(57)【要約】【解決課題】優れたダイナミック・レンジ及び／または分解能を有し、同時に内視鏡のサイズ及びコストを低減するカラー内視鏡、光源及び内視鏡システム、他を提供する。【解決手段】本内視鏡はこれを部分的に、カラーセンサでなく内視鏡先端における白黒（グレースケールまたはモノクロ）センサを使用することによって達成する。本内視鏡は、組織を一度に１つの色で精確かつ特定的に照らし、グレースケールで画像を捕捉し、次いでコンピュータを使用して上記画像と上記色とを関連づけるライト・システムを使用する。本発明の所定の態様は、内視鏡に加えて画像システムに適用される。【選択図】図１
2007506485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー画像内視鏡システムであって、
ａ）近位端及び遠位端を含む内視鏡本体を備え、上記本体は上記遠位端を標的組織に近接して配置するように構成され、
ｂ）上記遠位端から照明光を放射するように構成される、選択的に可変である選択されたスペクトル出力及び選択的に可変である波長依存輝度分布を含むチューナブル光源と、
ｃ）上記遠位端に配置される、上記標的組織から発生する光を検出して上記光の輝度を表す信号をプロセッサへ送信するように構成される実質上のモノクロセンサと、
ｄ）上記光源、上記モノクロセンサ及び上記プロセッサへ機能的に接続されるコントローラと、を備え、上記コントローラは、上記光源が経時的に、各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する、照明光の複数の所望される異なる波長帯域を供給するように、上記光源、センサ及びプロセッサを調整すべく構成されるコンピュータ実装プログラミングを含み、上記モノクロセンサは、上記標的組織から発生する光の輝度を検出して上記所望される波長帯域の各々に関して検出された光の輝度を提供し、上記プロセッサは、上記帯域の各々に関して検出された光の輝度をディスプレイ・デバイスへの表示に適する選択された色に関連づける内視鏡システム。
【請求項２】
上記選択される色は、実質上、上記所望される波長帯域に関して所望される波長帯域と同じである請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項３】
上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）チューナブル・フィルタであって、
上記光源から光路に沿って進む光ビームからスペクトルを供給することができるスペクトル・フォーマと、
上記スペクトル・フォーマの下流に位置決めされて上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続される画素空間光変調器（ＳＬＭ）と、を備え、上記画素ＳＬＭは、経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すように構成され、上記画素ＳＬＭは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記画素ＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含むチューナブル・フィルタと、を備える請求項１または２記載の内視鏡システム。
【請求項４】
上記画素ＳＬＭは反射型画素ＳＬＭである請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項５】
上記反射型画素ＳＬＭの反射面は、間に遮光バリアを有する実質上並列して配置される第１及び第２の画素ＳＬＭを供給するように構成され、上記システムはさらに、上記第１の画素ＳＬＭ領域から上記第２の画素ＳＬＭ領域へ光を透過するように位置決めされかつ構成される少なくとも１つの光学エレメントを備える請求項４記載の内視鏡システム。
【請求項６】
上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すべく機能するように構成される音響光学チューナブル・フィルタ（ＡＯＴＦ）を備えるチューナブル・フィルタと、を備え、上記ＡＯＴＦは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記ＡＯＴＦの透過特性を制御するコンピュータ実装プログラミングを含む請求項１または２記載の内視鏡システム。
【請求項７】
上記チューナブル光源は、実質上全ての望ましくない光を除去するように直列に構成される少なくとも２つのチューナブル・フィルタを備える請求項２乃至６における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項８】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は赤、緑及び青である請求項１乃至７における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項９】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は青緑、黄及び赤紫である請求項１乃至７における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
上記所望される異なる波長帯域はマルチスペクトル画像キューブ用に構成される少なくとも４つの異なる帯域を含む請求項１乃至７における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
上記所望される異なる波長帯域はハイパースペクトル画像キューブ用に構成される多数の異なる帯域を含む請求項１乃至７における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
上記所望される異なる波長帯域は各々、複合画像キューブを供給する複数の中間スペクトルを含む請求項１乃至７における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
上記所望される異なる照明波長帯域は蛍光励起照明帯域の少なくとも１つの帯域を含み、上記システムはさらに実質上全ての上記蛍光励起照明帯域をブロックするように構成される、実質上のモノクロセンサへと反射させる少なくとも１つの長波長通過フィルタを備える請求項１乃至１２における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
上記実質上のモノクロセンサは実質的に画像のみを検出するように構成される請求項１乃至１３における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
上記遠位端は、フル輝度感度を有する少なくとも５１２×５１２ピクセルを有するピクセル・センサを含みかつ約４ｍｍ未満の直径を有する請求項１乃至１４における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１６】
上記遠位端は、フル輝度感度を有する少なくとも２５６×２５６ピクセルを有するピクセル・センサを含みかつ約３ｍｍ未満の直径を有する請求項１乃至１４における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１７】
上記内視鏡は上記内視鏡の遠位部分が取外し可能かつ廃棄可能であるように構成される請求項１乃至１６における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１８】
上記内視鏡の本体は非軟性である請求項１乃至１７における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項１９】
上記内視鏡の本体は軟性である請求項１乃至１７における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２０】
上記照明光は本質的に可視光より成る請求項１乃至１９における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２１】
上記照明光は紫外（ＵＶ）光を含む請求項１乃至１９における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２２】
上記照明光は赤外（ＩＲ）光を含む請求項１乃至１９における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２３】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が反復パターンで連続的に導入されるように構成される請求項１乃至２２における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２４】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が不連続的に導入されるように構成される請求項１乃至２２における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２５】
上記コンピュータ実装プログラミングは、疾患治療のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項１乃至２４における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２６】
上記コンピュータ実装プログラミングは、光力学療法のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項１乃至２４における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２７】
上記コンピュータ実装プログラミングは、疾患診断のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項１乃至２４における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２８】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記標的組織における所望されるオブジェクトの検出または区別化のためのコントラストを強化するように出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項１乃至２４における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項２９】
上記プロセッサは上記コントローラである請求項１乃至２８における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項３０】
上記システムはさらに上記ディスプレイ・デバイスを備える請求項１乃至２９における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項３１】
上記システムは、上記内視鏡から上記所望される異なる波長帯域が放射される時間量を変更することによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給するように構成される請求項１乃至３０における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項３２】
上記システムは、上記所望される異なる波長帯域に関して放射される光量を減衰させることによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給するように構成される請求項１乃至３１における任意の請求項記載の内視鏡システム。
【請求項３３】
内視鏡を介して標的組織のカラー画像を取得する方法であって、
ａ）上記内視鏡の遠位端から上記標的組織へ照明光を供給しかつ放射して照明された標的組織を供給することを含み、上記照明光は本質的に、コンピュータ実装プログラミング*により波長レンジ及び照明時間の双方が可変性である可能性のある選択された実質的に純粋なスペクトル出力及び波長依存輝度分布を有する照明光の第１の所望される波長帯域より成り、
ｂ）上記照明された標的組織から発生する光の輝度を実質上単色で検出して第１の検出された光の輝度を供給することと、
ｃ）上記第１の検出された光の輝度及び上記第１の所望される波長帯域をディスプレイ・デバイスへの表示に適する第１の選択された色に関連づけることと、
ｄ）上記内視鏡の遠位端から上記標的組織へ照明光を供給しかつ放射して照明された標的組織を供給すること、を含み、上記照明光は本質的に、上記第１の所望される波長帯域とはスペクトル出力及び波長依存輝度分布の双方が実質的に異なる選択された実質的に純粋なスペクトル出力及び波長依存輝度分布を有する照明光の第２の所望される波長帯域より成り、
ｅ）上記照明された標的組織から発生する光の輝度を実質上単色で検出して第２の検出された光の輝度を供給することと、
ｆ）上記第２の検出された光の輝度及び上記第２の所望される波長帯域をディスプレイ・デバイスへの表示に適する第２の選択された色に関連づけること、を含む方法。
【請求項３４】
上記第１及び第２の選択される色は、所望される波長帯域の各々について所望される波長帯域と実質的に同じである請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
上記方法はさらに、少なくとも第３の所望される波長帯域に関して実質的にａ）乃至ｃ）を反復することを含む請求項３３または３４記載の方法。
【請求項３６】
上記方法はさらに、上記照明された標的組織から発生する光の輝度を上記遠位端に配置される実質上のモノクロセンサを介して検出することを含む請求項３３乃至３５における任意の請求項記載の方法。
【請求項３７】
上記方法はさらに、光の輝度を表す信号をプロセッサへ送信することを含む請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
上記方法は、照明光を供給する光源、上記発生する光を実質的に単色で検出するモノクロセンサ及びプロセッサへ機能的に接続されるコントローラを介して実施され、上記コントローラは、上記光源が経時的に、各々が選択されて実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する、照明光の複数の所望される異なる波長帯域を供給するように、上記光源、センサ及びプロセッサを調整すべく構成されるコンピュータ実装プログラミングを含み、上記モノクロセンサは上記標的組織から発生する光の輝度を検出して上記所望される波長帯域の各々に関して検出された光の輝度を提供し、上記プロセッサは上記各帯域に関して検出された光の輝度をディスプレイ・デバイスへの表示に適する選択された色に関連づける請求項３３乃至３７における任意の請求項記載の方法。
【請求項３９】
照明光はチューナブル光源を介して供給され、上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）チューナブル・フィルタであって、
