(57)【要約】【課題】  ここにおける装置および方法は、生体組織を検視するときに、画像の品質およびユーザーが所望の特徴を区別する機能を向上することができる光源および内視鏡システムを、内視鏡からの、特に、小さな画像センサおよび小さな画素電子井戸容量、および他の光学システムが理由で限られたダイナミックレンジを有する内視鏡からの画像のダイナミックレンジを向上する方法および装置を提供することにより提供する。【選択図】  図６
2007506487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
良好なダイナミックレンジを有する光学撮像システムであって、
ａ）可変選択スペクトル出力および可変選択波長依存強度分布を含む照明光を放射するように構成され、所望のように前記可変選択スペクトル出力および前記可変選択波長依存強度分布を独立して増加または減少するように構成された同調可能光源と、
ｂ）目標物から放射する光を検出し、前記目標物の画像をプロセッサに送信するように構成された画像センサと、
ｃ）前記光源、前記画像センサ、および前記プロセッサに操作可能なように接続されたコントローラであって、前記コントローラは、コンピュータ実行型プログラミングを含み、前記コンピュータ実行型プログラミングは、前記照明光の前記選択スペクトル出力および波長依存強度分布を変化させて、前記画像における特別な波長分布において、実質的に許容可能な波長分布を変更することなく、過飽和、露光過度、または露光不足の少なくとも一つを補償するように構成された補償照明光を提供するように、前記光源、画像センサ、およびプロセッサを調整するように構成され、また前記コンピュータ実行型プログラミングは、前記光源の変化についてのデータと前記画像におけるデータを組み合わせて、前記画像センサ単独の場合と比較して前記システムに対して強調ダイナミックレンジを提供するように構成された、前記コントローラと、
からなる光学撮像システム。
【請求項２】
前記システムは、基端部および先端部を含み、前記先端部を目標に近接して配置し、前記先端部から照明光を放射するように構成されている内視鏡本体を更に備える請求項１に記載の光学撮像システム。
【請求項３】
前記同調可能光源は、
ａ）光源と、
ｂ）前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提供できるスペクトル形成器と、前記スペクトル形成器の下流に位置し、前記スペクトル形成器に光学的に接続された画素化空間光変調器（ＳＬＭ）であって、信号の前記特別な波長分布において、実質的に許容可能な波長分布を変更することなく、過飽和または露光不足を補償する前記補償照明光の前記選択スペクトル出力および波長依存強度分布のみを実質的に通過させるように構成され、前記画素化ＳＬＭにおける画素のオン／オフパターンを制御して、実質的に照明光の所望の波長分布のみを通過させるようにするコンピュータ実行型プログラミングを含むコントローラに操作可能なように接続された前記画素化ＳＬＭとを含む同調可能フィルタと、
を含む請求項１または請求項２に記載の光学撮像システム。
【請求項４】
前記画素化ＳＬＭは、反射型画素化ＳＬＭである請求項３に記載の光学撮像システム。
【請求項５】
前記反射型画素化ＳＬＭの反射面は、光阻止バリアをはさんで実質的に隣同士に並べて配置された第１および第２画素化ＳＬＭ領域を提供するように構成され、前記システムは更に、前記第１画素化ＳＬＭ領域からの光を前記第２画素化ＳＬＭ領域に送信するように位置し、構成された少なくとも一つの光学素子を含む請求項４に記載の光学撮像システム。
【請求項６】
前記同調可能光源は、
ａ）光源と、
ｂ）信号の前記特別な波長分布において、実質的に許容可能な波長分布を変更することなく、過飽和または露光不足を補償する前記補償照明光の前記選択スペクトル出力および波長依存強度分布のみを実質的に通過させるように操作可能に構成された音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）であって、前記ＡＯＴＦの送信特性を制御して、実質的に前記補償照明光のみを通過させるようにするコンピュータ実行型プログラミングを含むコントローラに操作可能なように接続される前記ＡＯＴＦを含む同調可能フィルタと、
からなる請求項１または請求項２に記載の光学撮像システム。
【請求項７】
前記同調可能光源は、事実上すべての望ましくない光を除去するように直列に構成された少なくとも二つの同調可能フィルタを備える請求項２〜６のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項８】
前記画像センサは、前記先端部に配置される請求項２〜７のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項９】
前記画像センサは、前記基端部に配置される請求項２〜７のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１０】
前記画像センサは、モノクロ画像センサである請求項１から９のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１１】
前記画像センサは、カラー画像センサである請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１２】
前記システムは更に、前記光源が、それぞれが選択された、実質的に純粋な、可変分布および強度を有する照明光の複数の異なる所望の波長帯域を時間の経過と共に提供し、前記モノクロ画像センサが前記目標物から放射する光の強度を検出して前記所望の波長分布のそれぞれに対して検出光強度を提供し、前記プロセッサが前記帯域のそれぞれに対する前記検出光強度を、表示装置上の表示のための適切な選択されたカラーに関連付けるように、前記光源、画像センサ、およびプロセッサを調整するように構成されたコンピュータ実行型プログラミングを含む請求項１１に記載の光学撮像システム。
【請求項１３】
前記システムは、前記補償照明光が、前記照明光と比較して実質的に単一波長帯域においてのみ減衰されるように構成されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１４】
前記単一波長帯域は、赤、緑、青、シアン、イエロー、またはマゼンタの一つである請求項１３に記載の光学撮像システム。
【請求項１５】
前記システムは、前記補償照明光が、前記照明光と比較して複数の波長帯域において減衰されるように構成されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１６】
前記照明光は、蛍光励起照明光の少なくとも一つの帯域を備え、前記システムは更に、前記画像センサに反射して戻す前記蛍光励起照明帯域のすべてを実質的に阻止するように構成された少なくとも一つのロングパスフィルタを含む請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１７】
前記画像センサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、電荷注入素子（ＣＩＤ）、およびフォトダイオードアレイの少なくとも一つを含む請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１８】
前記光学撮像システムは、外科医用顕微鏡または検耳鏡である請求項２〜１７のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項１９】
前記システムは更に、前記高ダイナミックレンジ画像を表示するように操作可能に接続された表示装置を更に含む前記請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２０】
前記内視鏡の本体は、柔軟性を有さない請求項２〜１９のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２１】
前記内視鏡の本体は、柔軟性を有する請求項２〜１９のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２２】
前記照明光は、基本的に可視光から構成される請求項１〜２１のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２３】
前記照明光は、紫外線（ＵＶ）を含む請求項１〜２１のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２４】
前記照明光は、赤外線（ＩＲ）を含む請求項１〜２１のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２５】
前記システムは、前記異なる所望の波長帯域が前記内視鏡から放射されるその時間量を変えることにより、照明光の少なくとも一つの波長帯域に対して異なる強度を提供するように構成される請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２６】
前記システムは、前記異なる所望の波長帯域に対して放射される光の量を減衰することにより、照明光の少なくとも一つの波長帯域に対して異なる強度を提供するように構成される請求項１〜２５のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２７】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、病気治療のための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供するように構成される請求項１〜２６のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２８】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、フォトダイナミックセラピーのための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供するように構成される請求項１〜２６のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項２９】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、病気診断のための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供するように構成される請求項１〜２６のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項３０】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、前記目標物中の所望対象の検出または区別のためにコントラストを強調するための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供するように構成される請求項１〜２６のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項３１】
