ソースレーザを用いた蛍光画像形成に利用できる。この代表的なケースにおいては、レーザの波長をフルオロフォアの吸収帯わたって急速に同調させることができる。各波長は、サンプル上の異なる位置に分散できる。集められたサンプル蛍光を、時間の関数として復号して、画像を復元することができる。
【００１７】
例えば、本発明の一実施の形態によると、基準干渉信号を能動的フィードバック制御に用いて、走査ミラーの非線形の動きを補正することができる。これによって取得後の処理を不要にすることができる。
【００１８】
実際、本発明の代表的な一実施の形態によると、サンプルの少なくとも一部分からのフォトルミネセンスを取得するシステム及び方法を提供することができる。例えば、少なくとも１つの装置を用いて、第１の放射を受けその第１の放射線を少なくとも１つの第２の放射と少なくとも１つの第３の放射に分散することができる。第２の放射と第３の放射は、当該部分の異なる位置に照射することができる。さらに、フォトルミネセンス放射線を、第１の放射、第２の放射、又は第３の放射線に基づいて当該部分から受け取ることができる。
【００１９】
このような装置は、回折格子、プリズム、グリズム、デュアルプリズム・グリズム及び／又はレンズを含むことができる。共焦点の用途では、このレンズは、０．５より大きい開口数を有してもよい。この装置はまた、複数のクラッディングを有することができる、少なくとも１つの光ファイバを含んでもよい。この装置は、複数の光ファイバ及び／又は少なくとも１つのピンホール部又は少なくとも１つのスリット部のうちの少なくとも一方を含むことができる。光ファイバの少なくとも１つは、マルチモードファイバとすることができる。
【００２０】
本発明の他の代表的な実施の形態によれば、第１の放射線を供給するように構成しうる波長調整光源を提供することができる。さらに、複数の波長を有する第１の放射線を供給するように構成された光源を含むことができる。また、異なる周波数で波長を変調するように構成することができる更なる装置を提供することができる。更なる装置は、少なくとも一つの並進可能な構成部を有してもよい干渉計装置を含むことができる。更なる装置は、並進可能な構成部の非線形生を補正するように構成されたさらなる干渉計装置を含んでもよい。更なる装置は、周波数符号化を行う音響光学的変調器又は電気光学的変調器を含んでもよい。
【００２１】
本発明の他の代表的な実施の形態では、装置は、前記フォトルミネセンス放射の関数として、前記異なる位置に関係する情報を生成するように構成することができる。前記情報に基づいて少なくとも一つの画像を生成するように構成された処理装置をさらに設けることができる。例えば、処理装置は、信号を受信して、信号をフーリエ変換して画像を生成するように構成することができる。画像は、顕微鏡画像及び／又は内視鏡画像を含むことができる。
【００２２】
本発明の他の代表的な実施の形態によると、本装置は、フォトルミネセンス放射を受け取り、前記フォトルミネセンス放射に関係する少なくとも一つの信号を生成するように構成しうる検出部を備えることができる。本装置は、前記サンプルの部分の異なる位置の前記第２の放射及び前記第３の放射の位置を制御することができるように構成することができる。
【００２３】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲と関連する、以下の本発明の実施の形態の詳細な説明から明らかとなる。
【００２４】
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、本発明の例示的な実施の形態に関する以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００２５】
図全体を通して、同一の参照番号及び符号は、特に明記しない限り、例示した実施例における同様の特徴部、構成要素、又は部分を示すために用いる。更に、本発明について、実施の形態に関連して図面を参照して詳細に説明する。なお、記載した実施の形態に対する変更及び改変については、添付請求項によって規定される対象発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、スペクトル及び周波数符号化（「ＳＦＥ」）システムの各部の概略図である。例えば、光１００は、フルオロフォアの吸収帯とマッチするようフィルタ１０５によってフィルタ処理して、干渉計１１０内へ供給することが可能である。かかる干渉計は、マイケルソン干渉計とすることも、サニャック干渉計、マッハ・ツェンダ干渉計、トワイマン・グリーン干渉計等でもよい。この入力光は干渉計１１０の影響を受けるため、当該入力光にスペクトル変調が生じる。そして干渉計１１０からの光１３０は分散素子１３５を照射する。分散素子１３５は、レンズの前方又は後方に配置することができる。その固有の変調周波数を持つ波長成分毎に、蛍光サンプル１４０上の別々の位置に集めることができる。このサンプル１４０の蛍光性が励起され、蛍光１４５は、グレーティングレンズ対１３５を通じて戻し、検出器１５０に集光して導くことができる。
【００２７】
検出した光は、フーリエ変換などによって処理して、サンプル１４０からの１次元の位置の関数として蛍光強度を再生することができる。追加の検出器を用いて、サンプルの励起スペクトル形状及び／又は濁度のあるサンプルの吸収及び／又は分散アーチファクトの補正をなす手段として、当該サンプルの励起スペクトル及び／又は吸収及び／又は拡散反射スペクトルを測定してもよい。第２の基準光１１５は、干渉計の一つの構成部に導いて、当該干渉計の可動構成部の非線形性を補正するために利用する。