上記光源から光路に沿って進む光ビームからスペクトルを供給することができるスペクトル・フォーマと、
上記スペクトル・フォーマの下流に位置決めされて上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続される画素空間光変調器（ＳＬＭ）と、を備え、上記画素ＳＬＭは、経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すように構成され、上記画素ＳＬＭは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記画素ＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含むチューナブル・フィルタと、を備える請求項３３乃至３８における任意の請求項記載の方法。
【請求項４０】
上記画素ＳＬＭは反射型画素ＳＬＭである請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
上記反射型画素ＳＬＭの反射面は、間に遮光バリアを有する実質上並列して配置される第１及び第２の画素ＳＬＭを供給するように構成され、上記システムはさらに、上記第１の画素ＳＬＭ領域からの光を上記第２の画素ＳＬＭ領域へ透過するように位置決めされかつ構成される少なくとも１つの光学エレメントを備える請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
照明光はチューナブル光源を介して供給され、上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すべく機能するように構成される音響光学チューナブル・フィルタ（ＡＯＴＦ）を備えるチューナブル・フィルタと、を備え、上記ＡＯＴＦは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記ＡＯＴＦの透過特性を制御するコンピュータ実装プログラミングを含む請求項３３乃至３８における任意の請求項記載の方法。
【請求項４３】
上記チューナブル光源は、実質上全ての望ましくない光を除去するように直列に構成される少なくとも２つのチューナブル・フィルタを備える請求項３９乃至４２における任意の請求項記載の方法。
【請求項４４】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は赤、緑及び青である請求項３４乃至４３における任意の請求項記載の方法。
【請求項４５】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は青緑、黄及び赤紫である請求項３４乃至４３における任意の請求項記載の方法。
【請求項４６】
上記所望される異なる波長帯域はマルチスペクトル画像キューブ用に構成される少なくとも４つの異なる帯域を含む請求項３３乃至４３における任意の請求項記載の方法。
【請求項４７】
上記所望される異なる波長帯域はハイパースペクトル画像キューブ用に構成される多数の異なる帯域を含む請求項３３乃至４３における任意の請求項記載の方法。
【請求項４８】
上記所望される異なる波長帯域は各々、複合画像キューブを供給する複数の中間スペクトルを含む請求項３３乃至４３における任意の請求項記載の方法。
【請求項４９】
上記所望される異なる照明波長帯域は蛍光励起照明帯域の少なくとも１つの帯域を含み、上記システムはさらに実質上全ての上記蛍光励起照明帯域をブロックするように構成される、実質上のモノクロセンサへと反射させる少なくとも１つの長波長通過フィルタを備える請求項３３乃至４８における任意の請求項記載の方法。
【請求項５０】
上記実質上のモノクロセンサは実質的に画像のみを検出するように構成される請求項３３乃至４９における任意の請求項記載の方法。
【請求項５１】
上記遠位端は、フル輝度感度を有する少なくとも５１２×５１２ピクセルを有するピクセル・センサを含みかつ約４ｍｍ未満の直径を有する請求項３３乃至５０における任意の請求項記載の方法。
【請求項５２】
上記遠位端は、フル輝度感度を有する少なくとも２５６×２５６ピクセルを有するピクセル・センサを含みかつ約３ｍｍ未満の直径を有する請求項３３乃至５０における任意の請求項記載の方法。
【請求項５３】
上記内視鏡は上記内視鏡の遠位部分が取外し可能かつ廃棄可能であるように構成される請求項３３乃至５２における任意の請求項記載の方法。
【請求項５４】
上記内視鏡の本体は非軟性である請求項３３乃至５３における任意の請求項記載の方法。
【請求項５５】
上記内視鏡の本体は軟性である請求項３３乃至５３における任意の請求項記載の方法。
【請求項５６】
上記照明光は本質的に可視光より成る請求項３３乃至５５における任意の請求項記載の方法。
【請求項５７】
上記照明光は紫外（ＵＶ）光を含む請求項３３乃至５５における任意の請求項記載の方法。
【請求項５８】
上記照明光は赤外（ＩＲ）光を含む請求項３３乃至５５における任意の請求項記載の方法。
【請求項５９】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が反復パターンで連続的に導入されるように構成される請求項３３乃至５８における任意の請求項記載の方法。
【請求項６０】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が不連続的に導入されるように構成される請求項３３乃至５８における任意の請求項記載の方法。
【請求項６１】
上記方法はさらに、上記標的組織のカラー画像を取得することに加えて、疾患治療のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的組織へ選択的に供給することを含む請求項３３乃至６０における任意の請求項記載の方法。
【請求項６２】
上記方法はさらに、上記標的組織のカラー画像を取得することに加えて、光力学療法のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的組織へ選択的に供給することを含む請求項３３乃至６０における任意の請求項記載の方法。
【請求項６３】
上記方法はさらに、上記標的組織のカラー画像を取得することに加えて、疾患診断のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的組織へ選択的に供給することを含む請求項３３乃至６０における任意の請求項記載の方法。
【請求項６４】
上記方法はさらに、上記標的組織のカラー画像を取得することに加えて、上記標的組織における所望されるオブジェクトの検出または区別化のためのコントラストを強化するように出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的組織へ選択的に供給することを含む請求項３３乃至６０における任意の請求項記載の方法。
【請求項６５】
上記プロセッサは上記コントローラである請求項３８乃至６４における任意の請求項記載の方法。
【請求項６６】
上記方法はさらに、上記カラー画像をディスプレイ・デバイス上へ表示することを含む請求項３３乃至６５における任意の請求項記載の方法。
【請求項６７】
上記方法はさらに、上記内視鏡から上記所望される異なる波長帯域が放射される時間量を変更することによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給することを含む請求項３３乃至６６における任意の請求項記載の方法。
【請求項６８】
上記方法はさらに、上記所望される異なる波長帯域に関して放射される光量を減衰させることによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給することを含む請求項３３乃至６７における任意の請求項記載の方法。
【請求項６９】
カラー画像システムであって、
ａ）標的へ照明光を放射するように構成される、選択的に可変である選択されたスペクトル出力及び選択的に可変である波長依存輝度分布を含むチューナブル光源と、
ｂ）上記標的から発生する光を検出して上記光の輝度を表す信号をプロセッサへ送信するように構成される実質上のモノクロセンサと、
ｃ）上記光源、上記モノクロセンサ及び上記プロセッサへ機能的に接続されるコントローラと、を備え、上記コントローラは、上記光源が経時的に、各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する、照明光の複数の所望される異なる波長帯域を供給するように、上記光源、センサ及びプロセッサを調整すべく構成されるコンピュータ実装プログラミングを含み、上記モノクロセンサは、上記標的から発生する光の輝度を検出して上記所望される波長帯域の各々に関して検出された光の輝度を提供し、上記プロセッサは、上記帯域の各々に関して検出された光の輝度をディスプレイ・デバイスへの表示に適する選択された色に関連づけるカラー画像システム。
【請求項７０】
上記選択される色は、実質上、上記所望される波長帯域に関して所望される波長帯域と同じである請求項６９記載のカラー画像システム。
【請求項７１】
上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）チューナブル・フィルタであって、
上記光源から光路に沿って進む光ビームからスペクトルを供給することができるスペクトル・フォーマと、
上記スペクトル・フォーマの下流に位置決めされて上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続される画素空間光変調器（ＳＬＭ）と、を備え、上記画素ＳＬＭは、経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すように構成され、上記画素ＳＬＭは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記画素ＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含むチューナブル・フィルタと、を備える請求項６９または７０記載のカラー画像システム。
【請求項７２】
上記画素ＳＬＭは反射型画素ＳＬＭである請求項７１記載のカラー画像システム。
【請求項７３】
上記反射型画素ＳＬＭの反射面は、実質上並列して配置される第１及び第２の画素ＳＬＭを供給するように構成され、上記システムはさらに、上記第１の画素ＳＬＭ領域から上記第２の画素ＳＬＭ領域へ光を透過するように位置決めされかつ構成される少なくとも１つの光学エレメントを備える請求項７２記載のカラー画像システム。
【請求項７４】
上記反射型画素ＳＬＭはデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である請求項７１乃至７３における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項７５】
上記反射型画素ＳＬＭはシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）デバイスである請求項７１乃至７３における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項７６】
上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すように機能的に構成される音響光学チューナブル・フィルタ（ＡＯＴＦ）を備えるチューナブル・フィルタと、を備え、上記ＡＯＴＦは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記ＡＯＴＦの透過特性を制御するコンピュータ実装プログラミングを含む請求項６９または７０記載のカラー画像システム。
【請求項７７】
上記チューナブル光源は、実質上全ての望ましくない光を除去するように直列に構成される少なくとも２つのチューナブル・フィルタを備える請求項７０乃至７６における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項７８】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は赤、緑及び青である請求項６９乃至７７における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項７９】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は青緑、黄及び赤紫である請求項６９乃至７７における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８０】
上記所望される異なる波長帯域はマルチスペクトル画像キューブ用に構成される少なくとも４つの異なる帯域を含む請求項６９乃至７７における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８１】
上記所望される異なる照明波長帯域は蛍光励起照明帯域の少なくとも１つの帯域を含み、上記システムはさらに実質上全ての上記蛍光励起照明帯域をブロックするように構成される、実質上のモノクロセンサへと反射させる少なくとも１つの長波長通過フィルタを備える請求項６９乃至８０における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８２】
上記実質上のモノクロセンサは実質的に画像のみを検出するように構成される請求項６９乃至８１における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８３】
上記システムは、フル輝度感度を有する少なくとも５１２×５１２ピクセルを有するピクセル・センサを含みかつ約４ｍｍ未満の直径を有する請求項６９乃至８２における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８４】
上記照明光は本質的に可視光より成る請求項６９乃至８３における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８５】
上記照明光は紫外（ＵＶ）光を含む請求項６９乃至８３における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８６】
上記照明光は赤外（ＩＲ）光を含む請求項６９乃至８３における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８７】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が反復パターンで連続的に導入されるように構成される請求項６９乃至８６における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８８】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が不連続的に導入されるように構成される請求項６９乃至８６における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項８９】