前記プロセッサは、前記コントローラである請求項１〜３０のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項３２】
前記特別な波長分布は、特別な波長帯域である請求項１〜３１のいずれか一項に記載の光学撮像システム。
【請求項３３】
良好なダイナミックレンジを有する、目標物の画像を得る方法であって、
ａ）可変選択スペクトル出力および可変波長依存強度分布を含む照明光を放射するように構成され、所望するように前記可変選択スペクトル出力および前記可変波長依存強度分布を独立して増加または減少して、目標物を照明するように構成された同調可能光源からの照明光を放射することと、
ｂ）目標物から放射する光を検出し、前記目標物の画像をプロセッサに送信するように構成された画像センサを介して前記目標物からの放射光を感知することと、
ｃ）前記放射光が、前記画像センサの感知素子を飽和、露光過度、または露光不足にしているかを決定することと
ｄ）前記放射光が、前記画像センサの感知素子を飽和、露光過度、または露光不足にしている場合は、信号の特別な波長分布において実質的に許容可能な波長を変更することなく過飽和または露光不足を補償するように構成された補償照明光を提供するために、前記照明光の前記選択スペクトル出力および波長依存強度分布を選択的に調整することと、および
ｅ）前記光源の前記調整についてのデータと前記画像からのデータを、前記画像センサ単独の場合と比較して強調されたダイナミックレンジを提供するために組み合わせること、を含む方法。
【請求項３４】
前記目標物は、目標生体組織であり、前記方法は内視鏡を介して実行される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記同調可能光源は、
ａ）光源と、
ｂ）前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提供できるスペクトル形成器と、前記スペクトル形成器の下流に位置し、前記スペクトル形成器に光学的に接続された画素化空間光変調器（ＳＬＭ）であって、信号の特別な波長分布において、実質的に許容可能な波長分布を変更することなく、過飽和または露光不足を補償する前記補償照明光の前記選択スペクトル出力および波長依存強度分布のみを実質的に通過させるように構成され、前記画素化ＳＬＭにおける画素のオン／オフパターンを制御して、実質的に照明光の所望の波長分布のみを通過させるようにするコンピュータ実行型プログラミングを含むコントローラに操作可能なように接続された前記画素化ＳＬＭとを含む同調可能フィルタと、
を含む請求項３３または請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記画素化ＳＬＭは、反射型画素化ＳＬＭである請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記反射型画素化ＳＬＭの反射面は、光阻止バリアをはさんで実質的に隣同士に並べて配置された第１および第２画素化ＳＬＭ領域を提供するように構成され、前記同調可能光源は更に、前記第１画素化ＳＬＭ領域からの光を前記第２画素化ＳＬＭ領域に送信するように位置し、構成された少なくとも一つの光学素子を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記同調可能光源は、
ａ）光源と、
ｂ）信号の特別な波長分布において、実質的に許容可能な波長分布を変更することなく、過飽和または露光不足を補償する前記補償照明光の前記選択スペクトル出力および波長依存強度分布のみを実質的に通過させるように操作可能に構成された音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）であって、前記ＡＯＴＦの送信特性を制御して、実質的に前記補償照明光のみを通過させるようにするコンピュータ実行型プログラミングを含むコントローラに操作可能なように接続される前記ＡＯＴＦを備える同調可能フィルタと、
からなる請求項３３または請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記同調可能光源は、事実上すべての望ましくない光を除去するように直列に構成された少なくとも二つの同調可能フィルタを含む請求項３４〜３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記画像センサは、前記先端部に配置される請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記画像センサは、モノクロ画像センサである請求項３３〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記方法は更に、前記光源が、それぞれが選択された、実質的に純粋な、可変分布および強度を有する照明光の複数の異なる所望の波長帯域を時間の経過と共に提供し、前記モノクロ画像センサが前記目標物から放射する光の強度を検出して前記所望の波長分布のそれぞれに対して検出光強度を提供し、前記プロセッサが前記帯域のそれぞれに対する前記検出光強度を、表示装置上の表示のための適切な選択されたカラーに関連付けるように、前記光源、画像センサ、およびプロセッサを調整するように構成されたコンピュータ実行型プログラミングを使用することを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記補償照明光が、前記照明光と比較して実質的に単一波長帯域においてのみ減衰される請求項３３〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記単一波長帯域は、赤、緑、青、シアン、イエロー、またはマゼンタの一つである請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記補償照明光が、前記照明光と比較して複数の波長帯域において減衰される請求項３３〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記照明光は、蛍光励起照明光の少なくとも一つの帯域を備え、少なくとも一つのロングパスフィルタは、前記画像センサに反射して戻す前記蛍光励起照明帯域のすべてを実質的に阻止する請求項３３〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記画像センサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、電荷注入素子（ＣＩＤ）、およびフォトダイオードアレイの少なくとも一つを含む請求項３３〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記光学撮像システムは、外科医用顕微鏡または検耳鏡である請求項３４〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記方法は更に、前記高ダイナミックレンジ画像を表示装置に表示することを含む請求項３３〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記内視鏡の本体は、柔軟性を有さない請求項３４〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記内視鏡の本体は、柔軟性を有する請求項３４〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記照明光は、基本的に可視光から構成される請求項３３〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記照明光は、紫外線（ＵＶ）からなる請求項３３〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記照明光は、赤外線（ＩＲ）からなる請求項３３〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記異なる所望の波長分布が、前記内視鏡から放射されるその時間量を変えることにより、照明光の少なくとも一つの波長分布に対して異なる強度を提供することを更に含む請求項３４〜５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記異なる所望の波長分布に対して放射される光の量を減衰することにより、照明光の少なくとも一つの波長分布に対して異なる強度を提供することを更に含む請求項３４〜５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、病気治療のための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供する請求項３３〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、フォトダイナミックセラピーのための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供する請求項３３〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、病気診断のための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供する請求項３３〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記コンピュータ実行型プログラミングは、前記目標物中の所望対象の検出または区別のためにコントラストを強調するための出力エネルギーのスペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するスペクトル出力および波長依存強度分布も選択的に提供する請求項３３〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
前記プロセッサは、前記コントローラである請求項３３〜６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
