(57)【要約】  システムは複数の走査装置および受光器を含み、受光器からの光に応答して生成された出力信号を用いて部位の複数の画像が表示できるようにする。複数の走査装置によって放射された光を受け取る受光器によって引き起こされるクロストークを回避するため、異なる波長帯の光を異なる走査装置に適用して、受け取った光をフィルタに掛けるまたは前記光を同時に１つの走査装置に適用して面間または画素間のどちらかで多重化することができ、または各走査装置に供給された光を変調し、受け取った光を復調することができるため、単一の走査装置からの光に応答して画像が生成される。レーザ光源、光検出器、コントローラ、およびプロセッサなどの高価な要素を多数の撮像装置によって共有して撮像システムのコストを最小化することができる。
2011504782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像内のクロストークを回避しながら、複数の撮像装置によって生成された部位の複数の種々の画像を生成するシステムであって、
（ａ）複数の走査装置および複数の受光器を含む複数の撮像装置であって、各前記受光器は前記複数の走査装置の１つと関連づけられて前記複数の走査装置の前記１つによって照射された前記部位の領域から光を受け取り、各前記走査装置は前記走査装置へ光を伝達するために使用される光ファイバの遠位端に結合されているため、前記光は前記走査装置によって放射されて前記部位を照射し、前記受光器は前記部位の画像の生成に使用するために前記部位から光を受け取る、複数の撮像装置と、
（ｂ）光を前記走査装置へ複数の光ファイバを経由して供給するための少なくとも１つの光源と、
（ｃ）前記複数の受光器によって前記部位から受け取った光を使用して前記部位の複数の画像を生成するときに、前記複数の走査装置の１つによって放射された光が任意の他の前記複数の走査装置によって放射された光と干渉しないようにすることによって、前記複数の画像間のクロストークを防止するように前記部位を撮像するための手段と
を備えたことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光源からの光を、光ファイバを経由して前記複数の走査装置の選択された１つへ同時に向けるように制御される光スイッチをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記部位を撮像するための手段は、前記光スイッチに接続されるコントローラを備え、前記コントローラは前記部位の１つの画像だけが前記複数の撮像装置によって同時にキャプチャされることを許されるように前記光スイッチを制御し、それによって前記部位の画像がフレーム毎に時分割多重化されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の走査装置は所望の走査パターンで放射された光によって前記部位を走査し、その後別の走査を再開するために帰線期間が続き、前記コントローラは、第２の走査装置は帰線期間にある間、前記部位の領域を走査する第１の走査装置へ光が供給されるのを光スイッチが選択的に可能にするようにし、前記第１の走査装置が帰線期間にある間、前記部位の前記領域を走査する第２の走査装置へ光が供給されるのを前記光スイッチが選択的に可能にするようにすることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記部位を撮像するための手段は、少なくとも１つの光源からの光が、前記部位の領域を、同時にかつその時キャプチャされている単一の画素に対応するスポットの走査に十分な長さで走査している複数の走査装置のただ１つの走査装置に供給されるように、前記光スイッチを制御するコントローラを備え、それによって、前記部位の画像は、前記画像が同時にキャプチャされている各前記画像のただ１つの画素について画素毎にキャプチャされるように画素毎に多重化されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光源は複数の光源を備え、前記複数の光源の１つまたは複数の光源は前記複数の走査装置の１つのみによって使用され、１つまたは複数の波長帯の光を生成し、当該波長帯は、前記部位の共通部分を照射するための前記複数の走査装置のうち他の任意の走査装置によって使用される前記複数の光源のうち他の任意の光源によって生成された光の波長帯とは異なることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記部位を撮像するための手段は、前記複数の走査装置によって照射された前記部位の前記共通部分から光を受けている複数の受光器によって受け取った前記光をフィルタに掛けるために使用される複数の光学フィルタを備え、前記複数の光学フィルタの特定の光学フィルタは、特定の受光器と関連した前記走査装置によって放射された１つまたは複数の波長帯の光を通過させる一方、任意の他の走査装置によって放射された他の波長帯の光を遮断することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の光学フィルタは異なる偏光を有し、各前記走査装置によって放射された前記光は、前記走査装置と関連した前記受光器によって受け取った光をフィルタに掛けるために使用される光学フィルタの偏光に対応する特定の前記偏光を有し、特定の受光器に関連した前記走査装置によって放射された前記部位から受け取った光だけが、前記光に応答して生成される前記出力信号に基づいて前記部位の画像を生成するために使用されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記部位を撮像するための手段は、
（ａ）各前記走査装置に供給された光を異なって変調する光変調器と、
（ｂ）前記複数の受光器によって受け取った前記光に応答して生成された出力信号を復調して、前記部位から反射され前記複数の受光器によって受け取った前記光を生成した各前記異なる走査装置に基づいて、前記出力信号を分離する復調器であって、特定の受光器が関連する前記走査装置によって放射された光だけを使用して画像を生成する、復調器と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光変調器は、
（ａ）振幅変調と、
（ｂ）周波数変調と