【００２８】
図１に示す上述の代表的な実施の形態によると、広帯域励起光は走査マイケルソン干渉計を通過するように導くことができる。広帯域励起光はフルオロフォアの吸収スペクトルとマッチするようフィルタ処理してもよい。この走査干渉計は、次の強度を有する波長依存型の周波数変調を導入した。
【数２】
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ここで、Ｉｅｘ（λｅｘ，ｉ）は、当該励起光のｉ番目の波長（λｅｘ，ｉ）に対応するスペクトル強度であり、ｖは、干渉計走査ミラーの速度である。この干渉計が十分長い距離を走査して十分なスペクトル分解能を提供する限り、ＳＦＥ蛍光画像形成で分解可能なポイントの数は、式１によっても規定される。サンプル上に分散して集めた後、変調された蛍光は、蛍光発光をもたらす。当該基準干渉信号によって補正した後、検出した蛍光信号をフーリエ変換して、ＳＦＥ画像に単一のラインを再構築する。プローブをゆっくりと走査して、ＳＦＥ画像を生成すると、複数のＳＦＥラインが得られる。
【００２９】
マイケルソン干渉計
図２は、代表的な実施の形態の干渉計、例えばマイケルソン干渉計のブロック図である。図２に示すように、光２００は、ビームスプリッタ２１５に入射する。ビームスプリッタ２１５は、光２００の一部分を固定ミラー２２５へ、光２００の他の部分を走査ミラー２３０へ導く。反射されたビームは、ビームスプリッタ２１５に戻り、合成されて、干渉計の場合は当該サンプルに入射する、又は基準測定のための検出器に入射するスペクトル変調光２３５として干渉計を出る。ビームスプリッタ２１５の前方には、フルオロフォアの励起スペクトル内には含まない波長を除去するためにフィルタ２０５を配置してもよい。補償器２２０を、ミラーアーム２２５，２３０における分散の差を補正するために干渉計の一方のアームの中に挿入してもよい。
【００３０】
本発明による代表的な実施の形態の手法
図３に、代表的なＳＦＥ手法を説明するために用いることができる本発明による装置の代表的な実施の形態を示し、図４に、このような手法の代表的な実現形態をより詳細に示す。例えば、広帯域光源３０２からの光は、フィルタ（Ｆ）３０８及びシングルモードファイバ（ＳＭＦ）３１０を通じてマイケルソン干渉計に送ることができる。マイケルソン干渉計は、ビームスプリッタ３１２と少なくとも一方をスキャンされることのできる２つのミラー（Ｍ）とを含むマイケルソン干渉計に伝送可能である。干渉計は、広帯域光４００に波長依存の周波数変調をもたらすことができる。例えば、ペア３１６としての小型回折格子３１６ａ及びレンズ３１６ｂの対を用いて、サンプル３１４，４２０を照射することができ、これにより、例えば、略１ｍｍの直径の小型内視鏡がシミュレートされる。
【００３１】
レンズ３１６ｂ、４１５（例えば、ｆ＝１２．５ｍｍ）は、固有に変調された各々の励起波長４１０を、ホログラフィック透過型回折格子３１６ａ，４０５（図４において１２００ライン／ｍｍを有する光４００が照射されている）により分散された後に、サンプル３１４の異なる位置に集めることができる。ホログラフィック透過型回折格子３１６ａ、４０５は、任意の回折素子でよい。蛍光発光４２５は各位置で、結果的に、図４に示すように、周波数ｆｅｘ，ｉ＝２ｖ／λｅｘ，ｉで変調が可能となる。ここで、Ｉｅｍは、全蛍光発光スペクトルである。ヘリウムネオンレーザ３０６からの光も、ビームピックオフ３０４及びシングルモードフィルタ３１０を通じて干渉計の中へ導かれ、ビームピックオフ３１８により偏向されて、６３３ｎｍバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２０を介してアバランシェフォトダイオード（ＤＲ）により検出を行い、走査ミラー非線形性の補正のための基準信号を得る。
【００３２】
その放射された光は、同じレンズ３１６ｂ，４１５及び回折格子３１６ａ，４０５を透過して戻る。反射光とは違う角度で回折することができる蛍光４３０（図３にも点線として示されている）は、その後、図３に示すミラーＭにより偏向され、８３０ｎｍのロングパスフィルタＬＰＦを通じて球面レンズと円柱レンズＣＬの組み合わせにより第２のアバランシェフォトダイオードＤｐ上に集めることができる。この代表的な構成では、回折格子３１６ａ，４０５は、検流計に取り付けて、回転させることによって遅軸走査を行うことができる。この代表的画像の再構築は、基準信号を用いてインターフェログラムを補正した後に検流計の走査角度毎に当該変調された蛍光にフーリエ変換を行うことによって行うことができる。
【００３３】
インドシアニングリーン（「ＩＣＧ」；Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ  ｇｒｅｅｎ）を用いることができ、これは、幾つかの臨床的適応（Ｃ．  Ｈ．  Ｔｕｎｇ氏の“Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｐｅｐｔｉｄｅ  プローブｓ  ｆｏｒ  生体内  ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ，”  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ７６（５），  ３９１，  （２００４）を参照されたい）のために承認され、対象の抗体の標識付け（Ｓ．  