前記特別な波長分布は、特別な波長帯域である請求項３３〜６１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
コンピュータ制御光源および相互的に機能して拡張ダイナミックレンジ、向上した画像コントラスト、および向上した画像品質を有する画像を生成する画像処理システムなどに関わる。
（関連出願への相互参照）
【０００２】
本願は、２００３年９月２６日出願の係属米国仮特許出願番号第６０／５０６，２７３号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
病気の診断および治療の際は、外科用器具によりアクセスする必要のある身体または体腔の内部導管を検視するための装置をしばしば必要とする。これを行うための最も普通の方法は、内視鏡システムによる方法である。内視鏡は、内科医または外科医の目に内部組織の画像を中継するための装置としてよく知られている。内視鏡には、気管支鏡、胃鏡、結腸鏡、Ｓ状結腸鏡などの柔軟性のある内視鏡が含まれる。また、関節鏡、腹部鏡、膀胱鏡、尿道鏡などの剛性内視鏡も含まれる。内視鏡は、画像をオペレータに中継するために光学的、ファイバー光学的、または電子的装置またはシステムを使用することも可能である。内視鏡は、一般的に撮像システムの一部である。撮像システムは通常、光源、カメラ、画像記録装置、およびビデオモニタまたはプリンタのような、画像表示装置からなる。
【０００４】
内視鏡はより小さく、より安価に構築できるようになり、画質が継続的に向上している。電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサのようなより新しく、より小型の撮像センサにより、ビデオ画像を記録および送信するカメラが、内視鏡の先端に統合されることが可能になった。
【０００５】
これらの画像センサを内視鏡の先端で利用可能な小さな空間に統合する際の問題は、画像解像度または画像ダイナミックレンジに関して、通常、妥協を強いられることである。解像度とは、画像中の詳細を空間的に分解する能力のことである。ダイナミックレンジは、撮像装置により捕捉できる明暗の陰影のレンジのことである。解像度を制限する要因は、通常は、内視鏡レンズの光学的品質ではなく、ＣＣＤ上で利用できる画素数である。ダイナミックレンジを制限する要因は、ＣＣＤの各画素の、画像を形成する光を捕捉する能力である。画像センサは小さいほど、より小さな画素を必要とし、より小さな画素は、光レベルの広いレンジを捕捉する能力がより低いことを意味する。
【０００６】
ほとんどの内視鏡は、生体組織が白光で照明されたときにカラー画像を捕捉することができる画像センサを備えている。これは通常、画像センサ上の隣接する画素に渡って異なる色を送信する光学フィルタを設置することで達成される。通常は、これらのフィルタは、赤、緑、および青フィルタであるが、シアン、イエロー、マゼンタのような他の色であっても、所望する色の組み合わせであってもよい。これらのフィルタは、通常、繰返し空間パターンで配置され、異なる色のフィルタは、隣接する画素に渡って位置づけされる。赤、緑、および青画素の共通パターンは、バイヤー（Ｂａｙｅｒ）パターンである。隣接するカラーフィルタ処理された画素はそれぞれ、デジタル画像において同じ空間位置に割り当てられるが、実際には同じ位置ではなく、そのため測定する画像の特徴は同一の空間位置にはない。通常、これらの画素は、撮像されている生体組織の光学的特徴を近似するためには十分に近接しているが、血管の網目構造のような詳細の正確な位置を見つける能力が減少することもある。これとは反対に、検出器の画素が画像中の同一場所を実際に測定しているときは、正確な測定をすることが出来る。
【０００７】
撮像の正確性を向上するための一つの方法は、内視鏡の基端部において保持される三つの画像センサを使用することである。そのようなセンサは、画像を三つの波長成分に分割し、それぞれは各自の画像経路を有することにより、画像は各画像センサ上に正確に登録される。画像センサのこれらのタイプは、通常、３−ＣＣＤカメラと呼ばれ、日本のソニー（Ｓｏｎｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のような会社から販売されている。内視鏡が電子画像を伝達するのではなく、体腔外に光学画像を中継するとき、これらの装置は実現可能であり、高品質の画像を生成するが、高価であり、内視鏡の先端に簡単に搭載することはできない。
【０００８】
高品質画像を生成するための他の方法は、単一のモノクロＣＣＤを使用して、試料または目標物の前のフィルタを換えることにより、照明光の異なる波長により照明される画像を連続して捕捉することである。そのようなシステムは、日本のペンタックス（Ｐｅｎｔａｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により製造された内視鏡システムと同様に、光学フィルタホイールを使用して製造されており、また、カナダのバンクーバーのキューイメージング（ＱＩｍａｇｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から販売されているような、カメラの前に設置された液晶カラーフィルタまたは音響光学的同調可能フィルタを使用しても製造されてきた。液晶および音響光学的フィルタは、露光時間の制御性が高いが、現状では、いずれも内視鏡の先端に設置して利用されてはいない。
【０００９】
モノクロＣＣＤを有する内視鏡が製造され、ペンタックス（Ｐｅｎｔａｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）による回転フィルタホイールと共に使用されてきたが、これらは、回転フィルタホイールにおけるフィルタにより提供される、固定露出時間および固定輝度という欠点がある。
【００１０】
内視鏡画像を生成するより普通な方法は、マトリックスフィルタ処理されたＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサを内視鏡の先端に一体化することであった。画像センサを小さな内視鏡の先端に適合するように十分小さくするためには、一般的には、利用できる画素の数およびサイズにおいて妥協を余儀なくされる。画素は、通常、製造可能な最小実用寸法で製造される。画素を小さくすると、光の光子を捕捉する能力が比例して減少され、画素の活動領域の喪失となり、輝度の広いレンジを捕捉する能力もまた減少される。輝度の広いレンジを捕捉する能力は部分的に削減されるが、これは、最も普通の画像センサの場合、素子のシリコンに光子が捕捉されると、読み出され、測定されるまでは格納する必要のある電子を生成するからである。画素が小さいほど、そこに当る電子は少なくなり、格納できる電子が少ないほど、測定できる輝度のレンジがより制限される。内視鏡の対物レンズによりセンサ上に投影された画像の輝度が大きく変化すると、情報の全レンジが捕捉されなくなり、画像のある部分は明る過ぎ、ある部分は暗過ぎるという結果になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、コントラストやダイナミックレンジのような画質を向上することにより、内視鏡の性能を向上できる、内視鏡カメラおよび内視鏡システムに対する必要性がいまだに対処されていなかった。本装置と方法は、これらと他の利点を提供する。
【００１２】
ここにおいて、本装置および方法は、内視鏡の品質および、内視鏡により所望の特徴を区別するユーザーの能力を高めることができる光源および内視鏡システムなどを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
内視鏡システムは、内視鏡の先端部または一部におけるビデオカメラなどの一体化された画像センサを有する内視鏡を備える。一般的にいえば、内視鏡の先端部は、体内に挿入され、目標の生体組織に向けられる内視鏡の端部のことであり、基端部とは、体外で保持される内視鏡の端部であり、一般的に接眼鏡および一つまたは二つ以上のハンドル、ノブ、および／またはユーザーが内視鏡の先端部、または内視鏡の先端部にある装置を操作できるようにするための他の制御装置を備える。ここで使用されるように、内視鏡の先端部には、内視鏡の最も先端の表面または開口である内視鏡の先端、および内視鏡の先端に隣接する内視鏡の部分が含まれる。内視鏡は一般的によく知られている。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。
【００１４】
内視鏡は通常、一般的には光ファイバー、ファイバー束、レンズ、またはこれらの組み合わせ、または他の光学中継システムであり、光源からの光を伝達し、撮像されている組織部位を照明するために投光する照明光ガイドを更に備える。
【００１５】
ビデオ内視鏡においては、ビデオカメラは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）または電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサ、電荷注入素子（ＣＩＤ）、またはフォトダイオードアレイ、および画像センサ上に組織部位の画像を形成する対物レンズのような画像センサであってよい。通常、画像センサは、センサ上にスーパーインポーズされたカラーフィルタのマトリックスを有するカラー画像センサであるが、センサ上にスーパーインポーズされたカラーフィルタのマトリックスを有しないモノクロ画像センサであってもよい。
【００１６】
画像センサはコンピュータまたは他の電子制御のもとで操作でき、光源と同期していてもいなくてもよい。画像出力はデジタルまたはアナログ画像であってよい。
【００１７】
ここにおいて、本装置および方法は、コンピュータ制御光源および相互的に機能して拡張ダイナミックレンジ、向上した画像コントラスト、および向上した画像品質を有する画像を生成する画像処理システムを提供する。
【００１８】
コンピュータ制御光源の実施形態には、通常は白色光と呼ばれる広帯域可視照明の明るい光源、プリズムまたは回折格子のような波長分散素子、および反射型画素化空間光変調器（ＲＰＳＬＭ）より成る照明システムを備える。光源からの光はビームとして、ＲＰＳＬＭ上に撮像されるスペクトルにビームを分散する波長分散素子に向けられる。ＲＰＳＬＭの画素素子は、伝播する光の波長および選択された光の波長の選択された量を選択するために切り替えることができる。その後、伝播する光は望むのであれば光学的に混合され、内視鏡または他の医療、または非医療装置の照明路に向けられる。
【００１９】
ＲＰＳＬＭはコントローラに操作可能なように接続され、コントローラは、ＲＰＳＬＭ内における画素のオン／オフパターンを制御するコンピュータ実行型プログラミングを含む。コントローラはシステムの他のいかなる所望する場所にでも位置することができる。