から構成されるグループから選択される一種類の変調を用いて光を変調することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
部位を撮像して複数の画像を生成するために使用される複数の撮像装置によって生成された画像内のクロストークを回避する方法であって、
（ａ）光を少なくとも１つの光源から前記複数の撮像装置へ伝達するステップであって、前記複数の撮像装置は、複数の走査装置および複数の受光器を含み、各前記走査装置は、前記部位の照射に使用するための前記少なくとも１つの光源から光を伝達する光ファイバに結合され、各前記受光器は特定の走査装置と関連し前記部位から光を受け取る、ステップと、
（ｂ）前記光を各前記走査装置から放射して前記部位の少なくとも一部を照射するステップと、
（ｃ）前記複数の受光器によって前記部位から受け取った前記光に応答して、前記複数の画像を生成するのに使用するために受け取られた前記光を示す出力信号を生成するステップと、
（ｄ）前記１つの走査装置と関連した各前記受光器によって受け取った前記光を使用して前記部位の画像を生成するとき、前記複数の走査装置の任意の１つによって放射された光が任意の他の前記複数の走査装置によって放射された光と干渉しないようにすることによって、前記複数の前記受光器によって受け取った前記光を用いて生成された前記部位の前記複数の画像間のクロストークを防止するように前記部位の撮像を制御するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記制御するステップは、同時に前記走査装置のただ１つに選択的に光を供給し１つの画像だけが前記複数の撮像装置によって同時にキャプチャされるステップを含み、前記部位の前記画像がフレーム毎に時分割多重化されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記照射するステップは、
（ａ）各前記走査装置を用いて前記部位の一部を、所望の走査パターンで放射された光で走査するステップと、
（ｂ）各前記走査装置によって所望の走査パターンで走査を完了後、帰線期間中に開始位置へ戻って前記走査装置によって別の走査を再開するステップと
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御するステップは、光をただ１つの撮像装置に、同時にかつキャプチャされている前記部位の画像の単一画素に対応するスポットを走査するのに十分な長さを供給し、それによって前記部位の画像を、前記画像の１つのただ１つの画素だけを同時にキャプチャすることによって、画素毎に画素多重化するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
光を１つまたは複数の光源から前記複数の走査装置のただ１つに供給するステップをさらに含み、前記１つまたは複数の光源は１つまたは複数の波長帯で作動し、各前記波長帯は、光を任意の他の前記複数の走査装置に供給する任意の他の光源の前記波長帯とは異なることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記制御するステップは、前記受光器に到達する光をフィルタに掛けるステップを含み、特定の受光器と関連した走査装置によって生成された光だけが前記部位の前記複数の画像の１つを生成するために前記特定の受光器によって使用されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御するステップは、
（ａ）各前記走査装置へ異なる変調周波数で提供された光を変調するステップと、
（ｂ）前記複数の受光器によって受け取った光に応答して生成された出力信号を復調して、前記部位から反射され前記複数の受光器によって受け取った前記光を放射した各前記異なる走査装置に基づいて、前記出力信号を分離するステップであって、所望の走査装置に関連した受光器によって受け取った前記所望の走査装置からの光だけを使用して前記複数の画像の１つを生成する、ステップと
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記変調するステップは、
（ａ）振幅変調と、
（ｂ）周波数変調と
から構成されるグループから選択される一種類の変調によって前記光を変調するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
部位を撮像するためのシステムであって、前記システムは、前記部位を照射するために使用される光を放射する複数の走査装置および前記部位から光を受け取る複数の受光器によって共有され、
（ａ）前記部位を撮像することによって生成された画像を表示するために使用することができる少なくとも１つの表示器と、
（ｂ）前記走査コントローラは前記部位を照射するために前記複数の走査装置へ提供される光を生成する１つまたは複数の光源ならびに前記複数の受光器によって前記部位から受け取った光を検出する１つまたは複数の検出器を含む、前記複数の走査装置を制御する走査コントローラであって、前記１つまたは複数の光源は、前記複数の走査装置間で共有され、前記１つまたは複数の検出器は前記複数の受光器間で共有される、走査コントローラと、
（ｃ）前記複数の走査装置および前記複数の受光器を前記走査コントローラへ接続する機能インタフェースと、
（ｄ）前記少なくとも１つの表示器、前記走査コントローラ、および前記機能インタフェースに接続されて、前記システムを制御して、前記複数の走査装置によって放射され前記複数の受光器によって受け取った前記光の間の干渉のせいによる劣化無しに、前記部位の前記画像を前記少なくとも１つの表示器上に生成する演算装置と
を備えたことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記走査コントローラは、２つ以上の前記複数の走査装置用の異なる光源含み、異なる波長帯の光が前記２つ以上の複数の走査装置によって放射されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記走査コントローラは３つのモードの１つで作動し、前記３つのモードはそれぞれ、
（ａ）光を１つまたは複数の光源から前記部位の領域を同時に走査している単一の選択された走査装置だけに供給することと、
（ｂ）光を前記１つまたは複数の光源から前記複数の走査装置へ同時に供給する一方、前記複数の走査装置のただ１つの走査装置から放射された光が確実に前記部位の任意の領域を同時に照射することと、