Ｉｔｏ氏らの“Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｇａｓｔｒｉｃ  ｃａｎｃｅｒ  ｉｎ  ｒｅｓｅｃｔｅｄ  ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｎｏｖｅｌ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ａｎｔｉ−ｈｕｍａｎ  ｃａｒｃｉｎｏｅｍｂｒｙｏｎｉｃ  ａｎｔｉｇｅｎ  ａｎｔｉｂｏｄｙ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ  ｉｎ  ｖｉｔｒｏ，”  Ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，  Ｖｏｌ．  ３３（１０），  ８４９，  （２００１）及びＴ．  Ｂａｎｄｏ氏らの“Ｂａｓｉｃ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｎ  ａ  ｌａｂｅｌｅｄ  ａｎｔｉ−ｍｕｃｉｎ  ａｎｔｉｂｏｄｙ  ｄｅｔｅｃｔａｂｌｅ  ｂｙ  ｉｎｆｒａｒｅｄ−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｇａｓｔｒｏｅｎｔｅｒｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．  ３７（４），  ２６０  （２００２）を参照されたい）のために改変されたＦＤＡであった近赤外フルオロフォア（例えば、励起６５０〜８５０ｎｍで発光８０５〜９５０ｎｍ）に相当するものである。
【００３４】
図５Ａに、ＳＦＥ技術を用いて得られるＩＣＧ（２ｍｇ  ＩＣＧ／ｍＬ  ＤＭＳＯ）が充填されたマイクロ流体チャネル（Ｍ．Ｓｈｉｎ氏らの“Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌｉｚｅｄ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  ａ  ｖａｓｃｕｌａｒ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ  ｉｎ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｓｉｌｏｘａｎｅ），”Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｖｏｌ．  ６（４），  ２６９（２００４）に記載）の蛍光画像５００を示す。最小で３５μｍ幅のチャネルの境界を画定する、対応する落射照明された反射顕微鏡写真画像５０５を図５Ｂに示す。代表的ＳＦＥ画像は、１．４ｍｍ×１．４ｍｍの視野で２Ｈｚで集光できる。ローパスフィルタ処理の後の照射の中心波長及びスペクトル領域（全体―最大１５％値）は、それぞれ７８０ｎｍ及び５０ｎｍとすることができる。マイケルソン干渉計走査ミラーは、ゼロパス長差位置の近傍を±０．２５ｍｍ並進して、理論上８３個の分解可能なポイントに対して、略０．６ｎｍのスペクトル分解能を提供できる（Ｊ．  Ｋａｕｐｐｉｎｅｎ氏らの「Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」，  Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ｐ．  ２７１，  （２００１）を参照）。プローブ入力ビームは、径を１．１ｍｍとすることができ、当該回折格子に２２°で入射して、０．６ｎｍのスペクトル分解能を提供するようにしてもよい。ＩＣＧで使用可能な励起帯域幅がＤＭＳＯで１２５ｎｍとすることができるので、このプローブ構成は、周波数符号化されたライン当たり分解可能なポイントの数を２００個を上回るようにすることが理論上可能である。但し、現在の光源の帯域幅は限定されており、この数を例えば８４にまで減らすことができる。
【００３５】
スペクトル符号化されたラインに沿った代表的な横方向分解能測定値は、マイクロ流体チャネルの垂直エッジで波長符号化軸に沿って当該画像における例えば１５ラインのエッジ応答関数を測定することによって推定できる。これら代表的測定値は、当該視野にわたる合計で略８８個の分解可能なポイントに対応する１５．９±４．９μｍ（平均±標準偏差）の空間分解能を実証することができる。これは、期待された計算値と概ね一致する。横軸に沿った分解能は、結像光学系によって制限できる。
【００３６】
１ｍｍ内視鏡の寸法と近似する、本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥ蛍光画像形成装置によって得られる分解可能なポイントの総数は、例えばｎ２＝７，７４４とすることができる。この代表的な値は、同様の径のテクノロジに基づいた最新のファイバ束に匹敵することができ、また、励起帯域幅を増大させる、又はより高密度の回折格子を用いると同時に、干渉計の走査範囲を増大させることにより改善してもよい。
【００３７】
代表的な実施の形態の光ファイバ：単一デュアルクラッドファイバ