【００２０】
一つの態様において、本装置および方法は、可変選択スペクトル出力および可変選択波長依存強度分布を提供する照明システムを提供する。照明システムは、ａ）光路に沿って進む光ビームからスペクトルを提供するように構成されるスペクトル形成器と、ｂ）スペクトル形成器の下流に位置し、スペクトル形成器に光学的に接続される反射型画素化空間光変調器（ＲＰＳＬＭ）であって、実質的にＲＰＳＬＭ上に入射するすべての光を反射し、少なくともそのうちの一つはスペクトル形成器に反射して戻されない、少なくとも第１および第２反射光路の間の光ビームからの光を反射するように切替え可能なＲＰＳＬＭを含む光路からなる。ＲＰＳＬＭはデジタルマイクロミラー装置であってよい。ＲＰＳＬＭは操作可能なように、コンピュータ実行型プログラミングを含む少なくとも一つのコントローラに接続され、このコンピュータ実行型プログラミングは、ＲＰＳＬＭにおける画素のオン／オフパターンを制御して、スペクトル中の光の所望セグメントを第１反射光路に反射し、ＲＰＳＬＭに入射するスペクトル中の他のすべての光を、実質的に第２反射光路と、一般的にスペクトル形成器に反射して戻さない他の反射光路の少なくとも一つに反射するようにし、光の所望セグメントは実質的に、所望の選択スペクトル出力および所望の波長依存強度分布から構成される。
【００２１】
いくつかの実施形態においては、システムは更にスペクトル形成器の上流に位置する光源を含み、スペクトル形成器は、プリズムおよび、反射回折格子、透過回折格子、可変波長光学フィルタ、またはモザイク光学フィルタであってよい回折格子の少なくとも一つからなる。システムは、スペクトル形成器とＲＰＳＬＭの間に、スペクトル形成器からＲＰＳＬＭへのスペクトルの実質的に強調された画像を提供する強調光学素子を含んでもよいし、含まなくてもよい。ＲＰＳＬＭは第１ＲＰＳＬＭであってよく、光の所望セグメントは、コンピュータ実行型プログラミングを含む同じコントローラまたは他のコントローラに操作可能に接続された第２ＲＰＳＬＭに向けることができ、このコンピュータ実行型プログラミングは、第２ＲＰＳＬＭにおいて画素のオン／オフパターンを制御して、光の所望セグメントまたは他のセグメントを一つの方向に反射し、スペクトル中の他の光を、少なくとも他の一つの方向に反射するようにする。システムは更に、照明システムからの光を、方向付けられた光ビームとして投光するために、第１ＲＰＳＬＭの下流に位置する光学投光装置を含むことが可能である。
【００２２】
光の所望セグメントは、例えば、病気治療、フォトダイナミックセラピー、または病気診断のためのエネルギー出力の少なくとも一つの、スペクトル出力および波長依存強度分布を実質的に模倣するために、または試料中の所望対象物の検出または区別のためにコントラストを強調するために選択することができる。
【００２３】
他の態様において、本装置および方法は、生体組織上に投光するために寸法を調節され、可変選択スペクトル出力および波長依存強度分布を有するスタンドアロンの光源を提供する。照明源は、ａ）高出力光源、ｂ）光源の下流であって、光源に光学的に接続され、光源から放射された光ビームからのスペクトルを提供するスペクトル形成器、ｃ）スペクトル形成器の下流であって、スペクトル形成器に光学的に接続され、スペクトルの強調された画像を提供する強調光学素子、ｄ）スペクトル形成器の下流であって、スペクトル形成器に光学的に接続されたＲＰＳＬＭであって、ＲＰＳＬＭ上に入射するすべての光を実質的に反射し、少なくとも第１および第２反射光路の間において切替え可能であり、操作可能なように、コンピュータ実行型プログラミングを含む少なくとも一つのコントローラに接続することが可能で、このコンピュータ実行型プログラミングは、ＲＰＳＬＭにおいて画素のオン／オフパターンを制御して、スペクトル中の光の所望セグメントを第１反射光路に反射し、スペクトル中の他の光を、第２反射光路と、スペクトル形成器に反射して戻さない他の反射光路の少なくとも一つに反射するようにし、光の所望セグメントは実質的に、所望の選択スペクトル出力および所望の波長依存強度分布から構成されるようなＲＰＳＬＭと、ｅ）第１方向においてＲＰＳＬＭの下流であって、ＲＰＳＬＭに光学的に接続され、生体組織を照明するための方向付けられた光ビームとして所望セグメントを投影する投影システムを含むことができる。
【００２４】
照明源は、ＲＰＳＬＭの下流であって、ＲＰＳＬＭに光学的に接続され、またコンピュータ実行型プログラミングを含むコントローラにも操作可能に接続された検出器であって、このコンピュータ実行型プログラミングは、所望セグメントが所望の選択スペクトル出力および所望の波長依存強度分布を含むかどうかを検出器から決定し、ＲＰＳＬＭにおいて画素のオン／オフパターンを調整して、所望セグメントと、所望の選択スペクトル出力と所望の波長依存強度分布間の対応関係を改良するように構成されているような検出器を更に含むことができる。照明源はまた、光源に操作可能に接続され、光源から、ＲＰＳＬＭ、強調光学素子、およびスペクトル形成器の少なくとも一つに向けられて放射された望ましくないエネルギーを除去するための熱除去素子を更に含むことができる。ここで検討された種々の態様、実施形態、素子などは所望するように組み合わせたり順番を入れ替えたりできる。例えば、照明源および照明システムは、方法、キット、およびそれらに関連する類似物等と同様に、素子が具体的には一方に対してのみ検討されているとしても、お互いに検討された種々の素子を含むことができる（例えば、照明源の検出器は、照明システムとの使用に対しても適する）。
【００２５】
熱除去素子は、スペクトル形成器と第１反射型空間光変調器の間、またはランプとスペクトル形成器の間、または所望のいかなる場所にも位置することができる。熱除去素子は、ダイクロイックミラーからなることができる。ダイクロイックミラーは、所望の波長を透過させ、望ましくない波長を反射することができ、その逆も可能である。望ましくないエネルギーを、エネルギー吸収面に向け、熱的にラジエータに導くことができる。熱除去素子は、望ましくない波長を吸収し、所望の波長を透過させる液体を含む光学セルであってよい。液体は、実質的に水であってよく、光学セルと貯水槽の間の再循環路における入口および出口を介して光学セルを流れることができる。再循環路および貯水槽は、冷凍ユニット、熱電気クーラー、または熱交換器であってよい冷却装置を含むことができる。
【００２６】
照明源は、プリズム、ランベルシアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）光学拡散素子、および、ホログラフィック光学拡散素子、レンズレットアレイ、または方形光導体のような指向性光拡散器、より成る、画素化空間光変調器の下流に位置し、光学的に接続されるスペクトル再結合器を更に含むことができる。一つの実施形態において、スペクトル再結合器は、光導体および、レンズレットアレイおよびホログラフィック光学拡散素子の少なくとも一つとの操作可能な組み合わせを含むことができる。検出器は、少なくとも一つの他の方向に位置することができ、ＣＣＤ、ＣＩＤ、ＣＭＯＳ、およびフォトダイオードアレイの少なくとも一つを含むことができる。高出力光源、スペクトル形成器、強調された画像を提供する強調光学素子、ＲＰＳＬＭ、および投影システムはすべて単一の格納部、またはそれより少ないまたは多い素子を単一の格納部に設置することができる。
【００２７】
他の態様において、光源または内視鏡システムは、内視鏡の照明光ガイドを光源の出力に、機構的におよび／または光学的に接続するアダプタまたは他の装置からなる。内視鏡の照明光ガイドは、光ファイバー、光ファイバー束、液体光ガイド、中空反射光ガイド、または自由空間光学コネクタまたは所望の他の光ガイドの少なくとも一つであってよい。光ガイドは、内視鏡の他の部分と一体化してもよく、またはモジュラーとして内視鏡から分離してもよい。
【００２８】
他の態様において内視鏡は、体内に挿入され、内視鏡の先端において一般的には洗浄または消毒のために密閉またはカプセル化された対物レンズ、画像センサ、および光出力ポートを備える、ステンレス鋼または適切なポリマーのような生物学的に適合性がある適切な材質からなる、縦型チューブを含む。対物レンズおよび／または照明路は、生体組織の側面またはある角度からの画像を得るためのビーム操縦ミラーまたはプリズムまたは他のビームディレクタを含んでもよい。内視鏡は、ブラシまたは生体組織検査用鉗子のような生体組織サンプリング付属品、または電気外科医術用ループまたは光ファイバーまたは他の付属品のような治療用付属品の挿入を可能にする管腔を更に備えてもよい。
【００２９】
ある実施形態においては、内視鏡の画像センサはフィルタ処理されていない画像センサであってよい。フィルタ処理されていない画像センサは、センサに入射する光に対するセンサ材質の自然な光学的反応に依存して画像信号を生成する。
【００３０】
他の実施形態においては、画像センサはその前に配置され、センサに到達する光の波長を制限する光学フィルタを有することができる。選択された波長が選択された画素に到達することのみを可能にするマトリックスフィルタと異なり、光学フィルタは、試料からの信号に同じ波長が存在するときは、それがすべての画素に到達することを可能にするように構成される。光学フィルタは、ロングパスフィルタ、ショートパスフィルタ、帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタの少なくとも一つであってよい。本装置および方法のある実施形態においては、内視鏡の画像センサは、フィルタ処理されていない画像センサであってよい。フィルタ処理されていない画像センサは、センサに入射する光に対するセンサ材質の自然な光学的反応に依存して画像信号を生成する。
【００３１】
本装置および方法の他の実施形態においては、画像センサはその前に配置され、センサに到達する光の波長を制限する光学フィルタを有することができる。また、選択された波長が選択された画素に到達することのみを可能にするマトリックスフィルタも有してもよい。光学フィルタは、ロングパスフィルタ、ショートパスフィルタ、帯域通過フィルタ、または帯域阻止フィルタの少なくとも一つであってよい。マトリックス光学フィルタは、ロングパスフィルタ、ショートパスフィルタ、帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタの少なくとも二つであってよい。ロングパスフィルタは、紫外線または蛍光励起光のような望ましくない波長がセンサに入射することを阻止するために有効である。ショートパスフィルタは、赤外線のような望ましくない波長がセンサに入射することを阻止するために有効である。帯域通過フィルタは、可視光のような選択された波長のみが検出器に入射することを可能にするために有効である。帯域阻止フィルタは、蛍光励起光が画像センサに入射することを阻止するために有効である。