上記コンピュータ実装プログラミングは、疾患の診断または治療の少なくとも一方のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項６９乃至８８における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９０】
上記コンピュータ実装プログラミングは、マシン・ビジョンのための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項６９乃至８８における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９１】
上記コンピュータ実装プログラミングは、産業品質保証のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項６９乃至８８における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９２】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記標的における所望されるオブジェクトの検出または区別化のためのコントラストを強化するように出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように構成される請求項６９乃至８８における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９３】
上記プロセッサは上記コントローラである請求項６９乃至９２における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９４】
上記システムはさらに上記ディスプレイ・デバイスを備える請求項６９乃至９３における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９５】
上記システムは、画像センサから上記コントローラへ画像信号を送信した後に画像検出器の少なくとも１つの小領域からのピクセル輝度を結合するように構成される請求項６９乃至９４における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９６】
上記システムは、画像センサから上記コントローラへ画像信号を送信する前に画像検出器の少なくとも１つの小領域からのピクセル輝度を結合するように構成される請求項６９乃至９４における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９７】
上記画像検出器の少なくとも１つの小領域からの結合されたピクセル輝度は少なくとも１つの放射スペクトルを生成するために照明波長に関連づけられる請求項６９乃至９４における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９８】
上記システムは、上記所望される異なる波長帯域が放射される時間量を変更することによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給するように構成される請求項６９乃至９４における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項９９】
上記システムは、上記所望される異なる波長帯域に関して放射される光量を減衰させることによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給するように構成される請求項６９乃至９５における任意の請求項記載のカラー画像システム。
【請求項１００】
標的のカラー画像を取得する方法であって、
ａ）上記標的へ照明光を供給しかつ放射して照明された標的を供給することを含み、上記照明光は本質的に、コンピュータ実装プログラミングにより波長レンジ及び照明時間の双方が可変性である可能性のある選択された実質的に純粋なスペクトル出力及び波長依存輝度分布を有する照明光の第１の所望される波長帯域より成り、
ｂ）上記照明された標的から発生する光の輝度を実質上単色で検出して第１の検出された光の輝度を供給することと、
ｃ）上記第１の検出された光の輝度及び上記第１の所望される波長帯域をディスプレイ・デバイスへの表示に適する第１の選択された色に関連づけることと、
ｄ）上記標的へ照明光を供給しかつ放射して照明された標的を供給すること、を含み、上記照明光は本質的に、上記第１の所望される波長帯域とはスペクトル出力及び波長依存輝度分布の双方が実質的に異なる選択された実質的に純粋なスペクトル出力及び波長依存輝度分布を有する照明光の第２の所望される波長帯域より成り、
ｅ）上記照明された標的から発生する光の輝度を実質上単色で検出して第２の検出された光の輝度を供給することと、
ｆ）上記第２の検出された光の輝度及び上記第２の所望される波長帯域をディスプレイ・デバイスへの表示に適する第２の選択された色に関連づけること、を含む方法。
【請求項１０１】
上記第１及び第２の選択される色は、所望される波長帯域の各々について所望される波長帯域と実質的に同じである請求項１００記載の方法。
【請求項１０２】
上記方法はさらに、少なくとも第３の所望される波長帯域に関して実質的にａ）乃至ｃ）を反復することを含む請求項１００または１０１記載の方法。
【請求項１０３】
上記方法はさらに、上記照明された標的から発生する光の輝度を実質上のモノクロセンサを介して検出することを含む請求項１００乃至１０２における任意の請求項記載の方法。
【請求項１０４】
上記方法はさらに、光の輝度を表す信号をプロセッサへ送信することを含む請求項１０３記載の方法。
【請求項１０５】
上記方法は、照明光を供給する光源、上記発生する光を実質的に単色で検出するモノクロセンサ及びプロセッサへ機能的に接続されるコントローラを介して実施され、上記コントローラは、上記光源が経時的に、各々が選択されて実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する、照明光の複数の所望される異なる波長帯域を供給するように、上記光源、センサ及びプロセッサを調整すべく構成されるコンピュータ実装プログラミングを含み、上記モノクロセンサは上記標的から発生する光の輝度を検出して上記所望される波長帯域の各々に関して検出された光の輝度を提供し、上記プロセッサは上記各帯域に関して検出された光の輝度をディスプレイ・デバイスへの表示に適する選択された色に関連づける請求項１００乃至１０４における任意の請求項記載の方法。
【請求項１０６】
照明光はチューナブル光源を介して供給され、上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）チューナブル・フィルタであって、
上記光源から光路に沿って進む光ビームからスペクトルを供給することができるスペクトル・フォーマと、
上記スペクトル・フォーマの下流に位置決めされて上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続される画素空間光変調器（ＳＬＭ）と、を備え、上記画素ＳＬＭは、経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すように構成され、上記画素ＳＬＭは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記画素ＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含むチューナブル・フィルタと、を備える請求項１００乃至１０５における任意の請求項記載の方法。
【請求項１０７】
上記画素ＳＬＭは反射型画素ＳＬＭである請求項１０６記載の方法。
【請求項１０８】
上記反射型画素ＳＬＭの反射面は、間に遮光バリアを有する実質上並列して配置される第１及び第２の画素ＳＬＭを供給するように構成され、上記システムはさらに、上記第１の画素ＳＬＭ領域からの光を上記第２の画素ＳＬＭ領域へ透過するように位置決めされかつ構成される少なくとも１つの光学エレメントを備える請求項１０７記載の方法。
【請求項１０９】
照明光はチューナブル光源を介して供給され、上記チューナブル光源は、
ａ）光源と、
ｂ）経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変性の分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すべく機能するように構成される音響光学チューナブル・フィルタ（ＡＯＴＦ）を備えるチューナブル・フィルタと、を備え、上記ＡＯＴＦは上記コントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、実質的に上記照明光の所望される波長帯域のみを通すように上記ＡＯＴＦの透過特性を制御するコンピュータ実装プログラミングを含む請求項１００乃至１０５における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１０】
上記チューナブル光源は、実質上全ての望ましくない光を除去するように直列に構成される少なくとも２つのチューナブル・フィルタを備える請求項１０６乃至１０９における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１１】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は赤、緑及び青である請求項１０１乃至１１０における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１２】
上記照明光の所望される異なる波長帯域は青緑、黄及び赤紫である請求項１０１乃至１１０における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１３】
上記所望される異なる波長帯域はマルチスペクトル画像キューブ用に構成される少なくとも４つの異なる帯域を含む請求項１００乃至１１０における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１４】
上記所望される異なる波長帯域はハイパースペクトル画像キューブ用に構成される多数の異なる帯域を含む請求項１００乃至１１０における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１５】
上記所望される異なる波長帯域は各々、複合画像キューブを供給する複数の中間スペクトルを含む請求項１００乃至１１０における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１６】
上記所望される異なる照明波長帯域は蛍光励起照明帯域の少なくとも１つの帯域を含み、上記システムはさらに実質上全ての上記蛍光励起照明帯域をブロックするように構成される、実質上のモノクロセンサへと反射させる少なくとも１つの長波長通過フィルタを備える請求項１００乃至１１５における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１７】
上記実質上のモノクロセンサは実質的に画像のみを検出するように構成される請求項１００乃至１１６における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１８】
上記システムは、フル輝度感度を有する少なくとも５１２×５１２ピクセルを有するピクセル・センサを含みかつ約４ｍｍ未満の直径を有する請求項１００乃至１１７における任意の請求項記載の方法。
【請求項１１９】
上記照明光は本質的に可視光より成る請求項１００乃至１１８における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２０】
上記照明光は紫外（ＵＶ）光を含む請求項１００乃至１１８における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２１】
上記照明光は赤外（ＩＲ）光を含む請求項１００乃至１１８における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２２】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が反復パターンで連続的に導入されるように構成される請求項１００乃至１２１における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２３】
上記コンピュータ実装プログラミングは、上記所望される異なる波長帯域が不連続的に導入されるように構成される請求項１００乃至１２１における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２４】
上記方法はさらに、上記標的のカラー画像を取得することに加えて、疾患の診断または治療の少なくとも一方のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的へ選択的に供給することを含む請求項１００乃至１２３における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２５】
上記方法はさらに、上記標的のカラー画像を取得することに加えて、マシン・ビジョンのための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的へ選択的に供給することを含む請求項１００乃至１２３における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２６】
上記方法はさらに、上記標的のカラー画像を取得することに加えて、産業品質保証のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的へ選択的に供給することを含む請求項１００乃至１２３における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２７】
上記方法はさらに、上記標的のカラー画像を取得することに加えて、上記標的における所望されるオブジェクトの検出または区別化のためのコントラストを強化するように出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布を上記標的へ選択的に供給することを含む請求項１００乃至１２３における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２８】
上記プロセッサは上記コントローラである請求項１０５乃至１２７における任意の請求項記載の方法。
【請求項１２９】
上記方法はさらに、上記カラー画像をディスプレイ・デバイス上へ表示することを含む請求項１００乃至１２８における任意の請求項記載の方法。
【請求項１３０】
上記方法はさらに、上記所望される異なる波長帯域が放射される時間量を変更することによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給することを含む請求項１００乃至１２９における任意の請求項記載の方法。