代表的ＳＦＥ技術は、単一の光ファイバを用いて高品質の画像形成を得ることができる点で有利である。今後のＳＦＥ内視鏡の発展においてサイズの最小化のため、プローブ回折格子を介して蛍光発光を集光することは有利となりうる。但し、ストークスシフトされた蛍光は、シングルモード照射ファイバのコアに戻って結合しないようにしてもよい。この課題に対する代表的な解決策として、デュアルクラッドファイバ（Ｄ．  Ｙｅｌｉｎ氏らの“Ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌａｄ  ｆｉｂｅｒ  ｆｏｒ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，”  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．  ２９（２０），  ２４０８  （２００４）に記述）を用い、励起光に中心コアを透過させて、当該蛍光をその内側クラッディングを通じて得ることができるようにしてもよい。この代表的なアプローチは、代表的な光線追跡モデルを用いることにより、プローブ直径を大幅に増大させることがなく、又は分解能を損ねることもない効果的なものである。
【００３８】
図６は、蛍光画像を集光するための本発明の代表的な実施の形態による単一のデュアルクラッドファイバプローブを用いた代表的ＳＦＥシステムの詳細図である。例えば、光源６００により発せられた照射光を、フィルタ６０５によってフィルタ処理することができる。こうしてフィルタ処理された光と基準６２５からの光は、ビームスプリッタ６１０、固定ミラー６１５及び可動ミラー６２０を含むマイケルソン干渉計を透過するように導くことができる。基準６２５から供給される光は、ノッチフィルタ又は基準ビームスプリッタ６２２により偏光された基準検出器６３０に至る。照射光は、基準ビームスプリッタ６２２及びダイクロイックフィルタ又はビームスプリッタ６３５を透過して、デュアルクラッドファイバ６４５の中心シングルモードコアへ結合器を介して結合することができる。ファイバ６４５のコアを射出する光６５５は、分散素子及びレンズ６５０によって分散し、サンプル６６０に集めることができる。その放射された蛍光は、レンズ６５０及び分散素子６５０を通って戻ることができる。このような光は、ストークスシフトされるので、シングルモードコアの中へ容易に戻って結合しない可能性があるが、デュアルクラッドファイバ６４５の内側クラッディングに結合すると考えられる。当該ファイバの近端部から出現するその放出蛍光は、ダイクロイックフィルタ又はビームスプリッタ６３５により偏向されて蛍光検出器６４０に至ることができる。一方で、反射光は、シングルモードコアの中へ戻るように直接結合することができる。ダイクロイックフィルタ又はビームスプリッタ６３５を透過した後、この信号を、追加の検出器に導き、スペクトル符号化反射画像の再構築をすることができる。
【００３９】
図７に、図６に示す代表的な装置を用いるように構成され、デュアルクラッドファイバを使用する、本発明の代表的な実施の形態のプローブの遠端部を示す。例えば、干渉計からのスペクトル変調光７００は、結合光学素子７０５を介してデュアルクラッドファイバ７１０のコア７１５に供給できる。コア７１５から射出される照射光７２０は、広がりを持ち、また、マイクロレンズ、ＧＲＩＮレンズなどのレンズ７２５により平行にする（コリメートする）ことができる。コリメートされた光７３０は、分散素子７３５によって分散することができる。この分散素子は、透過型回折格子、反射型回折格子、プリズム、ホログラム又はその他の回折素子であってもよい。分散した光７４５を、レンズ７４０によりサンプル７５０上に集め、これにより、蛍光発光を生じさせることができる。スペクトル変調された放射蛍光７５５は、レンズ７４０により集光し、かつコリメートし、回折格子７３５を透過させ、レンズ７２５によって、デュアルクラッドファイバ７１０の内側クラッディング７６０に集めることができる。こうして変調された蛍光７５５は、その後、内側クラッディング７６０に戻るように透過させて検出を行うことができる。
【００４０】
代表的な実施の形態のマルチファイバ：２つ以上のファイバ
代表的なＳＦＥ装置を、マルチファイバ構成で設けることもできる。このような本発明の代表的な実施の形態では、シングルモードファイバを用いて照射光をサンプルに伝搬することができ、１つ又は複数のマルチモードファイバを用いて、放射蛍光を集光してもよい。当該反射光を照射ファイバに戻るように結合することになるので、反射画像は復元が可能となる。
【００４１】
図８に、図６に示した代表的な装置を利用するように構成され、かつ２つの光ファイバを用いた本発明の代表的な実施の形態のプローブの遠端部を示す。この代表的な装置の説明は、ここで提供した図７で説明したものと同様であり、構成要素は、構成要素７００，７０５等が構成要素８００，８０５等とそれぞれ置き換えられている点及び、以下に説明する点を除き、同様である。図８の代表的な実施の形態では、スペクトル変調された照射光は、シングルモードファイバ８１５を介してプローブの遠端部に透過することができる。その放出蛍光は、マルチモードファイバ８６０のコアに戻るように結合できる。図９に示す本発明の他の代表的な実施の形態では、図８のマルチモードコア８６０は、マルチモードファイバ９６０の線形配列に置き換えることができる。
【００４２】
他の代表的な実施の形態のプローブ先端部
図１０に、本発明の他の代表的な実施の形態のプローブの遠端部を示す。図１０には代表的マルチファイバの実施の形態を示すが、この代表的な実施の形態のプローブ先端部は、全てのファイバ構成に用いることができる。この代表的な実施の形態では、光学素子の順序は変更することができる。例えば、照射ファイバから発散する照射光１０２０は、レンズ１０２５を透過することができる。このレンズは、ＧＲＩＮレンズ及び／又は他のタイプのレンズ又は対物レンズとすることができる。このファイバ−レンズ分離を選択して、当該光が回折格子１０３５を越えサンプル１０５０上のある焦点に収束し始めるようにすることができる。そして、その放射蛍光は、当該回折格子を透過することができ、レンズ１０２５によって集光ファイバ上に集めてもよい。