【００３２】
光源とセンサは、画像センサにおける画像取得の時間および波長分布および光源における照明持続時間を制御する、コンピュータ実行型プログラミングを含むコントローラに操作可能なように接続される。コントローラは、システムの他の部分に対していかなる所望の場所にも設置することができる。例えば、コントローラは照明源の格納部内または、離れて位置して、ワイヤ、ファイバー光ケーブル、セルラーリンク、または無線リンクによりシステムの他の部分に接続されてもよい。望むのであれば、一般的には単一のコンピュータであるが、リンクされた複数のコンピュータ、リンクされていない複数のコンピュータ、コンピュータ全体から分離したコンピュータチップ、または他の適切なコントローラ装置であってよいコントローラは、画像取得制御および／または特定の照明特性の制御を提供する一つまたは二つ以上のコンピュータ実行型プログラミングも含むことができ、ここにおいて照明特性とは、撮像または病気診断または治療のための特定の光に適切な、または病気の治療を発動するために（例えば、機能していない状態で腫瘍内に注入した薬を活性化することにより）、または他の特別な状況に適切な既知の波長帯域に対応する、特定の所望する選択スペクトル出力または波長依存強度のことである。本装置および方法の他の実施形態においては、コンピュータ制御画像センサ（ＣＣＩＳ）は、コンピュータ制御光源（ＣＣＬＳ）と同期して、光の所望の波長により照明され、デジタル画像として捕捉される一連のカラー画像を得ることができる。そして、これらのデジタル画像は所望するように組み合わせまたは処理することができ、内科医または外科医に有益な情報を提供する。
【００３３】
本装置および方法の一つの実施形態においては、内視鏡システムまたはＣＣＬＳは、既存の商用ビデオシステムと類似の方法で構築された既存の商用内視鏡ビデオシステム、またはカスタムビデオシステムにより提供されるデジタルまたはアナログビデオ画像信号を許容できる画像捕捉装置またはサブシステムを提供する。画像捕捉装置はＣＣＬＳに一体化してもよく、または内視鏡システムのモジュラー構成要素であってもよい。それは、コンピュータ実行型プログラミングを含むコントローラに操作可能なように接続される。
【００３４】
内視鏡システムは、画像または一連の画像からの情報を分析し、それをオペレータに意味があるような方法で提供することができるコンピュータ制御画像取得および処理システムを更に含むことができる。
【００３５】
本装置および方法の他の実施形態においては、コントローラは、画像センサから取得された生体組織の画像を分析し、望むのであれば生体組織の照明強度を調整して、センサの操作レンジに対して強調された画像を提供することができるコンピュータ実行型プログラミングを含む。望むのであれば、システムはこの後、カラー画像チャネルにおける画素の強度間の適切な関係を修復し、画像のダイナミックレンジを拡張しながら、情報を適用して生体組織の照明を調整し、結果画像を適切に提供するような方法で捕捉カラー画像を一定の寸法にすることができる。生体組織の照明は、血管または癌性組織障害のような所望組織の特徴のコントラストを強調することができ、情報を、生体組織の照明を調整して、有効または意味のある方法で結果画像を提供するために適切な方法で捕捉カラー画像を一定の寸法にするために使用することができる。
【００３６】
ＣＣＬＳおよびＣＣＩＳはコントローラに操作可能なように接続され、コントローラはＣＣＩＳにおける画像取得、およびＣＣＬＳにおける波長分布と照明持続時間を制御するコンピュータ実行型プログラミングを含む。
【００３７】
本方法は、第１ＲＰＳＬＭおよび第２ＲＰＳＬＭの少なくとも一つの下流に位置し、光を方向付けられた光ビームとして投影する光学投影装置により、修正光ビームを通過させることを更に含むことができる。本方法は、スペクトル形成器と画素化空間光変調器の間の強調光学素子により、スペクトルを通過させることを含んでも、含まなくてもよい。
【００３８】
本方法は、光の所望セグメントを、ＲＰＳＬＭに光学的に接続され、その下流にある検出器に反射することを更に含むことができ、検出器は第２反射路または所望の場所に位置し、コントローラに光学的に接続されており、コントローラは、所望のセグメントが所望のスペクトル出力および所望の波長依存強度分布を含むかどうかを検出器から決定し、第１セグメントが所望の選択スペクトル出力および所望の波長依存強度分布を含むかどうかを検出器から決定するように構成されたコンピュータ実行型プログラミングを含む。本方法は、所望のセグメントと、所望の選択スペクトル出力および所望の波長依存強度分布の間の対応を向上するために、ＲＰＳＬＭにおいて画素のオン／オフパターンを調整することを含むことができる。
【００３９】
本方法は、光源から、ＲＰＳＬＭ、強調光学素子、およびスペクトル形成器の少なくとも一つに向けて放射された望ましくないエネルギーを除去することも含むことができ、この除去は、光源に操作可能なように接続された熱除去素子を介して実行される。本方法は、ＲＰＳＬＭに光学的に接続され、その下流に位置するスペクトル再結合器を更に含むことができる。
【００４０】
本方法は、生体組織を、投光ビームを介して直接照明すること、またはビームを内視鏡の光ガイドに導くこと、またはビームを外科医用顕微鏡の光ガイドに、または他の生態組織検視用の撮像システム導くことの少なくとも一つにより生体組織を照明するために出力ビームを方向付けることを更に含むことができる。
【００４１】
本方法は、ＣＣＬＳからの光により照明された生体組織により放射された光の画像を捕捉こと、および、それを処理、分析、または表示のために格納することを更に含むことができる。
【００４２】
本方法は、一連のデジタルまたはアナログ画像を組み合わせること、および内科医または外科医に情報を提供する生体組織の画像を形成するために、それを処理または組み合わせることを更に含むことができる。
【００４３】
本方法は、照明の波長が実質的に、波長スペクトルの赤、緑、および青の部分（または波長スペクトルのシアン、イエロー、およびマゼンタの部分）にあり、画像を組み合わせて、赤、緑、および青のチャネルでカラー画像を生成するためモノクロ画像センサからの一連の画像を捕捉および表示することを含むことができる。
【００４４】
本方法は、バイヤー（Ｂａｙｅｒ）フィルタを備える画像センサのようなカラー画像センサからの画像を捕捉すること、および画像センサから捕捉された生体組織の画像を分析すること、そして望むのであれば、センサの操作レンジに対して最適化された画像を提供するために、生体組織の照明の強度を調整することを更に含むことができる。
【００４５】
本方法は、バイヤー（Ｂａｙｅｒ）フィルタを備える画像センサのようなカラー画像センサからの画像を捕捉すること、画像センサから捕捉された生体組織の画像を分析すること、そして望むのであれば、センサの操作レンジに対して最適化された画像を提供するために、生体組織の照明の強度を調整すること、そして、生体組織の照明を調整するために使用された情報を適用して、カラー画像チャネルにおける画素の強度間の適切な関係を修復し、画像のダイナミックレンジを拡張しながら、結果画像を提供するための適切な方法で捕捉カラー画像を一定の寸法にすることを更に含むことができる。
【００４６】
本方法は、バイヤー（Ｂａｙｅｒ）フィルタを備える画像センサのようなカラー画像センサからの画像を捕捉すること、画像センサから捕捉された生体組織の画像を分析すること、そして望むのであれば、例えば血管または癌性組織障害のような所望組織の特徴のコントラストを強調するために最適化された画像を提供するために、生体組織の照明の強度を調整すること、そして、有効または意味のあるように、結果画像を提供するための適切な方法で捕捉カラー画像を一定の寸法にするために、生体組織の照明を調整するために使用された情報を適用することを更に含むことができる。
【００４７】
他の態様においては、本発明は、入口の上流に位置する光源を更に備えることができる。光源は、レーザー、キセノンアークランプ、水銀アークランプ、タングステンフィラメントランプ、メタルハライドランプ、蛍光ランプ、赤外線源、ガス放電管、発光ダイオード、または光ビームに形成可能ないかなる種類の光源であってもよい。これらの、および他の態様、特徴および実施形態は、下記の「発明を実施するための最良の形態」および添付図面も含めて、本願において記載される。ここにおける検討は、種々の態様、特徴、および実施形態を提供し、そのような複数の態様、特徴、および実施形態はいかなる所望の方法でも組み合わせ、または順序を入れ替えることができる。更に、ある装置、システム、方法、または他の情報を検討する種々の参照がここにおいては記載され、そのような参照はすべて、本願のどこに出現しようとも、その全部を、およびそれらのすべての教示および開示に対して、ここに参照により組み込んだものとする。そのような組み込まれた参照には、米国特許第６，７８１，６９１号；係属米国特許出願第１０／８９３，１３２号、照明の集中および形成に関連する装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｒｅｌａｔｉｎｇ  Ｔｏ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｓｈａｐｉｎｇ  Ｏｆ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）と題し、２００４年７月１６日出願；係属米国特許出願、カラー撮像内視鏡システムに関連する装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｒｅｌａｔｉｎｇ  Ｔｏ  Ｃｏｌｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）と題し、２００４年９月２７日出願；係属米国特許出願、拡張ダイナミックレンジ撮像内視鏡システムに関連する装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｒｅｌａｔｉｎｇ  Ｔｏ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）と題し、２００４年９月２７日出願；係属米国特許出願、フォトセラピー、フォトダイナミックセラピー、および診断を実行するための装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒａｐｙ、Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ  Ｔｈｅｒａｐｙ  Ａｎｄ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）と題し、２００４年９月２７日出願；係属米国特許出願、拡張スペクトル測定システムに関連する装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｒｅｌａｔｉｎｇ  Ｔｏ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）と題し、２００４年９月２７日出願、がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