（ｃ）異なる特性の光を前記複数の走査装置に供給する手段を用いて、光を前記１つまたは複数の光源から前記複数の走査装置へ選択的に供給することであって、各前記走査装置に、前記部位の前記同じ領域を照射する任意の他の走査装置に供給される前記光とは異なる特性を有する光が供給されることと
を含むことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
部位を照射するために使用される光を放射する複数の走査装置と、前記部位の画像を生成するために使用される前記部位からの光を受け取る複数の受光器とを含む複数の撮像装置によって、前記部位を撮像するための共通のベースステーションを使用する方法であって、
（ａ）前記共通のベースステーションを用いて、前記複数の走査装置によって共有される前記共通のベースステーション内の１つまたは複数の光源によって前記複数の走査装置へ光が供給される方法を選択的に制御して、前記部位から前記複数の受光器によって受け取った前記光の間にクロストークを引き起こさないようにするステップと、
（ｂ）前記複数の受光器によって共有される前記共通のベースステーション内の１つまたは複数の検出器を用いて出力信号を生成することによって、前記複数の受光器によって受け取った光に応答するステップと、
（ｃ）前記共通のベースステーション内の前記検出器からの前記出力信号を処理して、前記部位の複数の画像を生成するステップと、
（ｄ）ユーザが前記部位の前記複数の画像を表示できるようにするステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記クロストークを引き起こさないようにするステップは、
（ａ）光を前記１つまたは複数の光源から前記部位の領域を同時に走査している選択された走査装置だけに供給するステップと、
（ｂ）光を前記１つまたは複数の光源から複数の光源へ同時に供給する一方、前記複数の走査装置のただ１つの走査装置から放射された光が確実に前記部位の任意の領域を前記時間に照射するようにするステップと、
（ｃ）各前記走査装置に、前記部位の前記同じ領域を照射する任意の別の走査装置に供給される前記光とは異なる特性を有する光が供給されるように、異なる特性の光を前記１つまたは複数の光源から前記複数の走査装置へ選択的に供給するステップと
から構成されるステップのグループから選択されるステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記選択的に供給するステップは、
（ａ）異なる波長帯の光を異なる走査装置に供給するステップと、
（ｂ）前記複数の走査装置に供給された前記光を、異なる走査装置用の異なる変調周波数で変調するステップと
から構成されるステップのグループから選択されるステップを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記選択された走査装置だけに供給するステップは、ある期間の間に前記光をただ１つの走査装置に供給するステップを含み、前記期間は、
（ａ）前記選択された走査装置によって放射された前記部位を照射する光によって、生成される画像の画素を走査するために必要な時間と、
（ｂ）前記選択された走査装置によって放射された前記部位を照射する光によって、生成される画像全体を走査するために必要な時間と
の１つに対応することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の撮像装置を用いる撮像中の照射クロストークの除去に関する。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲の治療的手技では、用いられる器具の多くが、軟性内視鏡内のチャンネルを通過するように、すなわち、管腔内に適合し軟性内視鏡の遠位端へ前進するよう設計される。内視鏡は、医師が器具を使用してその意図した機能を実行する間、観察する画像を提供することができる。かかる治療に現在用いられる治療的器具を設計する際の一般的考え方は、利用可能な軟性内視鏡と互換性があるようにすることであり、すなわち器具の断面寸法は実質的に軟性内視鏡より小さく、軟性内視鏡内に含まれるワーキングチャンネル、すなわち管腔を通過するときに使用可能なように構成されなければならない。低侵襲の治療に使用可能な器具の寸法に関するこの制約は、使用可能な器具の種類を制限する傾向があり、かかる器具を用いる作業を一層難しくもする。そうでなければ低侵襲の治療を受ける患者を処置するために使用し得るいろいろな種類の診断的または治療的装置は、装置の使用に伴う寸法の制約および他の問題が無く、その一方内視鏡のワーキングチャンネル内に適合するとしたら、かかる治療で役に立ちそうである。
【０００３】
したがって、寸法を従来の内視鏡または他の小型の案内導管に通るよう十分小さくすることを必要とせずに、いろいろな種類の器具または他の種類の要素を低侵襲の治療に使用できるようにする、異なるアプローチを開発することが望ましい。かかる器具を用いて、内視鏡によって別に撮像された内部部位で機能を実行することもあるが、そのアプローチは一般に、器具を経皮的に患者体躯内へ通した後使用する所望の部位へ前進させることができるよう、その器具用の別の切開を必要とする。カテーテルまたは導管を使用して器具を内部部位へ挿入することができるため、カテーテルまたは導管が辿る経路を撮像する代わりのアプローチを提供することは実用的であろう。新しいアプローチは、従来の内視鏡を部位で用いる撮像ではなく、患者体躯内での器具、導管、および／またはカテーテルの使用をより重要視すべきである。器具、カテーテル、および導管の使用用途を広げるために、かかる装置の遠位端または遠位端のわずか近位のどちらかに内部部位を撮像する異なるアプローチを実現することが好ましい。装置が使用されている視野を提供することが求められる撮像は、従来の内視鏡以外の手段によって提供されるべきである。装置の遠位端の背後、ならびにその遠位端から撮像することを可能とすべきである。さらに、器具または他の装置が内部で使用されている部位の立体画像を、内視鏡を使用せずに提供することを可能とすべきである。立体画像は、部位で器具を用いるときに奥行きに関するより多くの情報を提供するため、特に役に立ち得る。
【０００４】