【００４３】
蛍光顕微鏡法及び共焦点蛍光顕微鏡法
代表的なスペクトル符号化共焦点画像形成手法と同様に、代表的なＳＦＥ手法は、内視鏡蛍光顕微鏡法を可能にしうる構成でも実施できる。これらの代表的応用として、高倍率又は高開口数の結像レンズを利用することは有利となりうる。或る代表的な内視鏡顕微鏡法の構成では、開口数は、０．３を上回ることができ、好ましくは０．５を上回ってもよい。図１２に示すように、大きな角度で当該回折格子を照射するときに生じうる収差のため、スペクトル符号化共焦点顕微鏡法（ＳＥＣＭ；ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ−ｅｎｃｏｄｅｄ  ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）と称される技術（Ｇ．  Ｊ．  Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，”  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．  ２３（１５），  １１５２  （１９９８）及びＣ．  Ｐｉｔｒｉｓ氏らの“Ａ  ＧＲＩＳＭ−ｂａｓｅｄ  プローブ  ｆｏｒ  ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｃｏｄｅｄ  ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  Ｖｏｌ．  １１（２），  １２０  （２００３）を参照）により行うように、レンズ１２３０の前に回折格子１２２５を配置することがさらに有利となりうる。
【００４４】
図１３に、回折格子１３３０の前又は後ろに１以上のプリズム１３２５，１３３５を利用して光学プローブと同じ軸に沿ってスペクトル分散光１３４５を維持することができる、本発明のさらなる代表的な実施の形態の装置を示す。顕微鏡画像形成と同様に、代表的な複数コア／ファイバの組み合わせを利用して蛍光を集光してもよい。図１４に示すように、光学的切片深度を軸応答関数により規定することができる共焦点蛍光顕微鏡法処理を実現するため、１以上のファイバ開口１４６５（又はスリット若しくはピンホール１４６０などの物理的開口）を有する付加的な空間フィルタを、焦点の外れた光を拒絶するよう集光ファイバの遠位先端に配してもよい。或いは、図１５に示すように、このような代表的な空間フィルタ１５７０を、ファイバ束又はファイバのアレイにおける検出ファイバの近端部に配してもよい。
【００４５】
代表的な基準干渉計
マイケルソン干渉計の走査ミラーを並進させることによる僅かな（１％未満の）非線形性でも、線形及び周波数（波長）の双方において不適正なスペクトル情報を生じ、これにより画像の歪み又は毀損させてしまう可能性がある。これは、図１１のブロック図に示すように、本発明の代表的な実施の形態の装置を用いて、補正することができる。例えば、図１１に示すように、通常、又は広帯域の照射光１１００を、マイケルソン干渉計１１０５を透過させることができ、スペクトル変調光１１１０として射出させてもよい。この変調光１１１０を、蛍光サンプル又は基準照射検出器１１１５に透過させることができる。単一の周波数光１１２０（例えば、ヘリウムネオンレーザなどレーザ、又は他の光源などから供給されるもの）も、マイケルソン干渉計１１０５を透過させてもよい。こうして得られたスペクトル変調光１１２５は、基準補正検出器１１３０により検出することができる。スペクトル変調光１１２５は、等間隔のゼロ交差をもった単一の変調周波数を有することができる。但し、走査ミラーの動きによる非線形性は、ゼロ交差の間隔を変える可能性があるため、フーリエ変換を実行した際にスペクトル及び画像ラインの復元を不正確にすることがある。
【００４６】
以下に説明する本発明の代表的な実施の形態の補正手法は、当該基準信号が等間隔のゼロ交差を有する筈であるという演繹的知識に基づいて、当該データ信号を再補間することができる。図１６に、この点について代表的データに関連する代表的グラフを示す。例えば、基準補正検出器１１３０により検出される元の基準信号を、第１のグラフ１６００に示す。中央上部のパネルの補正ファクタを用いて、元データを再補間して、第２のグラフ１６１０のトレースを得ることができる。他のグラフ１６０５は、データを補正するために用いる基準信号のヒルベルト変換を示す。補正されていないデータのフーリエ変換を、第４のグラフ１６１５（例えば、第１のグラフ１６００のフーリエ変換として得られる補正前の単色性基準信号のスペクトル）に、第２のグラフ１６１０のフーリエ変換として得られる、補正後の単色性基準信号のスペクトルを第５のグラフ１６２０に示す。グラフ１６１５及び１６２０は、補正ファクタを基準データ自体に適用した場合に単一周波数信号が回復されたいことを実証するものである。その他の検出された信号への代表的な適用は、スペクトル補正処理において同等に有効とすることができる。
【００４７】
代表的励起スペクトル測定
照射光をサンプル上に分散してスペクトル符号化を行うことができるので、サンプル上の各スポットを異なる波長で照射することができる。例えば、分散のラインに対して略平行な、サンプルに沿うスペクトル符号化ラインを走査することにより、各ポイントを、照射光の全帯域幅によって順次照射することができる。各ポイントにおける強度を波長として観測することにより、励起スペクトルを、サンプル上の位置毎に回復させることができる。