【請求項１３１】
上記方法はさらに、上記所望される異なる波長帯域に関して放射される光量を減衰させることによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給することを含む請求項１００乃至１３０における任意の請求項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型かつより低コストであると同時に分解能及びダイナミック・レンジ等の画像品質を維持または向上させることのできる内視鏡及び内視鏡検査システムに関わる。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００３年９月２６日に出願された係属中の米国暫定特許出願第６０／５０６，２６４号の優先権を主張するものである。
【０００２】
疾患の診断及び治療は、外科手術用器具によってアクセスされなければならない可能性のある体内の管または体腔を見るためのデバイスを必要とする場合が多い。これを行う最も一般的な方法は、内視鏡検査システムによるものである。内視鏡は、体内の解剖学的構造の画像を内科医または外科医の目へと中継するデバイスとして周知である。内視鏡には、気管支鏡、胃鏡、結腸鏡、Ｓ状結腸鏡、他等の軟性内視鏡が含まれる。また内視鏡には、関節鏡、腹腔鏡、膀胱鏡、尿道鏡、他等の硬性内視鏡も含まれる。内視鏡は、光学、光ファイバまたは電子デバイスまたはシステムを使用して画像をオペレータへ中継することができる。内視鏡は、典型的には画像システムの一部である。画像システムは通常、光源と、カメラと、画像録画デバイスと、ビデオ・モニタまたはプリンタ等の画像ディスプレイ・デバイスとを備える。
【０００３】
内視鏡はますます小型化し、製造も安価になっていて、その結果、画像品質は絶えず改良されている。電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサ等のより新しくより小型である画像センサは、ビデオ画像を記録して送信するカメラが内視鏡の先端へ組み込まれることを可能にしている。
【０００４】
これらの画像センサを内視鏡の先端に確保できる小スペースへ組み込むことにおける問題点は、一般に、画像分解能または画像のダイナミック・レンジの何れかにおける妥協を要することにある。分解能は、画像内の詳細部を空間的に分解する能力である。ダイナミック・レンジは、画像デバイスによって捕捉され得る明暗による陰影の範囲を指す。分解能の制限因子は一般に、内視鏡レンズの光学品質ではなく、ＣＣＤ上の利用可能なピクセル数である。ダイナミック・レンジの制限因子は、画像を作り上げる光を捕捉するＣＣＤの各ピクセルの能力である。より小さい画像センサはより小さいピクセルを必要とするが、より小さいピクセルは広範囲の光レベルを捕捉する能力が劣ることを意味する。
【０００５】
大部分の内視鏡には、組織が白色光で照明されるとカラー画像を捕捉することのできる画像センサが装備される。これは通常、隣接するピクセル上へ異なる色を透過させる複数の光学フィルタを画像センサ上へ置くことによって達成される。一般に、これらのフィルタは赤、緑及び青のフィルタであるが、青緑、黄及び赤紫等の他の色である場合も、所望次第で他の色の組合わせである場合もある。これらのフィルタは通常、反復する空間的パターンで配置され、互いに隣接するピクセル上に異なる色のフィルタが位置決めされる。赤、緑及び青の一般的なピクセル・パターンは、ベイヤ・パターンである。カラー・フィルタを通る隣接するピクセルは各々、実際には同じロケーションに存在していないとしてもデジタル画像内では同じ空間的ロケーションを割り当てられ、よってそれらが測定している画像の特徴は同一の空間的ロケーションには存在しない。一般に、これらのピクセルは画像化されている組織の光学特性を概算するに足る近さで存在するが、場合によっては、血管網等の詳細部を精確に位置決めする能力を低下させる可能性がある。これに対して、検出器のピクセルが実際に画像内の同じロケーションを測定している場合には、測定はより精確なものになることができる。
【０００６】
画像化の精度を向上させる一つの方法は、内視鏡の近位端に保持される３つの画像センサを使用することである可能性がある。このようなセンサは画像を各々がその固有の画像経路を有する３つの波長成分に分割し、よって画像は各画像センサ上へ精確に記録される。これらのタイプの画像センサは通常３−ＣＣＤカメラと呼ばれ、日本のソニー・コーポレーション等の企業によって市販されている。これらのデバイスは適切なものであり、内視鏡が電子画像を伝送するというより光画像を体腔外へ中継する場合に高品質の画像を生成するが、コストが高く、内視鏡先端への実装は容易でない。
【０００７】
高品質画像を生成する別の方法は、単一のモノクロＣＣＤを使用して、サンプルまたは標的の前のフィルタを交換することにより照明光の異なる波長で照明される画像を順次捕捉するというものである。このようなシステムは、日本のペンタックス社が製造している内視鏡システムの場合のように光学フィルタ・ホイールを使用して製造され、またカナダ、バンクーバー所在のＱＩｍａｇｉｎｇ社から市販されているもののようなカメラの前に置かれる液晶カラー・フィルタまたは音響光学チューナブル・フィルタを使用して製造されている。液晶及び音響光学フィルタは露出時間の優れた制御を有するが、現時点で内視鏡の先端に置いて利用できるものはない。
【０００８】
ペンタックス社によって製造されているモノクロＣＣＤを有する内視鏡は回転式フィルタ・ホイールと共に使用されるが、回転式のフィルタ・ホイールにおけるフィルタにより一定の露出時間及び一定の相対明度が規定されるという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、より小型かつより低コストであると同時に分解能及びダイナミック・レンジ等の画像品質を維持または向上させることのできる内視鏡及び内視鏡検査システムに対するニーズは未だ満たされないままである。本発明は、これらの優位点及び他の優位点を提供するものである。
【００１０】
本発明は、優れたダイナミック・レンジ及び／または分解能を有すると同時に内視鏡のサイズ及びコストを低減させる内視鏡、光源及び内視鏡検査システム、他を提供する。本発明の画像システムは、本システムがオブジェクトまたは光景もしくは他の標的の実質上の本来の色による画像を提供できるようにモノクロセンサをコンピュータ制御照明光システムと共に使用することが望ましい可能性のあるどんな画像システムにも適用可能である。このようなシステムには、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ミニカメラ等の小型画像システム、Ｑ／Ａまたは製造のための産業用画像システムまたは所望される他のものが含まれる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態によっては、内視鏡検査システムは、内視鏡の末端または一部に組み込まれた画像センサまたはビデオカメラを有する内視鏡を備える。一般に、内視鏡の遠位端は内視鏡の体内へ挿入されて標的組織へと方向づけられる端であり、近位端は内視鏡の身体の外で保持される、典型的には接眼アイピース及び１つまたは複数のハンドル、ノブ及び／またはユーザが内視鏡の遠位端または内視鏡の遠位端に位置決めされるデバイスを操作することを可能にする他の制御デバイスを備える端である。本明細書において使用しているように、内視鏡の遠位端は、内視鏡の最遠位の表面または開口である内視鏡の末端と、上記内視鏡の末端に隣接する内視鏡部分とを含む。内視鏡は、概して、米国特許第６，１１０，１０６号、米国特許第５，４０９，０００号、米国特許第５，４０９，００９号、米国特許第５，２５９，８３７号、米国特許第４，９５５，３８５号、米国特許第４，７０６，６８１号、米国特許第４，５８２，０６１号、米国特許第４，４０７，２９４号、米国特許第４，４０１，１２４号、米国特許第４，２０４，５２８号、米国特許第５，４３２，５４３号、米国特許第４，１７５，５４５号、米国特許第４，８８５，６３４号、米国特許第５，４７４，５１９号、米国特許第５，０９２，３３１号、米国特許第４，８５８，００１号、米国特許第４，７８２，３８６号、米国特許第５，４４０，３８８号から周知である。
【００１２】
内視鏡または他の画像システムはさらに、典型的には光ファイバ、ファイバ束、レンズまたはこれらの、もしくは他の光学中継システムの組合わせである、光源からの光を透過してそれを解剖学的部位または画像化されている他の標的を照明すべく投射する照明光ガイドを備えることが可能である。
【００１３】
ビデオカメラは、ＣＭＯＳまたはＣＣＤ画像センサ等の画像センサ及び解剖学的部位の画像を画像センサ上へ形成する対物レンズであってもよい。上記画像センサは、センサ上に重畳されるカラー・フィルタ・マトリクスのないモノクロ画像センサである。
【００１４】
上記画像センサはコンピュータ制御下で動作されてもよく、コンピュータ制御の光源と同期されてもよい。
【００１５】
上記コンピュータ制御の光源は、一般に白色光と呼ばれる少なくとも１つの明るい広帯域可視照明源を備えるライト・システム、プリズムまたは回折格子等の波長分散エレメント及びデジタル・マイクロミラー・デバイスまたはシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）等の反射型画素空間光変調器（ＲＰＳＬＭ）または透過型画素空間光変調器もしくは音響光学チューナブル・フィルタ（ＡＯＴＦ）等の他の適切な同調可能光フィルタを備えてもよい。光源からの光はビームとして波長分散エレメントへと方向づけられ、波長分散エレメントは上記ビームをＲＰＳＬＭ上へ画像化されるスペクトルに分散させる。ＲＰＳＬＭのピクセル・エレメントは切換されて光の波長が選択され、選択された光の波長の選択された量は伝搬されることが可能である。また光源は、例えばより高い合計輝度を供給する、または各々が所望される量の異なる波長帯域を透過させるように構成される選択デバイスとの組合わせで光の異なる波長または波長帯域を供給する複数の異なる光放射器を備えることが可能である。例示的な光源は赤、緑及び青のＬＥＤまたは他の所望されるランプ及び光子発生器を含み、例示的な選択デバイスは電力延ては光源の出力を制御するレオスタット及び本明細書で論じる他の様々な波長及び輝度選択エレメントを含む。伝搬される光は次に、所望されれば光学的に混合されて内視鏡または他の医療デバイスの照明経路へと方向づけられる。
【００１６】
ＲＰＳＬＭはコントローラへ機能的に接続されてもよく、上記コントローラはＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含む。コントローラは、システムの他の部分に対して任意の所望されるロケーションに位置決めされてもよい。例えば、コントローラは照明源のハウジング内にある場合もあれば、システムの他の部分にワイヤ、セルラ・リンクまたは無線リンクで接続されて遠隔に位置決めされる場合もある。また所望されれば、典型的には単一のコンピュータであるが複数のリンクされたコンピュータ、複数のリンクされないコンピュータ、フルコンピュータから分離されたコンピュータ・チップまたは他の適切なコントローラ・デバイスである場合もあるコントローラは、疾患の診断または治療に適する既知の波長帯域または疾患の診断または治療のための特定の光に対応する特定の照明特性、即ち特定の所望される選択されたスペクトル出力及び波長依存の輝度をもたらす、または（例えば腫瘍内へ不活性の形態で注入される薬剤を活性化することによる）疾患治療または他の特定の状況を発動させる１つまたは複数のコンピュータ実装プログラムも含むことが可能である。
【００１７】
ある態様におけるライト・システムは、可変性の選択されたスペクトル出力及び可変性の波長依存輝度分布を供給する。上記ライト・システムは、ａ）光路に沿って進む光ビームからスペクトルを供給するように構成されるスペクトル・フォーマと、ｂ）上記スペクトル・フォーマの下流に位置決めされて上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続される反射型画素空間光変調器（ＲＰＳＬＭ）または他の高速精密制御式波長チューナブル・フィルタとを備える光路を含み、上記ＲＰＳＬＭはＲＰＳＬＭ上に当たる実質上全ての光を反射しかつ光ビームからの光の反射をそのうちの少なくとも１つは上記スペクトル・フォーマへ逆反射しない少なくとも第１及び第２の反射光路間で切換可能である。ＲＰＳＬＭは、デジタル・マイクロミラー・デバイスであってもよい。ＲＰＳＬＭは、ＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含む少なくとも１つのコントローラへ機能的に接続されてスペクトル内の所望される光セグメントを第１の反射光路へ反射し、かつスペクトル内の他のＲＰＳＬＭ上へ当たる実質上全ての光をスペクトル・フォーマへ逆反射しない第２の反射光路及び別の反射光路の少なくとも一方へ反射する。上記所望される光セグメントは、本質的に所望される選択されたスペクトル出力及び所望される波長依存輝度分布より成る。
【００１８】
実施形態によっては、本システムはさらにスペクトル・フォーマの上流に位置決めされる光源を備え、上記スペクトル・フォーマはプリズム及び反射型回折格子、透過型回折格子、可変波長光ファイバまたはモザイク状の光学フィルタである可能性のある回折格子のうちの少なくとも一方を備える。本システムは、上記スペクトル・フォーマとＲＰＳＬＭとの間にスペクトル・フォーマからＲＰＳＬＭへ実質的に強化されたスペクトル画像を供給する強化された光学エレメントを備える場合もあれば、備えない場合もある。上記ＲＰＳＬＭは第１のＲＰＳＬＭであることが可能であり、上記所望される光セグメントは、第２のＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含む同じコントローラまたは別のコントローラへ機能的に接続される第２のＲＰＳＬＭへ方向づけられ、上記所望される光セグメントまたは他のセグメントを１つの方向へ反射し、かつ上記スペクトル内の他の光を少なくとも１つの他の方向へ反射することが可能である。本システムはさらに、ライト・システムからの光を配向された光ビームとして投射するために上記第１のＲＰＳＬＭの下流に位置決めされる光学的プロジェクション・デバイスを備えることが可能である。
【００１９】
上記所望される光セグメントは、例えば疾患治療、光力学療法または疾患診断のための少なくとも１つの出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するように、または光景内の所望されるオブジェクトを検出または区別化すべくコントラストを強めるように選択されてもよい。
【００２０】