１つまたは複数の器具または要素上の異なる位置の多重画像を生成することも望ましい。なぜなら、多重画像を使用することにより、単一の画像および位置だけから得られた限られた視野を拡張することができるからである。また、これらの画像を使用して、単一の位置だけから観察した場合に妨害されるであろう部位の部分を観察すること、ならびに異なる部位で作られた画像によって提供される遠近感のある部位の視野を観察することも望ましい。さらに望ましい機能は、光の異なる波長帯で作られた画像を使用して、かかる情報によって提供される情報を、単一のかかる画像だけで提供されるものに対し相対的に拡大することである。
【０００５】
費用を最小化し、より効果的な操作を提供するために、器具および／または他の装置上に設けられる複数の異なる撮像プローブが、部位の画像を生成するために使用される光源および他の要素を共有または多重共有できるようにすることも望ましい。明らかに、１つまたは複数の光源および画像処理能力を含むベースステーションを、１つまたは複数の器具または他の要素上に配置された複数の撮像装置で共有することは、さらに費用効率が良い。いくつかの例では、多数の撮像装置によって共有される単一の光源によって生成された同じ波長帯の光を共有することが望ましい場合がある。画像は、撮像装置によって連続的にまたは並行的にどちらでも生成することができる。他の応用では、複数の異なる光源から異なる波長帯の光を器具または他の要素の遠位端に配置された複数の撮像プローブへ提供して、内部部位を撮像することが望ましい場合がある。
【０００６】
１つまたは複数の器具または要素上の多数の位置から撮像する能力があるシステムを供給することならびに同じベースステーションを用いることの利点は、明らかに医療の応用に限定されない。撮像技術を用いる多くの他の応用および環境があり、ロボットのエンドエフェクタなど１つまたは複数の器具の遠位端から、ならびに光源と処理を共有する１つまたは複数の器具または要素上の複数の場所から部位を撮像することによって同様に利益をもたらすことができる。
【０００７】
複数の撮像装置が同時に部位の撮像に使用されるとき、例えば３次元（３Ｄ）画像を生成するときに発生する１つの心配は、照射クロストークのせいでかなりの画像ノイズが発生する可能性があることである。この場合、３Ｄ画像を生成するために使用される２つの画像は、互いに既知の距離を隔たってはいるが部位のほぼ同じ領域を走査する２つの撮像装置によって得られる。走査光ファイバを使用して各画像を生成する場合、走査光ファイバは部位の表面上の照射スポットを走査する。これらのスポットからの反射がキャプチャされて、各走査装置の出力信号から得られるそれぞれの画像の一連の各画素を生成する。しかし、１つの走査光ファイバによって照射されたスポットからの反射は他の撮像装置によって検出されることがあり、低品質画像を引き起こすクロストーク問題を発生させる。したがって、部位の重なり合った領域を走査している異なる撮像装置間のクロストークを最少化することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６９７５８９８号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. Brown and D. G. Lowe, entitled "Recognizing Panoramas," published in the Proceedings of the Ninth IEEE International Conference on Computer Vision (2003)
【非特許文献２】The online "Atlas of Gastroenterological Endoscopy," A. Freytag, T. Deist (2003)
【発明の概要】
【００１０】
複数の撮像装置によって部位の複数の異なる画像を生成する一方、画像内のクロストークを防ぐ例示的システムおよび方法が以下に開示される。本システムは、複数の走査装置と複数の受光器とを含む複数の撮像装置を含む。各受光器は複数の走査装置の１つと関連して複数の走査装置の１つによって照射された部位の領域から光を受け取る。さらに、各走査装置は、光を走査装置へ伝達するために使用される光ファイバの遠位端に結合されているため、走査装置によって光が放射されて部位を照射する。受光器はこのように部位から光を受けて部位の画像生成に使用する。少なくとも１つの光源が含まれて光を複数の光ファイバを経由して走査装置に供給する。複数の走査装置の１つによって放射された光が任意の他の複数の走査装置によって放射された光と干渉しないようにすることによって、複数の受光器によって受け取った光を用いて生成された複数の画像間のクロストークを防ぐように部位を撮像する手段が提供される。
【００１１】
本システムは、一度に少なくとも１つの光源からの光を、光ファイバを経由し選択された複数の走査装置の１つへ向けるように制御される光スイッチをさらに含む。少なくとも１つの例示的実施形態では、クロストークを防ぐように撮像するための手段は、光スイッチに接続されているコントローラを備える。コントローラは、部位のただ１つの画像が複数の撮像装置によって同時にキャプチャされることが許されるように光スイッチを制御する。この方法では、部位の画像はフレーム毎に（ｆｒａｍｅ−ｂｙ−ｆｒａｍｅ  ｂａｓｉｓ）時分割多重化される。複数の走査装置は所望の走査パターンで放射された光によって部位を走査し、その後、帰線期間（ｒｅｔｒａｃｅ  ｉｎｔｅｒｖａｌ）が続いて別の走査を再開する。コントローラは、第２の走査装置が帰線期間にある間、部位の領域を走査する第１の走査装置へ光が供給されることを、光スイッチに選択的に可能にさせる。その後コントローラは、第１の走査装置が帰線期間にある間、部位の領域を走査する第２の走査装置へ光が供給されることを、光スイッチに選択的に可能にさせる。
【００１２】
異なる例示的実施形態では、クロストークを防ぐように撮像する手段は光スイッチを制御するコントローラを含んでいるため、少なくとも１つの光源からの光は、部位の領域を同時にかつその時キャプチャされている部位の画像の単一画素に対応するスポットの走査に十分な長さで走査している複数の走査装置のただ１つへ供給される。部位の画像はこうして画素単位多重化される（ｐｉｘｅｌ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）ため、画像は、同時にキャプチャされている各画像のただ１つの画素について画素毎にキャプチャされる。