【００４８】
放射スペクトル測定
本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥ処理は、放射スペクトルを回復することができる。サンプル上の各ポイントは、異なる波長で照射することができ、その各々を、異なる変調周波数で符号化してもよい。例えば、発せられた光の一部又は全てを分光計の中へ結合する場合、放射スペクトルは、従来の手法及び／又は方法によって回復可能である。この分光計は、分散型及び／又はフーリエ変換型のものとすることができる。フーリエ変換型分光計を、代表的システムに追加する第２の干渉計としてもよい。スペクトル符号化されたラインを二つの方向（例えば一方は画像を形成する方向、他方は励起スペクトルを集光する方向）に走査することにより、励起放射マトリクスを画像のポイント毎に復元することができる。
【００４９】
寿命測定
本発明の他の代表的な実施の形態によれば、画像の各位置で蛍光の寿命を測定することもできる。式２に示すように、照射光は、正弦波状に振動し、同様に蛍光発光を強制的に振動させる。但し、この蛍光は、僅かな位相シフト（φ）と振幅を削減して発してもよい。
【数３】
2009511921.tif 000006
ここで、ｍは励起波長及び放射波長双方に依存する復調ファクタである。蛍光寿命は、次のようにして測定できる。
【数４】
2009511921.tif 000007
ここで、φ（λｅｘ，λｅｍ）は、照射光と放射蛍光との位相差である。
寿命は、次のようにしても計算できる。
【数５】
2009511921.tif 000008
【００５０】
代表的な光源
表１に示す分解可能なポイントを多く得るためには、光源が全励起スペクトルを照射する能力があることが好ましい。これは、例えば、温度ランプ、アーク灯、固体レーザ及びＬＥＤを使用することによって可能になる。これに加え、フォトニック結晶ファイバ技術によるスーパーコンティニューム発生のような代替の光源を利用することができる。これについては、Ｇ．ＭｃＣｏｎｎｅｌｌ氏の“Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｌａｓａｒ  走査ｎｉｎｇ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｗｉｔｈ  ａ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ  ｓｏｕｒｃｅ，”Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１２（１３），２８４４（２００４）に記載されている。光源として広帯域ＮＩＲレーザを使用することにより、ＳＦＥ二光子蛍光同時イメージングを容易にすることができる。
【００５１】
或いは、その蛍光イメージングは、被掃引光源レーザにより実現可能である。この場合、サンプルの個々の箇所は順次に照射されるので、周波数符号化は必要ではなく、この技術を伝統的なスペクトル符号化に簡略化できる。さらには、この実施の形態によって、励起スペクトル、放射スペクトル及び寿命スペクトル並びにＥＥＭの復元を得ることができる。
【００５２】
蛍光画像を復元するための代表的手法
蛍光画像を再生するための本発明の代表的な実施の形態の方法について、図１７のフロー図を参照して説明する。この図に示されるように、式２は、ステップ１７１０で逆フーリエ変換される。こうして得られる信号は、画像における１つのラインになると見込むことができる。そして、強度補正は、ステップ１７２０に示すように照射スペクトルにより分割して行うことができる。
【００５３】
代表的な励起スペクトルは、図１８の代表的手法を用いて得ることができ、そこでは、スペクトル符号化されたラインの方向に沿って走査した後に、ステップ１８１０で式３が逆フーリエ変換される。その後、ステップ１８２０において、光源の相互相関（ｓｏｕｒｃｅ  ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）スペクトルを（例えば、式２の逆フーリエ変換により）分割する。こうして得られた信号の振幅は、代表的な励起スペクトルであり、得られた信号の位相を、式４により時定数に関係づけることができる。ここで、φ（λｅｍ，λｅｘ）は、それと光源の相互相関（φＩ（λｅｘ））との位相差（φＩ（λｅｘ））としてもよい。
【００５４】
代表的励起寿命も得ることができる。例えば、こうして得られた信号の位相に対する式３の逆フーリエ変換は、蛍光（φ（λｅｍ，λｅｘ））の位相とすることができる。得られた信号の位相に対する式１の逆フーリエ変換は、光源の相互相関（φＩ（ｋＸ））の位相とすることができる。この位相差を、式４により蛍光寿命に関連づけてもよい。
【数６】
2009511921.tif 000009
【００５５】
非線形ミラーの動きを補正するための本発明の代表的な実施の形態のスペクトル処理を図１９のフロー図に示す。このミラーが全走査（例えば、前後）する毎に、画像の２本のラインに対応できる。この代表的な補正手法は、当該画像における各ライン毎に２つのインターフェログラム、例えば（ａ）関心信号と（ｂ）既知のスペクトルを有する信号、好ましくはＨｅ−Ｎｅレーザなどの単一周波数光源による信号とを同時に取得して利用して、マイケルソン干渉計の走査ミラーの非線形な動きについて、時間トレース（ｔｉｍｅ−ｔｒａｃｅ）を補正するための基準として用いることができる。