実施形態によっては、本システムは、光源からの光を集中させる光コンセントレータを備える。例えば、上記コンセントレータはアーク灯からの光を含み、または他の点放射源が開口絞りを介するビームとして方向づけられる。開口絞りは焦点外の光を、それがシステムを介して伝搬しないように、かつ光学性能を低下させないようにブロックする。焦点が合えば、光はコリメーティング・レンズによって集められ、コリメートされた光が円柱レンズへ方向づけられる。コリメートされた光は、ビームを形成する光線の伝搬方向が実質的に平行な光である。円柱レンズは水平軸における光のみを集め、その結果、コリメートされたビームは焦点面において平均入射角で光の線に収束される。反射性のマイクロアレイは焦点面に配置され、光の線の部分の収束または拡散角度を９０度まで回転させながらその表面に入射するビームを反射するように方向づけられる。このようにして回転される部分のサイズは、反射性マイクロアレイの空間周期によって決定される。
【００２１】
別の態様において、スタンドアロン型の光源は、光を組織上へ投射しかつ可変性の選択されたスペクトル出力及び波長依存輝度分布を有するようなサイズに決定される。照明源は、ａ）高出力光源と、ｂ）上記光源から放射される光ビームからスペクトルを供給するために上記光源の下流で上記光源へ光学的に接続されるスペクトル・フォーマと、ｃ）上記スペクトルの強化された画像を供給する、上記スペクトル・フォーマの下流で上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続される強化された光学エレメントと、ｄ）上記スペクトル・フォーマの下流に位置決めされて上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続されるＲＰＳＬＭと、を備えることが可能であり、上記ＲＰＳＬＭは上記ＲＰＳＬＭ上に当たる実質上全ての光を反射しかつ少なくとも第１及び第２の反射光路間を切換可能であり、上記ＲＰＳＬＭは、ＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御してスペクトル内の所望される光セグメントを第１の反射光路へ反射しかつ上記スペクトル内の他の光を上記スペクトル・フォーマへ逆反射しない上記第２の反射光路及び別の反射光路のうちの少なくとも一方へ反射させるコンピュータ実装プログラミングを含む少なくとも１つのコントローラへ機能的に接続されることが可能であり、上記所望される光セグメントは本質的に所望される選択されたスペクトル出力及び所望される波長依存輝度分布より成り、ｅ）上記ＲＰＳＬＭの下流で上記ＲＰＳＬＭへ上記第１の方向に光学的に接続されるプロジェクション・システムを備えることが可能であり、上記プロジェクション・システムは、組織を照らすべく上記所望されるセグメントを方向付けされた光ビームとして投射する。また、類似システムも供給されることが可能であって、上記システムは、選択フィルタ及び／または例えばＩｎｔｅｌ製の，で論じられているＬＣＯＳシステム、ＭＥＭＳまたは本明細書において論じている波長選択及び輝度選択性の照明光を供給するように構成されることが可能な他の技術、もしくは本明細書において論じている内視鏡のセンサ、プロセッサ他との共用に適する他の所望される光コンビネーションであるシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）を備えるＲＰＳＬＭと結合される複数の差動光源を備える。
【００２２】
上記照明源はさらに、ＲＰＳＬＭの下流で上記ＲＰＳＬＭへ光学的に接続される検出器を備え、上記検出器もまた、上記検出器から上記所望されるセグメントが所望される選択されたスペクトル出力及び所望される波長依存輝度分布を含んでいるかどうかを決定して上記ＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを調節し、上記所望されるセグメントと上記所望される選択されたスペクトル出力及び所望される波長依存輝度分布との間の対応付けを向上させるように構成されるコンピュータ実装プログラミングを含むコントローラへ光学的に接続される。上記照明源はまた、光源からＲＰＳＬＭ、強化された光学エレメント及びスペクトル・フォーマのうちの少なくとも１つへと放射される望ましくないエネルギーを除去するために上記光源へ光学的に接続される排熱エレメントを備えてもよい。
【００２３】
本明細書において論じている様々な態様、実施形態、エレメント、他は、所望される通りに組み合わされかつ順序を変更されてもよい。例えば、照明源及びライト・システム並びにこれらに関連する方法、キット及びこれらに類するものは、エレメントが他のものに関してのみ特別に論じられている場合でも、互いに関して論じられる様々なエレメントを含むことが可能である（例えば照明源の検出器は、ライト・システムでの使用にも適する可能性がある）。
【００２４】
排熱エレメントは、スペクトル・フォーマと第１の反射型空間光変調器との間、ランプとスペクトル・フォーマとの間または所望される他の場所に位置決めされることが可能である。排熱エレメントは、ダイクロイック・ミラーを備えてもよい。ダイクロイック・ミラーは、所望される波長を透過して望ましくない波長を反射する、もしくはその逆である。望ましくないエネルギーはエネルギー吸収面へ方向づけられてラジエータへ熱伝導されることが可能である。排熱エレメントは、望ましくない波長を吸収して所望される波長を透過する液体を含む光学セルであってもよい。上記液体は実質的に水であってもよく、光学セルとリザーバとの循環経路内の入口及び出口を介して光学セル内を流れることができる。上記循環経路及びリザーバは冷却デバイスを備えてもよく、上記冷却デバイスは冷却ユニット、熱電クーラまたは熱交換器であってもよい。
【００２５】
上記照明源はさらに、画素空間光変調器の下流に位置決めされて上記画素空間光変調器へ光学的に接続されるスペクトル再結合器を備えることが可能であり、上記スペクトル再結合器は、プリズム、ランバート光拡散エレメント、ホログラフィック光拡散エレメント等の指向性光拡散器、レンズレット・アレイまたは矩形ライトパイプを備えることが可能である。ある実施形態では、上記スペクトル再結合器は、ライトパイプとレンズレット・アレイ及びホログラフィック光拡散エレメントの少なくとも一方との実施可能な組合わせを含むことが可能である。検出器は上記少なくとも１つの他の方向に位置決めされることが可能であり、かつＣＣＤ、ＣＩＤ、ＣＭＯＳ及びフォトダイオード・アレイのうちの少なくとも１つを備えてもよい。上記高出力光源、上記スペクトル・フォーマ、強化された画像を供給する上記造影光学エレメント、上記ＲＰＳＬＭ及び上記プロジェクション・システムは全て、単一のハウジング内に位置決めされることが可能であり、またはこれより少ない、もしくは多いエレメントが単一のハウジング内に位置決めされる場合もある。
【００２６】
別の態様においては、光源または内視鏡検査システムは、内視鏡の照明光導体を上記光源の出力へ機械的及び／または光学的に接続するためのアダプタまたは他の装置を備える。上記内視鏡の照明光導体は、光ファイバ、光ファイバ束、液体光導体、中空の反射光導体または自由空間光コネクタもしくは他の所望される光導体のうちの少なくとも１つであることが可能である。上記光導体は内視鏡の他の部分と一体式である場合もあれば、モジュールとして内視鏡から分離される場合もある。
【００２７】
別の態様において、内視鏡は、対物レンズを装備していて体内へ挿入されることが可能である、ステンレス鋼または適切なポリマ等の生物学的に融和性である適切な材料製の縦管と、画像センサと、典型的には清掃及び消毒のために密封または封入される内視鏡の末端における光出力ポートとを備える。上記対物レンズ及び／または照明経路は、ビームステアリング・ミラーまたはプリズムもしくは組織の側面または角度ビューイングのための他のビーム・ダイレクタを備えてもよい。内視鏡はさらに、ブラシまたは生検鉗子等の組織サンプリング・アクセサリまたは電気外科手術用ループまたは光ファイバ等の処置アクセサリまたは他のアクセサリの挿入に備えるルーメンを供給する場合もある。
【００２８】
実施形態によっては、内視鏡の画像センサはフィルタのない画像センサであってもよい。フィルタなしの画像センサは、センサ材料のセンサに当たる光に対する自然な光応答に依存して画像信号を生成する。
【００２９】
他の実施形態では、画像センサは、上記センサの前に置かれる、上記センサに到達する光の波長を制限する光学フィルタを保有することが可能である。選択された波長しか選択されたピクセルへ到達することを許容しないマトリクス・フィルタとは異なり、上記光学フィルタは、それらがサンプルからの信号内に存在していれば同じ波長が選択されたピクセルへ到達することを許容するように構成される。上記光学フィルタは、長波長通過フィルタ、単波長通過フィルタ、帯域通過フィルタまたは帯域阻止フィルタのうちの少なくとも１つであることが可能である。長波長通過フィルタは、紫外線または蛍光励起光等の望ましくない波長がセンサ上へ当たらないようにブロックするために有益である。短波長通過フィルタは、赤外線等の望ましくない波長がセンサ上へ当たらないようにブロックするために有益である。帯域通過フィルタは、可視光等の選択された波長のみを検出器上へ当たらせるために有益である可能性がある。帯域阻止フィルタは、蛍光励起光が画像センサ上へ当たらないようにブロックするために有益である。
【００３０】
実施形態によっては、コンピュータ制御式画像センサ（ＣＣＩＳ）はコンピュータ制御の光源（ＣＣＬＳ）と同期して、所望される光波長によって照明されかつデジタル画像として捕捉される組織の連続画像を供給することができる。これらのデジタル画像は次に、所望される通りに組み合わされ、または処理されることが可能であり、内科医または外科医へ有益な情報が提供される。
【００３１】
ＣＣＬＳ及びＣＣＩＳはコントローラへ機能的に接続され、上記コントローラは、ＣＣＩＳにおける画像捕捉時間及びＣＣＬＳにおける波長分布及び照明持続時間を制御するコンピュータ実装プログラミングを含む。コントローラは、システム内の他の部分に対して所望される任意のロケーションに位置決めされることが可能である。例えば、コントローラは照明源のハウジング内に存在する場合もあれば、ワイヤ、セルラ・リンクまたは無線リンクによりシステムの他の部分へ遠隔的に接続される場合もある。また所望されれば、典型的には単一のコンピュータであるが複数のリンクされたコンピュータ、複数のリンクされないコンピュータ、フルコンピュータから分離されたコンピュータ・チップまたは他の適切なコントローラ・デバイスであることが可能なコントローラは、画像捕捉の制御及び／または特定の照明特性、即ち画像化に適する既知の波長帯域に対応する特定の所望される選択されたスペクトル出力及び波長依存輝度、または疾患の診断または治療もしくは（例えば腫瘍内へ不活性の形態で注入される薬剤を活性化することによる）疾患治療または他の特定の状況を発動するための特定の光の制御を供給する１つまたは複数のコンピュータ実装プログラムをも含むことが可能である。
【００３２】
上記内視鏡検査システムはさらに、１つの画像または連続する画像からの情報を解析してそれを手術者にとって有意義な方法で提示するコンピュータ制御式画像捕捉／処理システムを備える。
【００３３】
さらなる態様において、本方法は組織を照明することを含み、上記照明することは、ａ）光ビームを光路沿いにスペクトル・フォーマを介して方向づけ、進行する光ビームからスペクトルを供給することと、ｂ）上記スペクトルを、ＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含む少なくとも１つのコントローラへ機能的に接続されることが可能なＲＰＳＬＭに反射させること、を含み、上記反射させることは、スペクトル内の所望される光セグメントをスペクトル・フォーマへ逆反射されることのない第１の反射光路へ反射させかつ、ＲＰＳＬＭに当たるスペクトル内の他の実質上全ての光をスペクトル・フォーマへ逆反射されることのない少なくとも１つの第２の反射光路へ反射させて本質的には選択されたスペクトル出力及び選択された波長依存輝度分布より成る修正された光ビームを供給することを含んでもよい。実施形態によっては、上記方法は、本明細書において論じている概念の範囲内にある他の照明システムを使用して組織を照明することを含む。
【００３４】
本方法はさらに、スペクトル・フォーマと同じハウジング内で上記スペクトル・フォーマの上流に位置決めされる光源から光ビームを放射することを含んでもよい。本方法はさらに、上記修正された光ビームを上記第１の反射光路と上記第２の反射光路との間で切換することを含んでもよい。本方法はさらに、上記光ビームを造影光学エレメントにより上記スペクトル・フォーマと上記ＲＰＳＬＭとの間を通過させ、上記スペクトル・フォーマから上記反射型画素空間光変調器へ実質的に強化されたスペクトル画像を供給することを含んでもよい。上記反射型画素空間光変調器は第１の反射型画素空間光変調器であってもよく、本方法はさらに、上記修正された光ビームを、第２のＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御して所望される光セグメントをある方向へ反射させかつ上記スペクトル内の他の光を少なくとも１つの他の方向へ反射させるコンピュータ実装プログラミングを含む少なくとも１つのコントローラへ機能的に接続される第２の反射型画素空間光変調器に反射させることを含んでもよい。
【００３５】
本方法はさらに、上記第１のＲＰＳＬＭ及び第２のＲＰＳＬＭのうちの少なくとも一方の下流に位置決めされる光学的プロジェクション・デバイスによって上記修正された光ビームを通し、光を指向性光ビームとして投射することを含んでもよい。
【００３６】
また上記組織を照明する方法は、ａ）光ビームを光路沿いにスペクトル・フォーマを介して方向づけ、進行する光ビームからスペクトルを供給することと、ｂ）上記スペクトルを、上記スペクトル・フォーマの下流に位置決めされて上記スペクトル・フォーマへ光学的に接続される画素空間光変調器を介して通すことも含んでもよく、上記画素空間光変調器は、上記画素空間光変調器内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含む少なくとも１つのコントローラへ機能的に接続され、上記オン／オフ・パターンはスペクトル内の所望される光セグメントをある方向へ通しかつ上記画素空間光変調器へ当たるスペクトル内の他の光を遮断して本質的には選択されたスペクトル出力及び選択された波長依存輝度分布より成る修正された光ビームを供給するように設定されることが可能であり、上記方法は、上記スペクトル・フォーマから上記画素空間光変調器へ強化されたスペクトル画像を供給する上記スペクトル・フォーマと上記画素空間光変調器との間の造影光学エレメントによってスペクトルを通すことを含まない。
【００３７】