【００１３】
少なくとも１つの光源は複数の光源を含むことができ、複数の光源の１つまたは複数は複数の走査装置のただ１つによって使用される。１つの走査装置によって使用される１つまたは複数の光源は、１つまたは複数の波長帯の光を生成し、その波長帯は部位の共通部分を照射する任意の他の走査装置によって使用される任意の他の光源によって生成された光の波長帯と異なる。
【００１４】
さらなる代替的実施形態では、クロストークを防ぐように撮像する手段は、複数の走査装置によって照射された部位の共通部分から光を受けている複数の受光器によって受け取った光をフィルタにかけるために使用される複数の光学フィルタを含む。複数の光学フィルタのうち特定の光学フィルタは、光を受け取った特定の受光器と関連した走査装置によって放射された１つまたは複数の波長帯の光は通すが、異なる走査装置によって放射された波長帯の光は通さない。複数の光学フィルタは、異なる偏光を有することができる。この場合、各走査装置によって放射された光は特定の偏光を有し、その偏光は、走査装置と関連した受光器によって受け取った光をフィルタにかけるために使用される光学フィルタのそれと一致している。すなわち、特定の受光器と関連した走査装置によって生成された部位から受け取った光だけが、特定の受光器による信号出力に基づいた部位の画像を生成するために使用される。
【００１５】
さらに他の例示的実施形態では、クロストークを防ぐように撮像する手段は、各走査装置へ異なって提供された光を変調する光変調器と、複数の受光器によって受け取った光に応答して生成された出力信号を復調する復調器とを含む。復調器は、部位から反射され複数の受光器によって受け取った光を生成した各異なる走査装置に基づいた出力信号を分離し、これにより、特定の受光器が関連する走査装置によって放射された光だけが画像を生成するために使用される。光変調器は、振幅変調（ＡＭ）または周波数変調（ＦＭ）方式のどちらかを用いて光を変調する。
【００１６】
本方法は、全体に上記システムの要素の機能と一致するステップを含む。
【００１７】
本技術の他の特徴は、部位を撮像する例示的システムおよび方法に向けられる。本システムは部位を照射するための光を放射する複数の走査装置および部位から光を受け取る複数の受光器によって共有される。本システムは、部位を撮像することによって生成された画像を表示するために使用することができる少なくとも１つの表示器を含む。走査コントローラは、複数の走査装置を制御し、部位を照射するために複数の走査装置に供給される光を生成する１つまたは複数の光源を含む。本走査コントローラはまた、部位から受け取った光を複数の受光器によって検出する１つまたは複数の検出器も含む。すなわち、１つまたは複数の光源が複数の走査装置間で共有され、１つまたは複数の検出器が複数の受光器間で共有される。機能インタフェースは、複数の走査装置および複数の受光器を走査コントローラに接続する。また、演算装置が、少なくとも１つの表示器、走査コントローラ、および機能インタフェースへ接続され、システムを制御して部位の画像を少なくとも１つの表示器上に、複数の走査装置によって放射された複数の受光器によって受け取った光の間の干渉による劣化無しに生成する。
【００１８】
一例示的実施形態では、走査コントローラは２つ以上の複数の走査装置のそれぞれに異なる光源を含み、これにより、２つ以上の複数の走査装置によって異なる波長帯の光が放射される。
【００１９】
他の例示的実施形態では、走査コントローラは３つのモードの１つで作動する。３つのモードはそれぞれ、光を１つまたは複数の光源から部位の領域を同時に走査している単一の選択された走査装置に供給すること、光を１つまたは複数の光源から同時に複数の走査装置に供給しながら、複数の走査装置のただ１つの走査装置から放射された光が確実に部位の任意の領域を同時に照射するようにすること、および、異なる特性の光を複数の走査装置に供給するための手段を用いて光を１つまたは複数の光源から複数の走査装置へ選択的に供給し、これにより、各走査装置に、部位の同じ領域を照射する任意の他の走査装置に供給された光と異なる特性を有する光を供給することを含む。
【００２０】
対応する方法は、上記システムの要素によって実行される機能と全体に一致した特許請求範囲を含む。
【００２１】
ここまで本発明を解決するための手段を提供していくつかの概念を簡単に紹介してきたが、これらをさらに以下の発明を実施するための実施形態の説明の中で詳細に説明する。しかし、本発明を実施するための実施形態の目的は、特許請求される主題の重要または必須の特徴を特定することではなく、特許請求される主題の範囲を決定するにあたっての一助となることでもない。実際には、非標準の手段を用いて、１つまたは複数の器具または他の要素が使用される部位の、強化したおよび／または複合的視野を提供することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
添付図面と関連して下記の詳細説明を参照することによって、１つまたは複数の例示的実施形態およびその変更形態の種々の特徴および付随する利点がより良く理解されるとき、一層容易に評価されるであろう。
【００２３】
【図１】多様なプローブを用いる撮像に適した単一のベースステーションを有し、望ましい実施形態に応じてプローブに関連した種々の代替機能を提供できる機能インタフェースを含む例示的システムの構成要素を説明する機能ブロック図である。
【図２】撮像を目的として光が複数の種々のプローブへ連続的に供給されるよう、単一光源からの光の連続切替えを提供する例示的アプローチの概略図である。
【図３】３つの異なる波長の光源からの同じ波長の光を用いて複数のプローブに平行照射を供給する一例示的構成の概略図である。
【図４】部位を撮像するために使用される複数の種々のプローブの間に異なる波長の光学的信号を分割する例示的構成を説明する概略図である。
【図５】複数の器具、カテーテル、および／または導管の遠位端に配置された走査装置によって部位を撮像する例示的システムのより詳細の機能ブロック図である。
【図６】２つの走査照射装置用の分離可能な信号が、部位を撮像するための同期面順次方式でどのように使用されるかを示す略図である。
【図７】２つの走査照射装置用の分離可能信号が、部位を撮像するための非同期方式または同期方式でどのように使用されるかを示す略図である。