医療用の撮像における問題の一つは、目標の生体組織に対して、撮像装置が露光過度または露光不足になる場合である。これは、通常のカメラで撮影した写真の露光過度または露光不足と多少類似しており、適切に目標生体組織を見るためには、画像が明る過ぎ、または暗過ぎることを意味する。しかし、医療に関係する状況においては、この失敗は、癌または傷害を隠す虞があるために、非常に重大なことになる。以前は、システムにおいてこの問題は、試料を照明する光の総量を増減することで対処していた。この問題を減少するために、本発明は、単一の波長帯域のみであっても、複数の帯域であっても、または全体であっても、パワーを選択的に増減できる同調可能光源を含む。これは、例えば、露光過度は全体の照明パワーではなく、光の単一波長帯域のみが原因であることがよくあり、光の残りの部分は変化させずに（それらの帯域からの全情報が、全体の光の強度を減少することによる、そのような帯域での露光不足により失われないように）、露光過度の帯域が修正される（それによって、その帯域に対して全情報を提供する）ので利点がある。同調可能光源は、どの程度の量だけ光源を増加するかまたは減少するか、およびどの程度の量の光が試料から戻ってくるかを制御および測定する感応式検出器およびコンピュータと組み合わせて使用され、そして、それらを組み合わせて強度のより広い全レンジと価値ある情報をカバーする画像を提供する。これにより、生体組織が露光過度または露光不足になるという可能性が減少される（これは内視鏡のダイナミックレンジの向上として知られている）。ここにおいて、本システム、方法などは、内視鏡、外科医用顕微鏡、または検耳鏡などの他の光学装置、および他の医療用および非医療用装置に対して、非常に改良された撮像システムを提供する。
【００４９】
光についてのいくつかの一般的な情報を参照すると、光のエネルギー分布は、対象物、複合物、または有機体との相互作用の性質を決定する。光のエネルギー分布を決定する普遍的な方法は、種々の波長において光の量または強度を測定して、エネルギー分布または光のスペクトルを決定する方法である。特別な目的のために光源からの光を有効にするためには、望ましくない波長または強度を除去し、または光の所望の波長または強度の相対的な量を増やすことを条件とすることができる。
【００５０】
高い信号雑音比およ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を向上し、また蛍光励起、分光学、またはフォトダイナミックセラピーのような臨床治療もまた向上する。
【００５１】
システムを含む、またはシステムを構築する、または本方法を実行するキットや類似物を含めて、本システムおよび方法は、選択的にかつ可変的に、光源からのどの色または波長がシステムから投影されるか、および各波長がどの程度の強度であるかを決定する能力を提供する。波長は単一波長、波長の単一帯域、波長／波長帯域の群、または光ビームにおけるすべての波長であってよい。光が波長／波長帯域の群を備えているときは、その群は、連続的か不連続的かのどちらかである。波長は、一つの波長の他の波長に対する相対的なレベルが増加または減少できるように減衰することができる（例えば、波長群の中の一つの波長の強度を減少することで、減少した波長に対して他の波長を効果的に増加する）。これは、スペクトル出力および波長依存強度分布のそのような精細な制御は、単一の照明システムが、病気の診断または治療、または薬の活性化のための光のような、非常に特殊な光を提供することを可能にできるので、非常に利点が多い。
（定義）
【００５２】
下記の段落は、ここで使用される用語のいくつかの定義を与える。この節で下記に特に検討される用語を含めて、ここで使用されるすべての用語は、文脈または定義により他に指示さない限りは、通常の意味に従って使用される。また、請求項の中を除いて、他に指示されない限り、「または」の使用は「および」を含み、またその逆も成り立つ。非制限用語は、明示されない限り制限用語と解釈してはならない（例えば、「含む」および「からなる」は、他に明示されない限り、「制限なしに含む」ことを意味する）。
【００５３】
「コントローラ」は、空間光変調器、検出器、またはここにおける装置および方法の他の要素を制御することができる装置である。「コントローラ」は、コンピュータ実行型プログラミングを含むかそれにリンクされる。一般的に、コントローラは一台または二台以上のコンピュータ、または中央処理装置（ＣＰＵ）を含む他の装置からなり、他の装置に指令を出して、画素化ＳＬＭにおける画素のオン／オフパターン、画素化光検出器（電荷結合素子（ＣＣＤ）または電荷注入素子（ＣＩＤ）のような）の画素のオン／オフ状態、および／または検出器から得られた編集データなど、画像を作成または再構築するために、または上流の空間光変調器を制御するためのフィードバックとしてそのようなデータを使用することを含める、ある機能または動作を実行させる。コンピュータはコード化されたデータを格納できる電子装置からなり、数学的または論理的演算を高速で実行するように設定あるいはプログラムすることができる。コントローラはよく知られており、本装置および方法の特定の態様のための所望コントローラの選択は、ここにおける開示を参照すれば容易に達成され得る。
【００５４】
「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た装置である。本発明は、照明システムの光路に配置された一台または二台以上の空間光変調器を含む。画素化空間光変調器は、個々の画素のアレイからなり、画素は光を光路に沿って透過、反射または送るような、あるいは逆に光を阻止し、光路に沿って進み続けることを回避または妨げるような光通過特性を有する複数のスポットである。そのような画素化アレイは、この技術においてよく知られており、多パターン開口アレイとも称されてきており、強誘電体液晶装置、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）装置、電気泳動ディスプレイ、または静電マイクロシャッターのアレイにより形成できる。米国特許第５，５８７，８３２；米国特許第５，１２１，２３９号；Ｒ．Ｖｕｅｌｌｅｕｍｉｅｒ、新電気機械式マイクロシャッター表示装置（Ｎｏｖｅｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｈｕｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ）、Ｐｒｏｃ．Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ  ‘８４、Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｅｃｅ  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９８４参照。
【００５５】
反射型画素化ＳＬＭは、例えば、少なくとも二つの異なる反射角の間で、または存在および存在しないという状態の間でのように、少なくともオン状態とオフ状態の間で切替え可能な高反射鏡のアレイを含む。反射型画素化ＳＬＭの例としては、他のマイクロ電気機械式構造（ＭＥＭＳ）と同様、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）装置がある。ＤＭＤは米国テキサス（Ｔｅｘａｓ）州ダラス（Ｄａｌｌａｓ）のテキサスインスツルメント（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から得ることができる。本実施形態においては、ミラーは三つの状態を有する。そっとしておくまたは「０」状態では、ミラーはアレイ面と平行になり、直交光をアレイから正反対方向に反射する。エネルギーが与えられた一つの状態、または「−１０」状態では、ミラーはアレイ面に対して−１０°の位置で固定する。エネルギーが与えられた第２の状態、または「＋１０」状態では、ミラーはアレイ面に対して＋１０°の位置で固定する。他の角度での変位も可能であり、本装置の異なるモデルにおいて利用できる。ミラーが「オン」位置にあるときは、ミラーに当る光は投光路に向けられる。ミラーが「オフ」位置にあるときは、光は投光路から離れるように向けられる。オンとオフは、エネルギーが与えられた、または与えられていない状態に対応するように選択でき、または、オンとオフは異なるエネルギーが与えられた状態に対応するように選択できる。望むのであれば、投光路から離れるように向けられる光を集めて、いかなる所望の目的のために使用することもできる（つまり、ＤＭＤは同時にまたは連続して二つまたは三つ以上の有効な光路を提供することができる）。
【００５６】
ＲＰＳＬＭにおけるパターンは、二つまたは三つ以上のスペクトルおよび強度分布を同時にまたは連続して生成するように構成することができ、あるＲＰＳＬＭの異なる部分は、二つまたは三つ以上の異なる投光路に沿って投光または撮像するために使用することができる。
【００５７】
「照明光路」は、光源から目標物への光路であり、一方、「検出光路」は、目標物または試料から検出器へ放射する光のための光路である。光は紫外線（ＵＶ）、青い光、可視光、近赤外線（ＮＩＲ）、および赤外線（ＩＲ）を含む。
【００５８】
「上流」および「下流」は、それらの慣習的な意味で使用され、上流はある装置がより光源に近いことを示し、一方、下流は、ある対象物が光源からより遠くにあることを示す。
【００５９】
ここでの検討は、ミーンズ・プラス・ファンクションとステップ・プラス・ファンクションの両者の概念を含む。しかし、本願において記載される用語は、「ミーンズ」という言葉が請求項において具体的に記載されていない限り、請求項において「ミーンズ・プラス・ファンクション」関係を示していると解釈してはならず、「ミーンズ」という言葉が請求項において具体的に記載されている場合は、請求項において「ミーンズ・プラス・ファンクション」関係を示していると解釈される。同様に、本願において記載される用語は、「ステップ」という言葉が請求項において具体的に記載されていない限り、方法または過程の請求項において「ステップ・プラス・ファンクション」関係を示していると解釈してはならず、「ステップ」という言葉が請求項において具体的に記載されている場合は、請求項において「ステップ・プラス・ファンクション」関係を示していると解釈される。