さらに他の態様において、本方法は、本質的に所望される選択されたスペクトル出力及び所望される波長依存輝度分布より成る修正された光を内視鏡検査光源から放射することを含む。本方法は、ａ）照明装置のハウジング内に位置決めされる高出力光源から光を放射することと、ｂ）上記光を上記光源の下流で上記光源へ光学的に接続されるスペクトル・フォーマに通して上記光源から放射される光ビームからスペクトルを供給することと、ｃ）上記スペクトルを上記スペクトル・フォーマの下流で上記スペクトル・フォーマへ接続される強化された光学エレメントに通して強化されたスペクトル画像を供給することと、ｄ）上記スペクトルを、ＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを制御するコンピュータ実装プログラミングを含む少なくとも１つのコントローラへ機能的に接続されることが可能なＲＰＳＬＭに反射させること、を含み、上記反射させることは、スペクトル内の所望される光セグメントをスペクトル・フォーマへ逆反射されることのない第１の反射光路へ反射させかつ、ＲＰＳＬＭに当たるスペクトル内の他の実質上全ての光をスペクトル・フォーマへ逆反射されることのない少なくとも１つの第２の反射光路へ反射させて本質的には選択されたスペクトル出力及び選択された波長依存輝度分布より成る修正された光ビームを供給することを含んでもよく、本方法は、ｅ）上記修正された光ビームを、上記第１の方向に上記ＲＰＳＬＭの下流で上記ＲＰＳＬＭへ光学的に接続されるプロジェクション・システムに通すことを含んでもよく、上記プロジェクション・システムは上記照明源からの修正された光ビームを指向性の光ビームとして投射する。
【００３８】
本方法はさらに、所望される光セグメントを上記ＲＰＳＬＭの下流で上記ＲＰＳＬＭへ光学的に接続される検出器へ反射することを含んでもよく、上記検出器は上記第２の反射光路または所望される他の場所に位置決めされてコントローラへ光学的に接続され、上記コントローラは、上記検出器から上記所望されるセグメントが上記所望される選択されたスペクトル出力及び上記所望される波長依存輝度分布を含んでいるかどうかを決定し、その結果から上記第１のセグメントが上記所望される選択されたスペクトル出力及び上記所望される波長依存輝度分布を含んでいるかどうかを決定するように構成されるコンピュータ実装プログラミングを含む。本方法は、ＲＰＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターンを調節し、所望されるセグメントと所望される選択されたスペクトル出力及び所望される波長依存輝度分布との間の対応付けを向上させることを含んでもよい。
【００３９】
また本方法は、光源からＲＰＳＬＭ、強化された光学エレメント及びスペクトル・フォーマのうちの少なくとも１つへと放射される望ましくない内視鏡を除去することを含んでもよく、上記除去することは、上記光源へ機能的に接続される排熱エレメントを介して実行される。本方法はさらに、上記ＲＰＳＬＭの下流に位置決めされて上記ＲＰＳＬＭへ光学的に接続されるスペクトル再結合器を含んでもよい。
【００４０】
本方法はさらに、投射ビームを介して組織を直接照らす、または上記ビームを内視鏡の光導体へと方向づける、もしくは上記ビームを外科用顕微鏡または例えばマシン・ビジョンでの使用に適する画像システムである組織または他のオブジェクトを見るための他の画像システムの光導体へと方向づける、ことのうちの少なくとも１つによって組織を照らすように出力ビームを方向づけることを含んでもよい。
【００４１】
本方法はさらに、ＣＣＬＳからの光で照明される組織によって放射される光の画像を捕捉し、それを処理、解析または表示のために格納することを含んでもよい。
【００４２】
本方法はさらに、一連のデジタルまたはアナログ画像を結合し、これらを処理または組み合わせて内科医または外科医へ情報を与える組織画像を形成することを含んでもよい。
【００４３】
本方法は、一連の画像を捕捉して表示することを含んでもよく、この場合の波長は実質的に波長スペクトルの赤、緑及び青の部分に存在し、上記画像は組み合わされて赤、緑及び青のチャネルによるカラー画像を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下の詳細な説明及び添付の図面を含む本明細書において、これらの、及び他の態様、特徴及び実施形態について述べる。本明細書における検討は様々な態様、特徴及び実施形態を規定し、このような複数の態様、特徴及び実施形態は所望される任意の方法で組み合わされ、順序を変更されてもよい。さらに本明細書では、所定の装置、システム、方法または他の情報について論じる様々な引例についても述べる。このような引例は全て、本出願書におけるその現出場所に関わらず、その全体及びその全ての教示及び開示内容が本引例により開示に含まれる。包含されるこのような引例には、米国特許第６，７８１，６９１号、２００４年７月１６日に出願された「照明の集中及び成形に関する装置と方法」と題する係属中の米国特許出願第１０／８９３，１３２号、本出願と同時に出願された「照明露光の精密制御に関する装置と方法」と題する係属中の米国特許出願第＿＿号（代理人整理番号：１８０２−１２−３）、本出願と同時に出願された「拡張型ダイナミック・レンジ画像化内視鏡システムに関する装置と方法」と題する係属中の米国特許出願第＿＿号（代理人整理番号：１８０２−１３−３）、本出願と同時に出願された「光線療法、光力学療法及び診断の実行装置と方法」と題する係属中の米国特許出願第＿＿号（代理人整理番号：１８０２−１４−３）、本出願と同時に出願された「拡張型スペクトル測定システムに関する装置と方法」と題する係属中の米国特許出願第＿＿号（代理人整理番号：１８０２−１５−３）が含まれる。
【００４５】
本発明は、優れたダイナミック・レンジ及び／または分解能を有し、同時に内視鏡のサイズ及びコストを低減するカラー内視鏡、光源及び内視鏡システム、他を提供する。本内視鏡はこれを、一部では、カラーセンサでなく内視鏡先端における白黒（グレースケール）センサを使用することによって達成する。グレースケール・センサは、カラーセンサより安価かつ小型である。但し本内視鏡は、組織を一度に一色のみで精確かつ特定的に照らし、グレースケールで画像を捕捉し、次にコンピュータを使用して上記画像を上記色に関連づける特殊なライト・システムを使用することによってカラー画像も供給する。例えば、赤い光を使用して１つの画像が生成されると、これはグレースケール画像として捕捉され、次いで捕捉後に赤い画像として割り当てられる。青の画像及び緑の画像についても同じことが行われ、３つの画像は結合されて伝統的な赤−緑−青（ｒｇｂ）カラー画像がもたらされる。上記技術は、他のカラー・コンビネーション及び多数の色についても実行可能である。本発明は、本明細書でさらに詳述する追加の優位点をもたらす。
【００４６】
上記ライト・システムは、ＲＰＳＬＭ等のＳＬＭの上流にスペクトル・フォーマを備え、上記ＳＬＭは、スペクトル内の実質上全ての光をその何れもが光源またはスペクトル・フォーマへと逆反射しない少なくとも２つの異なる光路へ反射する。上記光路の少なくとも１つはプロジェクション光路として作用し、ライト・システムからの所望される光を透過する。ライト・システムは、実質的には光の所望される任意の色及び輝度を供給し、望まれない光及び他の電磁放射線、延ては望まれない熱をシステムの外へ、または熱管理システムへ偏向することによって過熱の問題点を回避する。こうして熱は、システムの光学エレメントから除去される。本システムは、別のシステム、照明装置または他の任意の適切な光源の一部であってもよい。本システムは、夜明けに見える光から癌または乾癬治療のための特殊な光に至るまで、実質的に所望されるどんな光でも供給することが可能であり、例えば１ミリ秒に満たない知覚的な瞬間速度で色及び輝度を変える場合もある。
【００４７】
光に関する幾つかの一般的な情報について言えば、光のエネルギー分布はオブジェクト、化合物または有機体によるその反復の性質を決定するものである。光のエネルギー分布を決定する一般的な方法は、様々な波長における光の量または輝度を測定して光のエネルギー分布またはスペクトルを決定するというものである。光源からの光を特別な目的にとって有益なものにするために、光は、望ましくない波長または輝度を除去する、または光の所望される波長または輝度の相対量を多くするように調整されることが可能である。
【００４８】
高い信号対雑音比及び高い帯域外拒絶は、異なる光源または照明環境のスペクトル特性のシミュレーションを強化し、また蛍光励起、分光学または光力学療法等の臨床治療をも強化する。
【００４９】
本システムを備える、または本システムまたは方法を製造する、または実装するためのキット及びこれに類似するものを含むシステム及び方法は、光源からのどの色または波長が本システムから投射されるかを選択的かつ可変的に決定する能力を提供する。上記波長は、光ビームの単一の波長、単一の波長帯域、波長／波長帯域のグループまたは全ての波長であってもよい。光が波長／波長帯域のグループを含んでいれば、上記グループは連続性または不連続性の何れかであってもよい。波長は、ある波長の別の波長に対する相対レベルを上げる、または下げることができるように減衰されてもよい（例えば、ある波長グループ内の１つの波長の輝度を下げると、他の波長は下げられた波長に相対して効果的に上がる）。スペクトル出力及び波長依存輝度分布のこのような微調整は、単一のライト・システムが疾患の診断または治療もしくは薬剤活性化のための光等の高度に特殊化された光、及び既知の灯、ブラウン管画像表示デバイス、発光画像表示デバイス、特定の経度、緯度及び気象条件における光等の所望される自然な周囲照明シナリオ、火明かり、ろうそくの光または太陽光もしくは他の光学放射源等の所望される照明条件を実質的に模倣する能力を供給することを可能にすることから、これは極めて効果的である。
【００５０】
以下の段落では、本明細書で使用している用語の幾つかの定義を述べる。下記の本項目において特に論じられているものを含み、本明細書で使用している全ての用語は、文脈または定義による別段の指示がない限り、その一般的な意味に従って使用される。同じく別段の指示がない限り、クレームでの使用を除いて、「または」の使用は「及び」を含み、逆もまた同じである。非限定用語は、明確に述べられていない限り、限定的なものとして解釈されるべきではない（例えば、「含む」及び「備える」は別段で明示されていない限り「制限なしに含む」ことを意味する）。
【００５１】
「コントローラ」は、空間光変調器、検出器または本明細書に記載されている装置及び方法の他のエレメントを制御する能力のあるデバイスである。「コントローラ」は、コンピュータ実装プログラミングを含み、またはこれにリンクされる。典型的には、コントローラは中央処理装置（ＣＰＵ）を備える１つまたは複数のコンピュータまたは他のデバイスを備え、他のデバイスに、画素ＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターン、画素光検出器（電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または電荷注入デバイス（ＣＩＤ）等）等の所定の機能またはアクションを実行し、かつ／または検出器から取得されるデータを、このようなデータを使用して画像を生成する、または再構成する、もしくはフィードバックとして使用して上流の空間光変調器を制御することを含み、コンパイルするように指示する。コンピュータは、符号化されたデータを格納することが可能でありかつ数学演算または論理演算を高速で実行するように設定またはプログラムされることが可能な電子デバイスを備える。コントローラは周知であり、特定の態様に所望されるコントローラの選択は本発明の開示の視点から容易に達成可能である。
【００５２】
「空間光変調器」（ＳＬＭ）は、光を選択的に変調するように構成されるデバイスである。本発明は、照明システムの光路内に配置される１つまたは複数の空間光変調器を備える。画素空間光変調器は個々のピクセルのアレイを備え、個々のピクセルは、これらが光を透過し、反射し、または光路に沿って送る、もしくは光をブロックして引き続き光路沿いに進まないように防止または妨害するように、光通過特性を有する複数の点である。このような画素アレイは技術上周知であり、マルチパターン開口アレイとも称されていて、強誘電液晶デバイス、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）デバイス、電気泳動ディスプレイのアレイによって、または静電マイクロシャッタのアレイによって形成されることが可能である。米国特許第５，５８７，８３２号、米国特許第５，１２１，２３９号、Ｒ．Ｖｕｅｌｌｅｕｍｉｅｒ著「新規電気機械マイクロシャッタ・ディスプレイ・デバイス」Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ  ’８４会報、ディスプレイ研究会議、１９８４年９月、を参照されたい。
【００５３】
反射型の画素ＳＬＭは、少なくともオン及びオフ状態間、例えば少なくとも２つの異なる反射角度間または介在及び不介在間で切換可能である高反射ミラーのアレイを備える。反射型の画素ＳＬＭの例には、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）デバイス及び他の微小電子機械構造体（ＭＥＭＳ）が含まれる。ＤＭＤは、米国テキサス州ダラス所在のテキサス・インスツルメンツ社から入手できる。本実施形態において、ミラーには３つの状態がある。パーキング状態または「０」状態では、ミラーはアレイ面に平行であり、直交する光をアレイから真っ直ぐに逆反射させる。ある活性化された状態、または「−１０」状態では、ミラーはアレイ面に対して−１０゜に固定されている。第２の活性状態、または「＋１０」状態では、ミラーはアレイ面に対して＋１０゜に固定されている。他の変位角度も可能であり、本デバイスの異なるモデルで利用可能である。ミラーが「オン」位置にあるとき、このミラーに当たる光はプロジェクション光路へ方向づけられる。ミラーが「オフ」位置にあるとき、光はプロジェクション光路から離れて方向づけられる。オン及びオフは活性または不活性状態に対応して選択される場合もあれば、オン及びオフは異なる活性状態に対応して選択される場合もある。所望されれば、プロジェクション光路から離れて方向づけられる光もまた収集され、所望される任意の目的に使用される場合もある（言い替えれば、ＤＭＤは２つ以上の有益な光路を同時に、または連続して供給することができる）。
【００５４】
ＲＰＳＬＭにおけるパターンは、２つ以上のスペクトル及び輝度分布を同時に、または連続して生成するように構成されてもよく、所定のＲＰＳＬＭの異なる部分は２つ以上の異なるプロジェクション光路に沿った投射または画像化に使用されてもよい。
【００５５】
「照明光路」は光源から標的までの光路であるが、「検出光路」は標的または試料から検出器へと発生する光の光路である。光には、紫外（ＵＶ）光、青色光、可視光、近赤外（ＮＩＲ）光及び赤外（ＩＲ）光が含まれる。
【００５６】
「上流」及び「下流」はその伝統的な意味で使用され、上流は所与のデバイスが光源により近いことを指し、下流は所与のオブジェクトが光源からより遠位にあることを指す。
【００５７】