【図８Ａ】複数の相隔たる器具または器具の遠位端上に配置された検出器を用いて内部部位がどのように多重透視図に撮像されるかを説明する概略図である。
【図８Ｂ】側面窓に入る光が多重モード光ファイバを通って器具の近位端へどのように伝達されるかを示す例示的器具の遠位部分の断面図である。
【図９Ａ】複数の相隔たる器具または器具の遠位端上に配置された検出器を用いて、別の方法ではよく見えない領域を含む内部部位がどのように撮像されるかを説明する概略図である。
【図９Ｂ】走査照射装置および集光ファイバの配置を説明する例示的鉗子器具の遠位端の概略図である。
【図１０】例示的親器具がどのように使用されて前方を撮像する一方、遠位撮像能力がある子器具が親器具の側面を通って前進し、管腔を通って進んで胆管および主膵管に導かれるかを示す胃および十二指腸の一部の概略図である。
【図１１Ａ】前方撮像能力がある親内視鏡および撮像能力がある子器具を用いて胃壁に沿ったＲＯＩ（関心領域）をどのように撮像するかを示す胃の概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの親内視鏡および子器具のユーザに対し表示される胃壁に沿ったＲＯＩの例示的画像の概略図である。
【図１２】器具、カテーテル、または導管の遠位端の部位を撮像中に使用する例示的走査ファイバ遠位端の断面図である。
【図１３】遠位撮像を備え、遠位撮像能力がある鉗子器具を搬送し、内部部位の多種の画像を撮像するために使用される導管の概略側面断面図である。
【図１４Ａ】複数の側方視野ＳＦＥ（走査ファイバ内視鏡）、および器具を構成の遠位端へ搬送するための軌道を有する中央前方視野ＳＦＥを説明する図である。
【図１４Ｂ】複数の側方視野ＳＦＥ、ならびに撮像能力がある１つまたは複数の器具を内部部位へ搬送するための任意選択の側面ポートがある複数の導管を有する中央前方視野ＳＦＥを説明する図である。
【図１５】外周周りに複数の走査装置を取り付けているため、任意の２つまたはそれ以上の相対する１対の走査装置を立体観察に使用して１つまたは複数の器具が使用されている部位の奥行き情報を備える画像を提供することができる、１つまたは複数の器具を部位へ搬送できる導管の遠位端の概略図である。
【図１６Ａ】１つの共焦点撮像装置の詳細を示す共焦点撮像装置の配列の例示的実施形態の遠位部の概略立面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの共焦点撮像装置の配列を含む器具の遠位面または遠位端の概略立面図である。
【図１７】配列内の全ての共焦点撮像装置に、光を部位上に集光し部位から光を受け取るための共通レンズ組を使う撮像装置の配列の代替の例示的実施形態の遠位端の破断図である。
【図１８Ａ】部位の表面上の４つの共焦点撮像装置の走査領域内の点で重なりが無いことを示す、時間Ａにおける共焦点撮像装置の例示的２×２配列の遠位端の概略図である。
【図１８Ｂ】垂直ずれが走査領域の重なりを引き起こすことを示し、部位の全体画像を形成するためにより容易に綴じ合わせることができる画像を生成することができる、図１８Ａの後の時間Ｂ（または配列の変位が発生した後）における共焦点撮像装置の例示的２×２配列の遠位端の概略図である。
【図１９Ａ】膵臓癌の４つの例示的重なり画像を説明する図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａの４つの画像を継ぎ合わせて膵臓癌が容易に分かる部位の全体画像を生成する例示的（模擬的）結果を説明する図である。
【図２０Ａ】撮像装置がシース（ｓｈｅａｔｈ）を備える既存の器具にどのように結合されて、器具が使用されている部位の撮像を可能にするかを説明する既存の器具すなわち組織ステープル器具の略図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａの例の断面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａに説明された既存器具に２つの撮像装置をシースによってどのように結合することができるかを説明する代替の例示的実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（図および開示された実施形態は限定しない）
例示的実施形態が添付図面の参照図に説明されている。本明細書に開示された実施形態および添付図面の目的は限定ではなく説明である。添付図面に示され本明細書で議論された例には、本技術および添付の特許請求の範囲に関するいかなる制限も与えられない。
【００２５】
（多種のプローブに１つのベースステーションを用いる撮像システムの概要）
図１は、多種のプローブによって撮像するために使用される単一のベースステーション２０を含む例示的システムを説明しており、多種のプローブは撮像されている部位で使用される１つまたは複数の器具または他の要素上に配置される撮像装置になりうる。ベースステーション２０はコンピュータ２２を含み、汎用のパーソナルコンピュータ、または複数のプローブによって撮像するシステムを支援する具体的な目的のために設計された専用の演算装置でもよい。コンピュータ２２は、ユーザによるテキスト入力および制御動作に使用されるキーボード２４に接続され、コンピュータ２２へ入力するときに画像ディスプレイ上でカーソルの位置を制御し選択するためのマウス、トラックボール、フットペダルまたは他の種類の装置でよいポインティングおよび／または入力装置２６に接続されている。また、第１のモニタ２８および第２のモニタ３０がコンピュータ２２に接続されており、これを使用して、複数のＳＦＥプローブ３６（プローブＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤと表示）によって生成される出力信号に応答して生成される画像を表示することができる。本システムは、かかるプローブ４本だけに限定されず、より多くのまたは少ないＳＦＥプローブを含んでもよく、または他の種類の撮像装置を使用することも可能であることが理解されよう。
【００２６】