【００６０】
本願における他の用語とフレーズは、上記の定義に従って定義され、本願の他の部分においても同様である。
【００６１】
図を参照すると、図１はカラー内視鏡システム２を模式的に示している。コンピュータ制御光源（ＣＣＬＳ）１０は、内視鏡３０の光ガイド９０の基端部に配置された内視鏡システムコンピュータ化コントローラ５０により制御される。ＣＣＬＳ１０は、内視鏡２０の照明光ガイド９０に向けられた光ビームを放射する。その光は、照明光ガイド９０を介して内視鏡を通って内視鏡の先端部１００に導かれ、そこで内視鏡から出て生体組織１１０を照明する。生体組織１１０から放射する光の一部は、内視鏡先端４０に位置する対物レンズに捕捉され、生体組織の画像を画像センサ３０上に形成するように方向付けられ、ここにおいて画像センサ３０は、図示されているように内視鏡２０の基端部に位置するが、他の場所であってもよい。対物レンズとしては、いかなる適切な光学素子を採用することも可能で、望むのであれば、光の形成、混合、画像化、コリメーション、または他の調整のためのレンズ、ミラー、光フィルタ、またはフィルタなどが可能である。このように光は、光を透過させるか、光を反射するか、または光に作用することにより、対物レンズにより通過させられる。望むのであれば、光学フィルタおよび他の所望の素子を、主要画像路に設けて、ミラー、レンズ、または他の光学構成要素により接続することも可能である。
【００６２】
生体組織の光学画像は、画像センサ３０により変換されて、画像を表現する電気信号が作成される。画像センサ３０は電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、または電荷注入素子（ＣＩＤ）画像センサであってよく、または別のタイプの画像センサであってもよい。
【００６３】
画像センサ３０は、内視鏡画像出力と画像制御ケーブル４０を介して、内視鏡システムコントローラ２０の画像捕捉システムに操作可能なように接続される。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５０に送信される。画像信号の送信は、導線を通る電気信号、光ファイバーを通る光信号、または他の光送信方法により実行してもよく、または無線、またはワイヤレス装置またはネットワークの他のタイプのようなワイヤレス通信装置、または所望の他の方法によって送信してもよい。
【００６４】
システムコントローラ５０はビデオ画像を処理して、アナログまたはデジタルビデオ画像信号６０として、コンピュータ制御光源の画像捕捉および画像分析サブシステム２１０（図２）に送信する。
【００６５】
捕捉されたデジタル画像は格納され、画像が捕捉された相対時間および画像が捕捉されたときのＣＣＬＳにより提供された照明のタイプを特定するデータと関連付けられる。その後、ＣＣＬＳ１０の画像処理サブシステム２１０は捕捉された画像を分析して照明光出力特性への調整が有利かどうかを決定し、捕捉画像を処理して画像を照明の相対量に対して調整し、コネクタ７０を介して画像表示ユニット８０に処理画像を送ることができる。
【００６６】
システムコントローラ２０は、スペクトル分布およびコンピュータ制御光源１０による光出力のタイミングを制御するコンピュータ実行型プログラミングを含む。
【００６７】
図２を参照すると、ＣＣＬＳ１０はいくつかのサブシステムからなる。画像信号６０は、画像信号を受け取り、望むのであれば、それを例えば、デジタル画像のような分析のための所望の形式に変換する画像処理サブシステム２１０に送信される。画像はコンピュータ実行型プログラミングを使用して分析され、画像信号が、測定されている画像の各カラーチャネルに対して、画像センサの最適測定レンジ内にあるかどうかが決定される。画像カラーチャネルは、撮像されている対象物についての特徴を区別するため、または情報を強調するために有効であり得る波長の特定の分布に対応する。よく知られている画像チャネルのいくつかの例としては、赤、緑、および青の画像チャネル、またはシアン、イエロー、およびマゼンタがある。これらのチャネルに対応する波長レンジはよく知られているが、所望するように調整することができる。
【００６８】
画像チャネルが画像センサの所望レンジ内にない場合は、対応する波長レンジにおいて多かれ少なかれ照明を提供する制御のレンジ内で照明強度を調整することができる。照明に対しての調整を行う必要があると決定されたときは、このことが内部データ通信インタフェース２５０を介して照明制御モジュール２２０に伝達される。照明制御モジュール２２０は、出力照明２７０の波長依存強度を所望するように調整して、内視鏡光ガイドアダプタ２７０を介して出力照明２７０を、内視鏡の照明光ガイド、または外科医用顕微鏡の照明光路、または他の生体組織観察装置へ向ける。
【００６９】
照明に対しての調整を行う必要があると決定されたときは、このことは内部データ通信インタフェース２６０を介して出力画像処理モジュール２４０にも伝達される。画像データもまた内部データ通信インタフェース２６０を介して出力画像処理モジュール２４０に伝達される。照明制御モジュール２２０が出力照明２７０の波長依存強度を調整すると、調整量は、画像チャネル間の量的関係を保存するためにデジタル画像の寸法をどの程度変更する必要があるかという、釣り合いのとれた量を決定するために使用され、一方では、測定がセンサのダイナミックレンジ内であることが保証される。出力画像を釣り合いがとれるように調整することが可能で、これにより画像チャネルの光学的関係を保存し、内科医、外科医、または他の臨床スタッフに効率よく生体組織についての情報を伝達することができる。
【００７０】
図３は、デジタルカラー内視鏡画像３００の例と、その構成要素である赤画像チャネル３１０、緑画像チャネル３２０、および青画像チャネル３３０を示している。赤３４０、緑３５０、および青３６０の画像チャネルに対する画像のそれぞれの中間を横切る直線内の画素の強度を表現しているグラフから分かるように、これらの画像の強度は画像センサのダイナミックレンジ内にある。
【００７１】
図４は、デジタルカラー内視鏡画像４００の例と、その構成要素である赤画像チャネル４１０、緑画像チャネル４２０、および青画像チャネル４３０を示している。赤４４０、緑４５０、および青４６０の画像チャネルに対する画像のそれぞれの中間を横切る直線内の画素の強度を表現しているグラフから分かるように、緑４２０および青４３０画像の強度は画像センサのダイナミックレンジ内にあるが、赤画像４１０は飽和している。
【００７２】
商品として最も入手しやすい内視鏡画像システムは、光源の全体的な照明を減衰する機能を有している。これは、ランプへのパワーを調整するか、システムの出力の前にあるスクリーンまたは他の開口を移動して照明光ガイドへ伝えられる光を減衰することによりなされうる。この調整は、しばしば、コンピュータまたは照明制御システムへフィードバックを提供する画像信号の電子的分析により自動的に行われる。
【００７３】
図５は、ビデオ信号に対する、照明強度全体を調整することの効果を示している。内視鏡光ガイドに提供された照明光５００の波長依存強度分布は、赤画像チャネルの中心を通る直線に沿う画素の強度のグラフ５２０に示されるように、赤チャネルの飽和という結果になる。緑チャネルおよび青チャネルは、緑チャネル画像５３０および青チャネル画像５４０の中心を通る直線のグラフに示されるように、それぞれのチャネルのダイナミックレンジ内にある。システムまたはオペレータが一つまたは二つ以上の画像ビデオチャネルの飽和を検出すると、照明強度は、光源の波長依存強度のグラフ５１０に示されるように、すべての波長チャネルに渡って削減される。この調整の効果は、赤画像チャネルの中心を通る直線に沿う画像の強度のグラフ５５０に示されるように、赤画像の強度を、赤チャネルに対する画像センサのダイナミックレンジ内のレンジまで削減することである。緑チャネルおよび青チャネルは現在、緑チャネル画像５６０および青チャネル画像５７０の中心を通る直線のグラフに示されるように、それぞれのチャネルのダイナミックレンジの下端にあり、画像センサの最適検出レンジにはない。
【００７４】
図６は、照明の強度の全体的な調整のみではない、照明の波長依存強度の制御を提供する内視鏡光源の例を示している。図６において、強度６００の特別な波長依存分布により特徴付けられた照明分布は、特別な生体組織を照明し、赤チャネル６２０および青チャネル６４０の強度分布は画像センサのダイナミックレンジ内にあるが、緑チャネル６３０は飽和している。すべての波長を減衰せずに結果の画像を分析すると、光源は、コンピュータ制御光源の波長依存強度分布のグラフ６１０に示されるように、一つの波長領域のみを減衰する。減衰の量は調整可能であり、従ってその減衰の程度は、強調されたダイナミックレンジ画像をデジタル的に再構築するときに使用される画像のそのチャネルに対して測定された強度に要素として含むことができる。赤チャネル６８０、緑チャネル６８５、および青チャネル６９０に対するデジタル減衰係数は、デジタルバイナリ画像データと組み合わせることができるバイナリ強度値として記録することができる。赤６５０、緑６６０、および青６７０の画像チャネルに対する画像のそれぞれの中間を横切る直線に沿う画素の強度を表現しているグラフから分かるように、これらの画像の強度は現在、画像センサのダイナミックレンジ内にある。
【００７５】
図７および図８を参照して、出力画像処理モジュール２４０は画像を処理して、情報をいろいろな方法で組み合わせることにより、照明強度の制御により提供される付加的ダイナミックレンジ情報を組み込むことができる。図７は、測定可能な画像強度の２５６レベル（８ビット）の画像と組み合わされている１６レベル（４ビット）の照明強度制御の照明光源との組み合わせを示している。これらは、４ビットの数と８ビットの数により二進表示法で表現できる。照明のレンジを検出レンジで乗算すれば、強度の１２ビットまたは５０９６レベルの理論的なダイナミックレンジが得られる。上記の４ビット照明レンジおよび８ビット画像レンジは典型的である。照明レンジに対する実際の値は、使用中の光源および撮像装置に対して可能な制御および測定のいかなるレンジでもあり得る。例えば、光源は調整の６、８、１２、または１６ビットを提供することができ、検出器も同様に、検出感度の６、８、１２、または１６ビットを提供することができる。
【００７６】