本明細書における論議は、手段プラス機能及びステッププラス機能双方の概念を含む。但し、本出願書に記載されている用語は、クレームにおいては、「手段」という用語がクレームに特に記載されていない限り「手段プラス機能」の関係を指すものとして解釈されるべきではなく、クレームにおいて「手段プラス機能」の関係を指すものとして解釈されるべきであるのは、「手段」という用語がクレームで特に記載されている場合である。同様に、本出願書に記載されている用語は、方法またはプロセス・クレームにおいては、「ステップ」という用語がクレームに特に記載されていない限り「ステッププラス機能」の関係を指すものとして解釈されるべきではなく、クレームにおいて「ステッププラス機能」の関係を指すものとして解釈されるべきであるのは、「ステップ」という用語がクレームで特に記載されている場合である。
【００５８】
本出願書における他の用語及び言い回しは、上述の定義に従って、かつ本出願書の他の部分で定義される。
【００５９】
図面を参照すると、図１は、カラー内視鏡検査システム２を略示している。コンピュータ制御の光源（ＣＣＬＳ）１０は内視鏡検査システムのコンピュータ化されたコントローラ２０によって制御され、コントローラ２０は内視鏡３０の光導体の近位端に配置される。ＣＣＬＳ１０は、内視鏡３０の照明光導体３５へと方向づけられる光ビームを放射する。光は照明光導体３５を介して内視鏡内を内視鏡の末端４０へと導かれ、ここで内視鏡を出て組織５０を照らす。組織５０から発する光の一部は内視鏡の先端４０に位置決めされる対物レンズ４３によって捕捉され、画像センサ４５上へ組織の画像を形成するように方向づけられる。対物レンズ４３としては、所望されるように光を形成し、混合し、画像化し、コリメート化し、または他の調整を行うためにレンズ、ミラー、フィルタ等の任意の適切な光学エレメントを使用可能である。従って対物レンズを通る光は、対物レンズにより透過される、反射される、または光に作用されることの何れかである。所望されれば、光学フィルタ及び他の所望されるエレメントを主要画像経路内へミラー、レンズまたは他の光学成分に接続して供給することもできる。
【００６０】
試料の画像は画像センサ４５によって変換され、画像を表す電気信号が生成される。画像センサ４５は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補形金属酸化膜（ＣＭＯＳ）または電荷注入デバイス（ＣＩＤ）であってもよく、または別のタイプの画像センサであってもよい。画像センサはモノクロ画像センサであって、画像センサの画素（ピクセル）上へ置かれるベイヤ・マトリクス・タイプの波長選択光学フィルタを装備していないが、画像センサの全ピクセルにおいて実質上同じ波長感度を有する。全てのピクセルにおいて同じ波長応答性を有する画像センサは、モノクロ画像センサまたはグレースケール画像センサとして、またはしばしばより単純に「白黒カメラ」として知られる。モノクロ画像センサを保有しかつ照明光のスペクトル分布の変更に依存して組織のカラー撮像のための改良された内視鏡を供給することは、１つの優位点である。
【００６１】
画像センサ４５は個々のピクセル用の波長選択フィルタを装備しないが、画像センサの前に置かれる、所望される全ての画素上へ当たる所望される波長または波長レンジを選択するため、または望ましくない波長または波長レンジをブロックするための単純な光学フィルタ４７を保有する場合がある。所望される波長の例としては、人の目に見える範囲の波長、熱撮像のための赤外または近赤外範囲の波長または何であれ目的に合わせて所望される他の範囲が挙げられる。望ましくない波長は、センサの作動を妨害する、または色収差に起因して画像のコントラストを下げる波長、または蛍光撮像（または他の放射光の画像化）に使用可能な、但し画像センサへ当たらないようにブロックすることが望ましい可能性のある蛍光励起波長等の特殊な目的で使用される照明波長である可能性がある。
【００６２】
画像センサ４５は、内視鏡画像出力及び画像制御ケーブル３７を介して内視鏡検査システム・コントローラ２０の画像捕捉システムへ機能的に接続される。内視鏡３０の画像センサ４５からの画像信号データは、システム・コントローラ２０へ送信される。画像は、その全体または一部を送信することができる。画像ピクセル信号は、個々に送信される場合もあれば組み合わされる場合もあり、または送信の前または後に処理される場合もある。画像信号の送信は、導線を通って進む電気信号、光ファイバまたは他の光伝送方法を介して進む光信号によって実行される場合もあれば、電波等の無線通信デバイスまたは他のタイプの無線デバイスまたはネットワークによって、もしくは他の所望される方法で送信される場合もある。
【００６３】
システム・コントローラ２０は画像信号を捕捉し、これを処理してデジタル画像に変換する。
【００６４】
別の実施形態では、システム・コントローラ２０は画像信号を捕捉し、これをアナログ信号として処理する。
【００６５】
捕捉されたデジタル画像は格納され、上記画像が捕捉された相対時間及び上記画像が捕捉されたときにＣＣＬＳによって供給された照明のタイプを同定するデータに関連づけられる。次に、システム・コントローラ２０は上記捕捉された画像を処理し、有益な画像情報を提示する。
【００６６】
システム・コントローラ２０は、スペクトル分布及びコンピュータ制御の光源１０によって出力される光のタイミングを制御するコンピュータ実装プログラミングを含む。
【００６７】
図２を参照すると、ＣＣＬＳ１０から放射される光のエネルギーまたはスペクトルの波長依存分布は、波長の関数としての輝度でグラフ表示されることが可能である。白色光源の波長分布を例示するグラフ６０は、ＣＣＬＳの光学システムによって減衰されるキセノンアーク灯の自然な波長分布を示すものである。ＣＣＬＳは、ＣＣＬＳによって放射される光の相対エネルギー分布を制御してＣＣＬＳによって放射されるスペクトルを成形し直し、等化されたエネルギー・スペクトル７０または照明のための選択された波長レンジ８０または特定の特徴のコントラストを高める可能性のある任意のスペクトル・プロファイル９０を供給する、または組織の照明及び撮像に際して他の有益な情報を提供することができる。
【００６８】
本システムの制御可能性における優位点は、等化されたエネルギー分布または参照エネルギー分布の提供がランプ性能の変化に合わせた出力エネルギー分布の補正を可能にすることにある。これは、ランプの老化及びそのスペクトル特性の変化に伴って一貫した画像特性を保つためには有益である可能性がある。
【００６９】
照明の制御可能性におけるさらなる優位点は、画像センサの特性を捕捉するために、利用可能な光のダイナミック・レンジを調節して最適な照明レベルを供給できることにある。
【００７０】
図３及び４は、一連の画像の捕捉と、組織のカラー画像を形成するためのその組合わせとを略示したものである。図３に示すように、ある段階においてＣＣＬＳ１０は、コンピュータ制御下でグラフ１００が表示するエネルギー分布により青色光による照明を提供するように作動される。上記グラフは、約４００ｎｍから約５００ｎｍまでの範囲の出力を有する選択された波長分布を示し、上記波長は青色光のそれに対応している。この光は内視鏡３０を介して組織５０を照らし、画像が画像センサ４５を介して捕捉されてシステム・コントローラへ中継され、ここで第１のモノクロ画像１１０として捕捉される。ＣＣＬＳ１０は次に、その選択される波長分布を変えてグラフ１２０に示すように実質上緑色の光に対応する波長分布で組織５０を照らし、システム・コントローラ２０は第２のモノクロ画像１３０を捕捉する。ＣＣＬＳ１０は次に、その選択される波長分布を変えてグラフ１４０に示すように実質上の赤色光に対応する波長分布で組織５０を照らし、システム・コントローラ２０は第３のモノクロ画像１５０を捕捉する。
【００７１】
モノクロ画像１１０、１３０及び１５０は各々、システム・コントローラ２０のコンピュータ実装プログラミングの一部であるデジタル画像処理ソフトウェアにより青、緑及び赤のカラー・チャネル値を割り当てられる。次に、これらのチャネルは組み合わされて組織５０のカラー画像１６０が形成される。モノクロ画像の捕捉及びそのカラー画像への結合を連続して反復することにより、本システムは、動作を示すことのできるビデオ・シーケンスへと組み立てられることが可能な一連の画像を供給することができる。波長を高速で変更するＣＣＬＳの能力、画像を高速で捕捉する画像センサの能力及び画像を高速で処理するシステム・コントローラの能力は、同時カラー画像捕捉を有するカメラによって獲得されるビデオ画像シーケンスに知覚的に匹敵するフル・モーション・ビデオ撮像を供給するように作動され得る画像捕捉システムを提供する。所望されれば、上記複数のカラーは、ｒｇｂ（赤−緑−青）ではなく青緑−黄−赤紫または他の任意の色の組合わせであってもよく、上記組合わせは２色、３色、４色またはそれ以上の色を含んでもよい。
【００７２】
例えば、図５に示すように、ＣＣＬＳは、図３に示す赤、緑及び青のレンジより遙かに波長の狭い一連の波長レンジを選択するように構成されてもよい。ＣＣＬＳは、グラフ１７０に示すように一連の狭い波長レンジを介して掃引するようにプログラムで制御されてもよい。最初の波長レンジに始まって、画像１８０が捕捉される。ＣＣＬＳが連続する波長レンジを介して掃引するにつれて、画像１９０及び画像２００等の連続画像が捕捉される。波長レンジは、連続的、段階的、断続的、無作為または他の所望される方法で掃引されてもよい。連続画像は、しばしば画像キューブ２１０と呼ばれる画像の「スタック」へと組み立てられる。例えば３乃至１０枚の画像である少数の画像が組み立てられれば、画像キューブまたはスタックは通常、マルチスペクトル画像と呼ばれる。例えば１０乃至何百枚もの画像である多数の画像が組み立てられれば、画像キューブまたはスタックは通常、ハイパースペクトル画像と呼ばれる。
【００７３】
ハイパースペクトル画像またはマルチスペクトル画像は一連の波長レンジにおいて捕捉される場合が多いが、必ずそうである必要はない。これらはまた、組織の蛍光画像（または他の放射光画像）、反射画像、偏光反射画像または所望される他の画像の任意の組合わせであってもよい。さらにこれらは、組織の波長レンジの帯域幅が可変である、または露出時間が可変である組合わせであってもよい。
【００７４】
図６を参照すると、コンピュータ制御の光源は、画像内の特徴のコントラストを強化する波長分布を選択するように構成されることが可能である。ＣＣＬＳは、特定の解剖学的特徴の光学特性とより強力に相互作用する照明スペクトル・プロファイルを作り出すようにプログラムによって制御されてもよい。先験的知識を基礎として予め決められたプロファイルを選択すれば、手術者が組織画像内の解剖学的特徴の状態をより効果的に識別または理解できるようにプロファイル・レンジを選択することが可能である。図６は、組織の特徴のコントラストを強めるように照明光のスペクトル分布を修正するプロセスを略示している。未調整の光または白色光の例のスペクトル分布を、グラフ２２０に表す。白色光２２０は、組織を照らしてモノクロ画像２３０を生成する。画像２３０は、正常組織２５０のエリア内に興味深い特徴２４０を有する。正常組織２５０のスペクトル反射特性をグラフ２６０に示し、興味深い特徴２４０のスペクトル反射特性をグラフ２７０に示す。
【００７５】
組織のモノクロ画像が捕捉されると、そのピクセルに対応する組織部位に関して、上記組織から放射される全ての波長における、検出器及び上記検出器上に重畳される任意のフィルタリングの波長応答レンジ内にある全てのエネルギーが収集される。従って、検出される光学信号は組織内のそのポイントから放射される波長の積算輝度である。これは、例えば正常組織のグラフ２６０及び興味深い特徴のグラフ２７０である興味深い組織の組織スペクトル曲線下の面積に比例する。従って、これらの２信号間を区別する能力は、これらの２値間の差またはコントラストに比例する。
【００７６】
興味深い組織のコントラストを強めるため、照明エネルギーは組織の光応答間の差がより著しい波長に限定されることが可能である。ＣＣＬＳ１０は、システム・コントローラ２０により、ＣＣＬＳのスペクトル出力を修正して、例えば組織を照らして結果的に捕捉されるモノクロ画像２８０をもたらすグラフ２３０に示されるスペクトル・プロファイルである、組織の照明を強化されたコントラストを供給するスペクトル・プロファイルに変更するように制御されることが可能である。正常組織部位３００のこの照明下のスペクトル応答を、グラフ３１０に示す。興味深い部位２９０のこの照明下のスペクトル応答を、グラフ３２０に示す。コントラスト比は、２つのスペクトル・プロファイルの曲線下の面積で表示される反射照明の積算輝度間の差に比例する。コントラスト比に関する積算輝度間の差は、照明スペクトル２３０を有する光で照明される組織でかなり大きく、よってコントラスト比及び周囲の正常組織から興味深い組織を識別する能力は第２の画像において向上される。
【００７７】
図７、及びモノクロ画像センサを使用する内視鏡の構造及び照明光を変化させることによりカラー画像を供給することのできる光源を参照すると、本明細書に記載しているシステム他の特定の優位点は、カラー画像センサを使用する内視鏡より遙かに小さい内視鏡を構成する能力にある。
【００７８】
概して、現時点で入手可能な内視鏡の先端に画像センサを組み込む内視鏡は、画像センサ上に重畳されたマトリクス・カラー・フィルタを有する画像センサを使用する。図７ａは、ピクセル画像センサを生成する矩形アレイへの典型的な検出素子配列を略示している。本図は、検出素子４０２、４０４、４０６、４０８及び４１０によるアレイを備える画像センサ４００の小部分を示し、上記検出素子の各々は、各々がサンプル画像の異なる部位を検出するように構成されていれば、画素または単にピクセルとして知られる測定値を供給するように構成されることが可能である。本システムにおいて、これは、例えば各々がグレースケール読取り値を検出して送信すると達成される。各検出素子は、各検出素子上へ投射される画像の一部から光を収集し、輝度値及び空間内のロケーションを含む測定値を生成する。
【００７９】
カラー画像を生成する周知方法は、図７ｂに示すように、個々の検出素子上へ配置されることが可能である略示されているような光学フィルタのアレイを生成するというものであり、赤、緑及び青のフィルタを備えるフィルタは、画像センサ４００上へ配置されることが可能なパターンに配列されている。本例では、緑のフィルタ４４０は検出素子４１０のロケーションに対応し、赤のフィルタ４３０及び青のフィルタ４５０は隣接する検出素子４４０及び４５０上に配置される。本例では、第２の緑色フィルタは緑のフィルタ４４０に隣接して配置されている。これは、使用可能なパターンの一例であり、一般にベイヤ・パターンと呼ばれる。パターンは、２つの緑色フィルタの代わりに２つの赤色フィルタを有するパターン及び例えば青緑色、黄色、赤紫色及び緑色のフィルタを含むパターンを含み、多くが技術上周知である。
【００８０】
ベイヤ・パターン型の画像センサからの画像が読み出されると、検出素子ロケーション上のフィルタの色が認知され、よって適切なカラー・チャネルに輝度値が割り当てられる。隣接する４ピクセルより成るグループは、こうして特定のロケーションの「カラー」ピクセル４６０を形成する。ベイヤ・パターンを使用して画像センサ上へカラー画像を生成することは、モノクロカメラと同数の画像ピクセルを生成するために、４倍のカメラ・ピクセルが必要であることを意味する。モノクロセンサはカラーセンサに匹敵する分解能の画像を捕捉することが可能であり、しかも作用面積の２５％しか必要としない。言い替えれば、これは、単一の検出素子が１つのピクセルを提供する図７ａのセンサに対して、図７ｂの１つのピクセルを４つの検出素子で提供する。