コンピュータ２２は、ＳＦＥ走査装置／コントローラおよび光源／検出器ボックス３２と１つまたは複数の光ファイバ３８を介して双方向通信を行う。ボックス３２の構成のさらなる詳細は以下に議論される。また、ＳＦＥ走査装置／コントローラおよび光源／検出器は機能インタフェース３４と通信を行い、それを経由して信号が複数のＳＦＥプローブへおよび複数のＳＦＥプローブから伝達される。機能インタフェース３４はコンピュータ２２によって制御され、以下の詳細説明のように、撮像システムに使用されている具体的な構成に応じて、少なくとも４つの代替機能の１つを実行可能にする。これらの代替機能は、ボックス３２内のＳＦＥ光源によって生成される赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）レーザ光をシステム内で使用される複数のＳＦＥプローブの間で連続的に切り替える機能コントローラを使用することを含む。連続的切替えは、下に図２と関連して説明するように、例えばＭＥＭＳ（またはガルバノメータ式制御の）ミラースイッチを用いて実行される。連続的切替えモードでは、複数のＳＦＥプローブを用いて撮像されている部位から受け取られる光の全てが、ＳＦＥプローブの遠位端から延び、ボックス３２内のＲＧＢグループ光検出用に１つにまとめられた集光ファイバを経由して伝達されうる。
【００２７】
図３に詳細に説明されるように、機能インタフェース３４を代わりに使用して多数のビームスプリッタを用いて並行プローブ照射機能を実行することができ、これが以下に議論される。この並行プローブ照射モードでは、同じ波長帯の光が全てのＳＦＥプローブに使用され、面順次または画素順次時分割多重化が、複数のＳＦＥプローブのそれぞれへ光を提供するのに適用される。図３は、下に詳細に議論されるように、本モードがどのように実施されるかを示す例示的構成を説明する。
【００２８】
機能インタフェース３４によって提供される第３の代替機能は、光学的信号を分割することである。本作動モードは多様なプローブを使用するために、別々のＲＧＢ照射ファイバが異なる波長帯を包含している。次に、部位から受け取った光信号は、検出される前に別々の波長帯に同時に分割される。図４に示す本構成の例と関連してさらに詳細が提供される。さらに代わり（詳細は図示せず）として、１つまたは複数の特定のＳＦＥプローブに供給される光を、偏光が特定方向またはモードであるように偏光することができる。ＳＦＥプローブから受け取った光はその後、１つまたは複数の特定のＳＦＥプローブに供給された光の偏光と一致する偏光を有する光だけを通過させる光学フィルタを用いてフィルタに掛けることができ、異なるＳＦＥプローブによって受け取った光をその偏光特性に基づいて検出前に分離することが可能になる。本方法では、特定の１つまたは複数のＳＦＥプローブに供給された光だけが部位の撮像に使用される。
【００２９】
最後に、機能インタフェース３４によって実行される本機能は、各異なる走査装置に１つまたは複数の光源から供給される光の変調を含むことができ、これにより、異なる走査装置のそれぞれに供給される光は任意の他の走査装置に供給される光とは別に変調される。さらに、特定の走査装置と関連する１つまたは複数の受光器によって受け取った光が検出され、出力信号が生成され、その出力信号も整合復調によって復調されるため、異なる復調で変調された光は除去されることになる。機能インタフェース３４によって適用される変調／復調は、ＡＭ復調またはＦＭ復調のどちらかになり、異なる受光器からの光を検出することによって生成される出力信号間の特定の搬送周波数で復調機能を容易に識別できるようにし、これにより、撮像装置の異なるチャンネル間のクロストークが回避される。
【００３０】
ここで図２を参照すると、例示的連続切替え構成４０が説明されており、その中で光源（図示せず）からのＲＧＢ光（またはより一般的には同じ波長帯の光）が入力光ファイバ４２を通って伝達され、経路４４に沿ってレンズ４６の方へ放射される。レンズ４６が光をＭＥＭＳミラー４８上に集光し、ミラーは回転軸５０によって回転ドライバ（図示せず）に結合されているため、光は後続の反射器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、および５２ｄの方へ順次向けられる。光は、各反射器によってレンズ５４の方へ連続して反射され、その光が光ファイバ５６の１つの中へ集光される。この例では４つの光ファイバ５６があり、それぞれがレンズ５４の１つから入る光をプローブＡ、Ｂ、Ｃ、またはＤの１つへ伝達する。図２に示した時点では、光は光ファイバ内に反射され、光ファイバはその遠位端がＳＦＥに結合され、ＳＦＥは部位に配置された器具または他の要素の１つの上に配置されている。すなわち、１つのプローブだけが、ＭＥＭＳミラースイッチの回転を制御することによって決定される時間に活性化される。各プローブを使用する前にホワイトバランスを調整して、連続切替え構成４０内の結合効率のばらつきを補正することが必要な場合があることに注意されたい。あるいは、ガルバノメータ式制御ミラーをＭＥＭＳミラー４８の代わりに使用することができる。
【００３１】
図３では、例示的構成６０が、どのように複数のプローブ７６（Ａ〜Ｘで識別される）に同時に同じ波長の光を供給できるかを説明する。この例では、図示しない光源からの赤色光６２が左から入り、全反射妨害（ＦＴＩＲ）箱形ビームスプリッタ６８によって部分的に反射される。反射されない赤色光は引き続き（ビームスプリッタの）左に入り、順に同様に部分的に反射される。この工程が各プローブに対して繰り返され、最後に最終プローブ（すなわちプローブＸ）用のミラーまたはプリズム７０に到達し、残った全ての光を下向きに二色性ロングパスビームスプリッタ７２の方向へ反射すなわち方向変更する。二色性ロングパスビームスプリッタ７２は、赤色光は透過するが、（本図に示すように左から入る）緑色光６４の経路内にある他の二色性ロングパスビームスプリッタによって反射されなかった緑色光は反射するよう選択される。この経路中の先行する各二色性ロングパスビームスプリッタは、緑色光の一部を下向きに反射する一方、上から下向きに反射された赤色光を透過する。したがって、二色性ロングパスビームスプリッタ７２が、λcut＞λgreenおよびλcut＜λredの特性を有することは明らかであろう。同様に、（本図の左から）入る青色光６６は、青色光を部分的に反射するが、上から下向きに反射された赤色光および緑色光を透過するよう選択された一連の二色性ロングパスビームスプリッタ７４のそれぞれによって部分的に下向きに反射される。結合されたＲＧＢ光は、レンズ７８ａおよび７８ｂの方へ透過され、そのレンズがＲＧＢ光をプローブ７６（Ａ〜Ｘ）に結合された単一モード光ファイバ内へ集光する。すなわちこれらのプローブは、ＲＧＢ光を３つの光源から同時に受け取る。追加のまたはより少ない異なる波長帯の光が同様に、より多数のまたは少ないプローブへ同時に供給されうることも理解されよう。