【００５６】
図１９に示すように、データは、例えば、ステップ１９１０で効率的な高速フーリエ変換用の２ｎのデータポイント（通常は、駆動波形のデューティサイクルによって決定される中心ポイントについて対称である）を含む、走査の線形領域に切り捨てられる。ステップ１９２０で、データの平均は、取り込みがＡＣ結合されていなかったならば、各信号から減算される（例えば、データの少しの部分しか示していない図１６の第１のグラフ１６００を参照）。そしてこれら信号を、ステップ１９３０において殆ど又は全ての奇数走査につき時間反転する（例えば、走査の反対方向について補正する）。ステップ１９４０においては、基準信号のヒルベルト変換を行う。例えば、単一周波数レーザ（例えば基準）のフーリエ変換は、等間隔のゼロ交差を有する無限正弦波とすることができる。さらに、ヒルベルト変換は、高速フーリエ変換に基づくことができ、その虚数部は、９０°の位相シフトをもって元データに対応するようにしてもよい。
【００５７】
そして、ステップ１９５０では、（図１６のグラフ１６０５に示すように）基準信号のヒルベルト変換のアンラップ位相がとられる。これは、時間の関数としてミラーの実際の位置に対応することが可能であり、（例えば局部的に線形ではなく）単調に増加していくものとしてよい。そして、新しい線形ミラー位置を、実際のミラー位置の最小値から最大値までの範囲で発生させることができる（ステップ１９６０）。ステップ１９７０では、関心信号を、例えば基準ヒルベルト変換のアンラップ位相を用いて、新しい線形ミラー位置空間上へ再補間することができる。図１６の第２のグラフ１６１０は、それ自体が基準である関心信号を示す。そして、関心スペクトルを、ステップ１９８０において、補間された信号のフーリエ変換から判定することができる。例えば、補正されてない信号及び補正済みの信号につきそれぞれ第３及び第４のグラフ１６１５及び１６２０を参照されたい。
【００５８】
或いは、基準信号の時間トレースを用いて、等分の空間に分けられたミラー位置におけるデータ取得をゲート制御するためのクロック信号を発生することができる。これによって、データを自動的に補正し、上述した後処理アルゴリズムを隠蔽（ｏｂｆｕｓｃａｔｉｎｇ）することができる。
【００５９】
代表的構成部
本発明の代表的な実施の形態には様々な構成部を用いることができる。以下に説明する内容は、かかる構成部の単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００６０】
例えば、広帯域幅光源は、ＬＥＤ、白熱電球（例えば、タングステン−ハロゲン、水銀、キセノン、重水素）、ダイオードレーザのアレイ、連続発生光源、固体フェムト秒光源、半導体光増幅器、希土類元素添加ファイバ、ＡＳＥ光源、色素蛍光、ＳＬＥＤ、被掃引光源レーザなどを含むことができる。基準光源は、ＨｅＮｅレーザ、ガスレーザ、ダイオードレーザ、フィルタ処理された広帯域幅光源などの単色性光源を含むことができる。光ファイバは、デュアルクラッドファイバ、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ（単数又は複数）、フォトニック結晶ファイバ、中空コアファイバ、中空導波管などを含むことができる。
【００６１】
さらに、分散素子は、透過型回折格子、反射型回折格子、ホログラム、プリズムなどを含むことができる。補償器は、ＮＤ（ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタを含むことができる。分散補償器は、双対向プリズム又は光学ガラス、水晶又は他の分散変更体などを含むことができる。波長に依存した周波数は、次のうちの１つ又は複数のものとすることができる。すなわち、検流計、圧電トランスデューサ又はソレノイドによる走査ミラーがある。また、Ｇ．  Ｊ．  Ｔｅａｒｎｅｙ氏らの“Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｐｈａｓｅ−  ａｎｄ  ｇｒｏｕｐ−ｄｅｌａｙ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  ｇｒａｔｉｎｇ−ｂａｓｅｄ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｄｅｌａｙ  ライン，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ２２（２３），  １８１１  （１９９７）に記述の高速走査光学遅延線（ＲＳＯＤ；ｒａｐｉｄｌｙ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｌａｙ  ｌｉｎｅ）や、位相制御遅延線、音響光学変調器、電気光学変調器、回転螺旋カム、回転ホログラム、回転ミラーアレイ、回転キューブ、圧電ファイバストレッチャ、可変反射率プレートビームスプリッタ（ファブリ・ペローの干渉計）などがある。
【００６２】
代表的干渉計は、例えば、マッハ・ツェンダ、サニャック、マイケルソン、ファブリ・ペローの干渉計のような２つのアームから戻る光を合成するための装置を含むことができる。なお、これらアームからの反射は、必須ではなく、このような装置は、透過モードで動作可能である。また、このような代表的な装置において、偏光ビームスプリッタ、共通路素子及び／又はサーキュレータを組み込むこともできる。ダイクロイックスプリッタは、干渉フィルタ、回折格子、ダイクロイックミラーなどを含むことができる。代表的なスペクトル分散は、回折格子分光計、フーリエ変換分光計、プリズム分光計などを用いて達成可能である。代表的な検出器は、フォトダイオード、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、ＣＣＤなどを含むことができる。