【００８１】
図７ｃは、図７ｂのカラーセンサ４２０の同じピクセル分解能に対するモノクロセンサ４８０の相対サイズを示す。画像センサはますます小型化されて、実際的な一定限度に到達していることは周知である。画像センサを、６乃至８ミクロンより小さいサイズのピクセルで製造することは困難である。内視鏡の先端における画像センサの場合、センサが小さいほど、内視鏡を小さくすることができる。５１２×５１２ピクセル等の一般に好まれる画像分解能を有するモノクロ画像センサは５１２×６ミクロンの寸法を有する少なくとも１つの画像センサを必要とし、計算するとこれは３０７７ミクロンまたは３ｍｍ×３ｍｍを僅かに超えるものになる。このチップがチップ上にカラー・フィルタ・マトリクスを有していれば、分解能は半分である２５６×２５６ピクセルの画像分解能になる。逆に言えば、本明細書に記載しているシステム、他は、サイズの増大に伴ってピクセルの総数が増加することから、センサ・サイズがほぼ同じであれば伝統的なベイヤ・パターン型のカラーセンサより遙かに優れた分解能を提供し、中間サイズのセンサはより優れた分解能及びより小さいサイズを提供する。
【００８２】
図８は、より小さい画像センサを使用するように構成されることが内視鏡サイズに与える影響を略示したものである。画像センサ７３０のサイズは、画像センサ６３０の２５％である。関連づけられる結像用対物レンズも、より小さいサイズになる。これは、内視鏡本体６００の全体サイズが内視鏡本体７００のサイズにまで縮小されることを可能にする。従って、実施形態によっては、本明細書に記載している内視鏡は、フル輝度感度を有する５１２×５１２ピクセル・センサで約４ｍｍ未満の遠位端直径、またはフル輝度感度を有する２５６×２５６ピクセル・センサで約３ｍｍ未満の遠位端直径を有するカラー・ビデオレート内視鏡を備える。
【００８３】
従って、モノクロセンサを使用し、着色光による連続照明でカラー画像を生成する優位点は、より高い分解能であるが同じサイズ、または同じ分解能であるがより小さいサイズを有する画像センサが、例えばより小さいサイズで同等の画像分解能、またはより小さいサイズで向上された画像分解能を有する、より小型かつ／またはより性能の高い内視鏡の構成を可能にすることにある。
【００８４】
モノクロセンサを使用する別の優位点は、モノクロセンサは実質的に製造コストがより少なく、画像転送に要する回路及び配線がより少ないことにある。より小さく、よりコストの低いコンポーネントの使用は、コストが格段に低下する内視鏡の構成を可能にする。ケースによっては、内視鏡はコストが低いために一回の使用で廃棄される場合もある。
【００８５】
従って、態様によっては、カラー画像の内視鏡システムは、近位端及び遠位端を含む、上記遠位端を標的組織に近接して配置するように構成される内視鏡本体と、上記遠位端から照明光を放射するように構成される、選択された可変スペクトル出力及び可変波長依存輝度分布を含むチューナブル光源と、上記遠位端に配置される、上記標的組織から発生する光を検出して上記光の輝度を表す信号をプロセッサへ送信するように構成される実質上のモノクロセンサと、上記光源、上記モノクロセンサ及び上記プロセッサへ機能的に接続されるコントローラとを備える。上記コントローラは、上記光源が経時的に、各々が選択されて実質的に純粋な、即ち実質的に所望されるものだけであって単純な１つの帯域である場合も、所望されれば波長の複合セットである場合もある可変性の分布及び輝度を有する、照明光の複数の所望される異なる波長帯域を供給するように、上記光源、センサ及びプロセッサを調整すべく構成されるコンピュータ実装プログラミングを含む。モノクロセンサは、標的組織から発生する光の輝度を検出し、所望される波長帯域の各々に関して検出された光の輝度を提供し、プロセッサは各帯域に関して検出された光の輝度をディスプレイ・デバイスへの表示に適する選択された色に関連づける。
【００８６】
所望される波長帯域の各々に関して選択される色は、実質上、所望される波長帯域と同じであってもよい。チューナブル光源は、光源と、波長及び輝度が可変性である所望される光を供給するチューナブル・フィルタとを備えていてもよい。例えば、チューナブル・フィルタは、スペクトル・フォーマと、経時的に実質上各々が選択された実質的に純粋な可変分布及び輝度を有する照明光の所望される波長帯域のみを通すように構成される画素ＳＬＭまたはＡＯＴＦとを備えてもよい。チューナブル・フィルタはコントローラへ機能的に接続され、コントローラは、画素ＳＬＭ内のピクセルのオン／オフ・パターン及び／または実質的に照明光の所望される波長帯域のみを通すＡＯＴＦの透過特性を制御するコンピュータ実装プログラミングを含む。
【００８７】
上記ＳＬＭは反射ＳＬＭであってもよく、上記反射面は、第１の画素ＳＬＭ領域からの光を第２の画素ＳＬＭ領域へ透過するように位置決めされかつ構成される少なくとも１つの光学エレメントを有する遮光バリアを間に有する実質上並列して配置される第１及び第２の画素ＳＬＭを供給するように構成されてもよい。典型的には直列及び組合わせである複数フィルタ及び／または複数ＳＬＭは他の構成もまた可能であり、例えば複数のＳＬＭは例えば同じ光路内（上流または下流）で並列または近接していて、しかも機能的に関係している。
【００８８】
照明光の所望される異なる波長帯域は、赤、緑及び青であっても、青緑、黄及び赤紫であってもよい。またこれらは、マルチスペクトル画像キューブ用に構成される少なくとも４つの異なる帯域、ハイパースペクトル画像キューブ用に構成される多数の異なる帯域または複合画像キューブを供給する複数の中間スペクトルを備えてもよい。波長帯域は蛍光励起照明を含んでもよく、本システムはさらに蛍光励起照明をブロックするように構成される少なくとも１つの長波長通過フィルタを含んでもよい。照明光は本質的に可視光、紫外（ＵＶ）光または赤外（ＩＲ）光より成り、またはこれらの組合わせを含んでもよい。所望される異なる波長帯域は、反復パターンで連続的に、または不連続的に導入されてもよい。また、他の色の組合わせまたは構成も可能である。
【００８９】
センサは、実質的に画像のみを検出するように構成されてもよい。遠位端は、フル輝度感度を有するが約４ｍｍ未満の直径しかない５１２×５１２ピクセル・センサ、または約３ｍｍ未満の直径を有する２５６×２５６ピクセル・センサを含んでもよい。内視鏡の遠位部分は取外しが可能で廃棄できるものであってもよく、内視鏡または少なくともその遠位部分は軟性であっても非軟性であってもよい。
【００９０】
コンピュータ実装プログラミングは、疾患治療、光力学療法、疾患診断のための出力エネルギーのスペクトル出力及び波長依存輝度分布を実質的に模倣するスペクトル出力及び波長依存輝度分布をも選択的に供給するように、または標的組織における所望されるオブジェクトの検出または区別化のためのコントラストを強化するように構成されてもよい。本システムは、内視鏡から所望される異なる波長帯域を放射することができる時間量を変更することによって、及び／または所望される異なる波長帯域に関して放射される光量を減衰させることによって照明光の所望される複数の異なる波長帯域に異なる輝度を供給するように構成されてもよい。
【００９１】
プロセッサはコントローラであってもよく、本システムはさらにディスプレイ・デバイスを備えてもよい。
【００９２】
本明細書に記載する方法は、本明細書に記載しているデバイス及びシステムの製造方法、及びこのようなデバイス及びシステムの使用方法を含む。例示的な方法は、内視鏡の遠位端から標的組織へ照明光を供給しかつ放射して照明された標的組織を供給することにより内視鏡を介して標的組織のカラー画像を取得することを含み、上記照明光は本質的に選択された実質的に純粋なスペクトル出力及び波長依存輝度分布を有する照明光の第１の所望される波長帯域より成り、上記照明された標的組織から発生する光の輝度を実質上単色で検出して第１の検出された光の輝度を供給することと、上記第１の検出された光の輝度及び上記第１の所望される波長帯域をディスプレイ・デバイスへの表示に適する第１の選択された色に関連づけること、を含む。次に、上記プロセスは第２の波長帯域及び第２の色に関して、次いで所望に応じて第３の波長帯域及び色に関して反復される。上記第１及び第２の選択される色は、所望される波長帯域の各々について所望される波長帯域と実質的に同じであってもよい。上記方法はさらに、上記照明された標的組織から発生する光の輝度を遠位端に配置される実質上のモノクロセンサを介して、そうでなければ本明細書に記載しているデバイス及びシステムを使用しかつ実施して検出することを含んでもよい。
【００９３】
態様によっては、本発明は、デジタルまたは非デジタルであってもよい特定のチューナブル光源を備える、本明細書において論じているような光エンジン及びその関連方法を含む。本明細書の他の部分で述べているように、これらのシステム及び方法によるある態様は、例えば１０月１４日、オーストラリア、シドニーにおける晴天下の正午、または精確に４４２ｎｍである医療用有効光のような精確に所望される波長パターンに対応する微調整された可変波長レンジを供給するエンジンの能力に関連する。例えば、このようなスペクトルは典型的な広帯域光源（所望されれば、所定の実施形態では狭帯域光源を使用可能）からの光の分散スペクトルを受信することによって生成され、よって上記スペクトルに渡る所望される波長及び波長輝度は光の波長の所望される輝度分布を供給するようにデジタル光プロセッサにより選択されてもよい。次に、元の光源からの残りの光はヒートシンク、ライトシンクへ追いやられる、そうでなければ廃棄される（例によっては、未使用の光はそれ自体が発生する光、他を計測するための追加光源として使用される場合がある）。
【００９４】
本発明においては、ヒートシンクへ追いやられる光または標的へ送られる光の何れかまたは双方、もしくは所望される他の光が測定される。上記光がライトシンクへ向かう光であれば／を含んでいれば、所望されれば上記測定は、光エンジンから投射される光を決定するための上記測定される光と光源からのスペクトル分布との比較統合を含んでもよい。例えば、ライトシンクからの光は、標的へ送られる光を暗に供給するために光源からの光から減算されてもよい。次に光源は、所望される通りの光量が標的へ供給され、同時に光源からは所望される以上の光が発生されず、かつ光源により所望される以上の電力が使用されないように、適宜、上向きまたは下向きにされる。過去には、所定の光源の電力の入／出力を低減または増加することは、光源の波長プロファイルを変化させるという理由で望ましくない場合が多かった。本システム及び方法では、光源の変更される波長出力が検出され、かつデジタル光プロセッサは最終的に標的へ投射される光が所望される波長輝度分布であり続けるように上記変更される波長出力に適応すべく修正されることからこれは問題ではない。
【００９５】
この態様は、図９に示すフローチャートにおいて次のように描かれている。当該スペクトルに渡る波長輝度分布は正しいか？  正しければ解析へ進み、正しくなければ所望される通りに当該スペクトルに渡る波長輝度分布を訂正する。標的の輝度分布は適正であるか？  適正でなければ、光源からの出力電力を上げて繰り返す。適正であれば、次のステップへ進む。（例えば、ライトシンクへ運ばれている）過剰な光は存在するか？  存在すれば、光源へ／からの電力を下げる。存在しなければ、容認できると判断してそのままにしておく。電力が上がる、または下がれば、（例えば標的へ発生される光及び／または光電源からの光の）スペクトル分布を再チェックし、変わっていればデジタル光プロセッサをこの変更されたスペクトル入力に適応するように構成し直す。光エンジンが変更されれば、光源を再度上向き、または下向きにしてよいか評価し直す。必要に応じて、これを繰り返す。
【００９６】
本明細書に記載されている様々な実施形態の他の幾つかの優位点は、本システムがより省電力型であり、発熱量がより少なく、よって必要なロバスト・パーツはより少なくなる可能性があり、さらには、例えば発生する熱量の低減及び伝達される電力の低減及び伝達される光の低減に起因して当然システムの様々なパーツの寿命延長をアシストする、ということにある。同時にこれは、これ以外では光源における電力の増加または低減に起因するスペクトル分布の変化を恐れて使用できないと思われる特別な省エネルギー型の光源を使用する能力を提供する。
【００９７】
以上の説明から、本明細書は例示を目的として特定の実施形態を論じているが、本明細書に記載された精神及び範囲を逸脱することなく様々な変更を行い得ることは認識されるであろう。従って、本明細書に記載されているシステム、方法、他はこのような変更及び本明細書に記載されている発明対象の全ての入れ替え及び組合わせを含むものであり、添付の請求の範囲以外によって限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、慎重に制御される光源及びグレースケール・センサを備えるカラー内視鏡検査システムの略図である。
【図２】図２は、コンピュータ制御の光源が組織を照らす光のスペクトル分布を修正できる方法を示す略図である。
【図３】図３は、ＣＣＬＳにより生成された３つの照明波長帯域の時間シーケンス及び結果的にＣＣＩＳにより捕捉されたグレースケール画像を示す略図である。
【図４】図４は、図３の３つのモノクロ画像の、ＲＧＢカラー画像の赤、緑及び青チャネルへの割付け、及び結果的なカラー画像を略示している。
【図５】図５は、ＣＣＬＳが一連の波長帯域を通って選択的に掃引し、次段階でマルチスペクトルまたはハイパースペクトル画像キューブとして組み立てることのできる画像を各シーケンス段階で捕捉する方法を略示している。
【図６】図６は、ＣＣＬＳが特定の解剖学的特徴に対してコントラストを高める、または下げることのできるスペクトル・プロファイルを生成し得る方法を略示している。
【図７】図７ａは、画像センサ上のピクセルの矩形配置を示す先行技術センサ、図７ｂは、ベイヤ・パターン画像センサ上のフィルタ配列及びＲＧＢフィルタ・ピクセルが組み合わされて効果的なピクセルを生成する方法、図７ｃは、図７ｂのベイヤ・パターン画像センサと、同数の有効ピクセルを有するモノクロ画像センサとの相対サイズ、を略示している。
【図８】図８は、内視鏡直径に与える画像センサ・サイズの影響を示す内視鏡先端の略示である。
【図９】図９は、本発明による電力管理スキームを示すフローチャートである。
【図１】
2007506485.tif 000003
【図２】
2007506485.tif 000004
【図３】
2007506485.tif 000005
【図４】
2007506485.tif 000006
【図５】
2007506485.tif 000007
【図６】
2007506485.tif 000008
【図７】
2007506485.tif 000009
【図８】
2007506485.tif 000010
【図９】
2007506485.tif 000011
【国際調査報告】
2007506485.tif 000012
2007506485.tif 000013