図７は、光源７１０の典型的な４ビットデジタル照明レンジがどのように検出器７２０の典型的な８ビットデジタル画像レンジと組み合わされて、レンジ７３０の１２ビットのデジタル画像を生成できるかを示している。８ビット画像画素値を４ビット照明レンジで乗算し、その後、実際の照明値で除算することで、１２ビットダイナミックレンジ画像内の実際の１２ビット値を計算できる。図７において、図６からの赤チャネル画像値は照明レンジと乗算されて、１２ビット画像強度値７４５が生成されている。そして、これらの値は実際の照明値６８０により除算されて赤デジタル出力画像値７５０が生成される。緑チャネル７６５は実際の照明値６８５により除算されて、緑デジタル出力画像値７６０が生成される。緑チャネル７６５は実際の照明値６９０により除算されて、デジタル出力画像値７７０が生成される。緑チャネルおよびデジタル出力画像値７６０に対して、グラフの高さは、緑チャネルにおいて使用される照明強度が半分になることを説明するために２倍に増大されており、それにより緑照明強度が赤および青チャネルの強度と同じ場合の飽和を補填した。
【００７７】
結果の値は、結果としての出力画像の改良された表示と画像処理を提供するのに十分なダイナミックレンジと正確性を有する。
【００７８】
図８は、光源の制御可能な照明レンジ８００がどのように撮像装置の測定レンジ８０２と組み合わされて拡張されたダイナミックレンジの撮像が得られるかを示すフローチャートである。簡単に述べれば、同調可能光源８１０（ＣＣＬＳ）は選択的にかつ可変的に、光源８１０からの光の波長と強度を制御する。そのような制御は、同調可能光源８１０を制御するコンピュータに、試料からの応答が与えられた波長レンジ内か、または帯域が意味のある測定のためには高過ぎるのか、または低過ぎるのかの情報を、ユーザーから、または所望のように与えるフィードバックループであってよい。同調光源８１０はその後、生体組織からの応答が適切になるまで調整される８２０。図８において、デジタル減衰値８４０として示される４ビット値（所望する減衰または増大された照明の他の値も可能である）に従って、光は減衰される。そのような値は、バイナリ形式で表現され、デジタル照明値８３０を提供する。一般的に照明レンジ８００と呼応して作動して、測定レンジ８０２は、与えられた例においては８ビットレンジ（所望する測定の他のレベルも可能である）で、バイナリ形式で表現されて、デジタル測定値８７０を提供する測定値８６０のあるレンジを有する検出システム８５０を備える。その後、異なる測定値８３０および８７０が組み合わされて、これもまた示されるようにバイナリ形式表現できる全画像値８８０が提供される。この全画像値８８０は、ここでは１２ビット（４ビット×８ビット）である、強調されたダイナミックレンジを有する画像表示８９０を提供する。
【００７９】
このように、いくつかの態様においては、良好なダイナミックレンジを有する光学撮像システムは同調可能光源を含み、種々の選択スペクトル出力および種々の波長依存強度分布を含む照明光を放射するように構成された同調可能光源を含む。光源は、所望のように、種々の選択スペクトル出力および種々の波長依存強度分布を独立して増減するように構成することができる。目標の生体組織から放射する光を検出し、放射光の少なくともスペクトル分布および波長依存強度分布を表現する信号をプロセッサに送信するように構成されたセンサと、光源、センサ、およびプロセッサに操作可能なように接続されたコントローラであって、コントローラは、プログラミングが照明光の選択スペクトル出力および波長依存強度分布を変化させて、信号における特別な波長分布において、実質的に許容可能な波長分布を変更することなく、過飽和または露光不足を補償するように構成された補償照明光を提供し、コンピュータ実行型プログラミングが、光源の変化についてのデータと信号についてのデータを組み合わせて、センサ単独の場合と比較してシステムに対して強調されたダイナミックレンジを提供できるように構成することが可能なように光源、センサ、およびプロセッサを調整するように構成可能なコンピュータ実行型プログラミングを含む。システムは、内視鏡、検耳鏡、外科医用顕微鏡、または他の医療用または非医療用システムの一部、またはそこに取り付ける（永久に、または一時的に）、またはそこにおいて具現化することができる。
【００８０】
同調可能光源は、光源および、スペクトル形成器およびスペクトル形成器の下流に位置し、スペクトル形成器に光学的に接続され、所望の光を通過させるように構成された画素化空間光変調器（ＳＬＭ）を含む同調可能フィルタを含むことができる。ＳＬＭは、反射型または透過型画素化ＳＬＭであってよい。画素化ＳＬＭは、光阻止バリアを両者の間に伴い、実質的に隣同士に並べて配置された第１および第２画素化ＳＬＭ領域を提供するように構成することが可能で、システムは更に、第１画素化ＳＬＭ領域からの光を第２画素化ＳＬＭ領域に送信するように位置し、構成された少なくとも一つの光学素子を含むことができる。同調可能光源は、ＳＬＭの代わりに、またはＳＬＭに追加して音響光学同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）もまた含むことができる。同調可能光源は、事実上、全ての望ましくない光を除去するために、直列に構成された少なくとも二つの同調可能フィルタを備えることができる。
【００８１】
センサは先端部に配置することができ、モノクロまたはカラーセンサであってよい。システムは、光源が、それぞれが選択された、実質的に純粋な、可変の分布および強度を有する照明光の複数の異なる所望の波長帯域を時間の経過と共に提供し、モノクロセンサが目標の生体組織から放射する光の強度を検出して所望の波長分布のそれぞれに対して検出光強度を提供し、プロセッサが帯域のそれぞれに対する検出光強度を、表示装置上の表示のための適切な選択されたカラーに関連付けるように、光源、センサ、およびプロセッサを調整するように構成されたコンピュータ実行型プログラミングを更に含むことができる。システムは、補償照明光が、例えば赤、青、または緑の一つ、またはシアン、イエロー、またはマゼンタの一つ、または所望の他の帯域であってよい照明光と比較して、実質的に単一波長帯域においてのみ減衰可能なように構成することが可能である。補償照明光は複数の波長帯域においても減衰可能である。
【００８２】
照明光は、蛍光励起（または他の励起光）照明光の少なくとも一つの帯域を含むことができる。望むのであれば、システムは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、電荷注入素子（ＣＩＤ）、およびフォトダイオードアレイのいかなる一つであってもよい、または所望の他のセンサであってもよい、センサに反射して戻す、実質的にすべての蛍光励起照明帯域を阻止するように構成された少なくとも一つのロングパスフィルタを含むことができる。システムは、表示装置も備えることができる。内視鏡は柔軟性があってもなくてもよく、照明は実質的に、可視光、紫外線（ＵＶ）、および赤外線（ＩＲ）を含むか、またはそれらから構成することができる。システムは、時間量を変化することおよび／または異なる所望の波長帯域を減衰することにより、照明光の少なくとも一つの波長帯域に対して異なる強度を提供するように構成することができる。内視鏡から放出され得る。
【００８３】
スペクトル出力および波長依存強度分布もまた、病気治療、フォトダイナミックセラピー、病気診断のために、目標の生体組織中の所望の対象物の検出または区別、または所望する他の目的のためにコントラストを強調するように構成することができる。プロセッサはコントローラであってよい。
【００８４】
他の態様において、ここでの方法は、ここで検討されたシステムおよび装置を製作することおよび使用することを含む。例えば、本方法は、良好なダイナミックレンジを有する、目標物の画像を得ることを含むことができ、ａ）可変選択スペクトル出力および可変波長依存強度分布を含む照明光を放射するように構成され、所望するように可変選択スペクトル出力および可変波長依存強度分布を独立して増加または減少して、目標物を照明するように構成できる同調可能光源から照明光を放射すること、ｂ）目標物から放射する光を、その放射光のスペクトル分布および波長依存強度分布を測定するセンサを介して感知すること、ｃ）放射光が、センサの感知素子を飽和、露光過度、または露光不足にしているかを決定すること、ｄ）放射光が、センサの感知素子を飽和、露光過度、または露光不足にしている場合は、信号の特別な波長分布において実質的に許容可能な波長を変更することなく過飽和または露光不足を補償するように構成された補償照明光を提供するように、照明光の選択スペクトル出力および波長依存強度分布を選択的に調整すること、およびｅ）光源の調整についてのデータと信号からのデータを、センサ単独の場合と比較して強調ダイナミックレンジを提供するために組み合わせることを含む。
【００８５】
上記より、説明の目的のために特別な実施形態がここでは検討されたが、種々の変形が、ここでの精神および範囲から逸脱することなく可能であることは明らかである。従って、ここにおけるシステム、方法などは、ここに記載された要旨のすべての順序の入替えおよび組み合わせたものと同様に、そのような変形も含み、付随する請求項による以外は、制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、照明エネルギーの波長依存分布を変更でき、一体化された画素捕捉装置を備え、内視鏡、カメラ制御ユニット、およびカメラおよび画像表示システムに接続されるコンピュータ制御「同調可能」光源の概略図である。
【図２】図２は、一体化された画像捕捉装置またはサブシステムを備える同調可能光源の主要構成要素の概略図である。
【図３】図３は、カラービデオ画像、その赤、緑、および青画像構成要素、および各画像の中心を横切る水平ビデオ線の強度を示すグラフの概略図である。
【図４】図４は、緑チャネルが飽和したカラービデオ画像を示す概略図である。
【図５】図５は、画像飽和が照明強度の減少を誘発するときの、ビデオ画像およびカラーチャネルに対する効果を示す概略図である。
【図６】図６は、画像飽和が、飽和チャネルの信号に寄与する光の波長に対してのみ照明強度の減少を誘発するときの、ビデオ画像およびカラーチャネルに対する効果を示す概略図である。
【図７】図７は、照明を減衰した出力画像チャネルが、信号に減衰係数を乗算することによりその信号を修復したときの、ビデオ画像信号に対する効果を示す概略図である。
【図８】図８は、デジタル画像のダイナミックレンジ、光源のダイナミックレンジの相対的寄与、および画像センサからのデジタル化画像のダイナミックレンジを示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2007506487.tif 000012