【００６３】
前述の記載は単に本発明の原理を例示するものである。記載した実施の形態に対する各種変更、改変については、本願明細書の教示から当業者には明らかである。実際、本発明の代表的な実施の形態による装置構成、システム及び方法は、任意のＯＣＴシステム、ＯＦＤＩシステム、ＳＤ−ＯＣＴシステム又は他の画像処理システムで使用することができ、例えば国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２９１４８（２００４年９月８日出願）、米国特許出願番号第１１／２６６，７７９号（２００５年１１月２日出願）、及び米国特許出願番号第１０／５０１，２７６号（２００４年７月９日出願）に記載のものに使用できる。そして、それらの開示内容は全て本願明細書に援用される。本願明細書には明示的に示されないか又は記載されていないが、当業者は本発明の原理を具体化した多数のシステム、装置、及び方法を案出することができ、これらが本発明の趣旨及び範囲内にあることは明らかである。また、従来技術の知識が上記で本願明細書において明確に引用されなかった範囲についても、それは全体として本願明細書において明確に組み込まれる。上記に参照した全ての刊行物は、参照により本願明細書に引用される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】スペクトル及び周波数符号化（「ＳＦＥ」）システムの各部のブロック図である。
【図２】本発明の代表的な実施の形態による、固定及び走査ミラーを備えた、スペクトル変調に使用することができる、代表的な実施の形態のマイケルソン干渉計装置のブロック図である。
【図３】代表的なＳＦＥ手法を説明するために用いることができる本発明の代表的な実施の形態の装置の概略図である。
【図４Ａ】本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥ手法の動作の詳細を説明するための第１の動作の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥ手法の動作の詳細を説明するための第２の動作の概略図である。
【図５Ａ】インドシアニングリーン（「ＩＣＧ」―蛍光化合物）で満たされたマイクロ流体チャネルの代表的なＳＦＥ蛍光画像である。
【図５Ｂ】落射照明された顕微鏡によって撮影されたＩＣＧで満たされたマイクロ流体チャネルの代表的な反射画像である。
【図６】本発明の代表的な実施の形態による単一のファイバプローブを用いた代表的ＳＦＥシステムの詳細図である。
【図７】単一のデュアルクラッドファイバを使用する、及び／又は、単一のデュアルクラッドファイバを含む、本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥプローブの詳細図である。
【図８】照射用シングルモードファイバと蛍光集光用大型コアマルチモードファイバとを使用する本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥプローブの詳細図である。
【図９】複数の集光用マルチモードファイバを使用する本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥプローブの詳細図である。
【図１０】レンズとファイバの方向を変えた、他の先端部を有する、本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥプローブの詳細図である。
【図１１】干渉計の非線形な動きによって引き起こされるアーチファクトを補正する本発明の代表的な実施の形態のシステムのブロック図である。
【図１２】回折格子の後部に配設した高開口数レンズ及び／又は対物レンズを用いる、顕微鏡を用途とする、本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥプローブの詳細図である。
【図１３】回折格子の前後の１以上のプリズムを介して直線状の光軸を維持することができる、顕微鏡を用途とする、本発明の代表的な実施の形態のＳＦＥプローブの詳細図である。
【図１４】共焦点切片を増加するためにプローブ遠端部にスリット及び／又はピンホールを用いた本発明の代表的な実施の形態の共焦点顕微鏡ＳＦＥプローブの詳細図である。
【図１５】共焦点切片を増加するためにプローブ近端部にスリット及び／又はピンホールを用いた本発明の代表的な実施の形態の共焦点顕微鏡ＳＦＥプローブの詳細図である。
【図１６】マイケルソン干渉計の走査ミラーの非線形な動きについて信号を補正するために用いる代表的なスペクトル手法による結果のグラフ群である。
【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１２】
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【図１３】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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