【００３２】
異なる波長帯の光学的信号を分割する例示的構成８０が図４に説明される。この例では、異なる波長帯を含むＲＧＢ光８２が回折格子またはプリズム８４の方へ向けられており、回折格子またはプリズムが各異なる波長帯を異なる経路に沿ってＰＭＴ（光電子増倍管）検出ポート８６の方へ反射する。ＲＧＢ光８２は、波長範囲が６３５ｎｍ〜６７０ｎｍ（レーザダイオード（図示せず）を用いて生成することができるような）におよぶ赤色光、波長が５１４ｎｍ、５３２ｎｍ、および５４３ｎｍである緑色光（アルゴンイオンレーザ、二重１０６４ｎｍレーザ、またはヘリウムネオンレーザを用いて生成することができる）、および波長が４４０〜４５０ｎｍ、または４６８〜４７８ｎｍである青色光（例えば、日亜（Ｎｉｃｈｉａ）（登録商標）青色レーザダイオードを用いて生成される）を含む。したがって波長が４４０ｎｍの青色光はＰＭＴ検出ポート８８で受けられる一方、波長が４５０ｎｍの青色光はＰＭＴ検出ポート９０で受けられる。同様に、波長が５３２ｎｍおよび５４３ｎｍの緑色光はそれぞれＰＭＴ検出ポート９２および９４で受けられる一方、波長が６３５ｎｍおよび６５０ｎｍの赤色光はそれぞれＰＭＴ検出ポート９６および９８で受けられる。本アプローチをどのように用いて単一の光ファイバ（例えば、部位からの光を受け取るよう配置された遠位端を有する光ファイバ）を使用し多数の波長帯の光を伝達するか、その後伝達された光が光学的に異なる波長帯に分割されて異なるチャンネルへ入力されるかは明らかであろう。このように分割される光はまた、赤外線光または紫外線光など非可視光も（または代わりに）含むこともできる。レーザダイオードから放射される光の光学的周波数は、レーザダイオードの温度などの環境条件を変化させることによって調整することができる。例えば、レーザダイオードを室内温度未満に冷却すると、一般に光学的周波数を１０ｎｍ超ずらすことができ、作動中のレーザダイオード毎に少なくとも２つのレーザ波長を提供する。
【００３３】
（さらに詳細な例示的システム）
図５は、１つまたは複数の器具または他の要素の遠位端に配置された多数の位置に部位の撮像を提供するのに使用可能な例示的システム１００を説明する。本システムでは、１つまたは複数の光源１０２（すなわち、番号１〜Ｎ）が光信号を供給し、光信号は１つまたは複数の光ファイバ１０４を通って伝達され、光ファイバは１つまたは複数の器具または他の要素（図示せず）によって支持された遠位端を有する。光源１０２によって各走査照射装置に供給される光は、同じ波長帯または異なる波長帯とすることができ、走査照射装置に同時にまたは連続的に供給されるように制御されることが可能である。１つまたは複数の器具または他の要素は撮像される部位に位置し、そこでは例えば器具または他の要素が使用されるため、光ファイバ１０４を経由して伝達される光を部位の走査照射に用いることができる。本システムの最初の応用は、患者体躯内の内部部位に配置される医療用器具または要素上に撮像を提供するが、システム１００の目的を医療の応用に限定しない。
【００３４】
変調器１０６が図５の例示的システムに備えられ、コンピュータ１１８からの命令に応答して走査コントローラ１１０によって供給される信号に基づいて、光源１０２を変調するために使用される。変調器は光スイッチとして作動して、１つまたは複数の走査装置による面−画素間多重化を可能にする。レーザダイオード光源の直接変調は、異なる走査装置間の多重化の一例示的方法である。レーザダイオードは、その波長が紫外線から可視スペクトルを通り赤外線までおよび、その電力を画素サンプリング速度、例えば２千万回サンプリング／秒超（２０ＭＨｚ超）を超える速度で切り替えることによって直接変調することができる。紫外線から青までのスペクトル範囲では、レーザダイオードは５０ＭＨｚを超える速度で直接変調することができ、適したレーザダイオードが日亜（日本）から入手できる。近頃、波長が５３２ｎｍの光を生成し青色レーザダイオードの変調速度に匹敵する変調速度を持つ緑色ＧａＮベースレーザダイオードがローム（登録商標）社（日本国、京都）から発表された。代わりに、赤外線レーザダイオードの周波数を２倍にしてほぼ１０６４ｎｍの波長を実現する構想が、ＨＤＴＶレーザ投影ディスプレイ用にレーザを開発している企業によって試作され、これは緑色光を５０ＭＨｚ超で変調することを必要とする。これらの企業は、Ｎｏｖａｌｕｘ（登録商標）社（カリフォルニア州Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ）、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）社（ニューヨーク州Ｃｏｒｎｉｎｇ）、およびＯｓｒａｍ（登録商標）  Ｏｐｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ社（ドイツ国Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ）である。最後に、波長がほぼ６３０〜６７０ｎｍの光を生成する赤色レーザダイオードは５０ＭＨｚ超で直接変調することができ、ソニー（登録商標）社およびサンヨー（登録商標）社（日本）など多くの製造業者から入手できる。レーザダイオード光源の高変調速度（５０ＭＨｚ超）は、画素速度での光学的切替えまたは多重化を可能にする。
【００３５】
走査線数５００本の赤、緑、および青（ＲＧＢ）画像を３０Ｈｚで表示する走査ファイバ内視鏡の現在の試作品は、ほぼ２千万回サンプリング／秒の画素サンプリング速度を必要とする。ミリメータ以下の走査照射装置を有し、遠位投影レンズシステムおよび走査ファイバを取り囲む集光ファイバのリングを備える共鳴振動単一光ファイバを有する例示的前方視野内視鏡が、図１２に説明されており、以下に詳細に議論される。同じＲＧＢレーザ波長を用いる２つの走査ファイバ内視鏡間を多重化する画素速度を提供するために、画素は、２つの装置間で、通常速度の２倍、すなわちほぼ４千万回サンプリング／秒でサンプリングされなければならない。クロストークを除去するために、より高速の画素変調がより多くの走査撮像装置に必要とされる。代わりに、各光源の変調速度は、単一の撮像装置の画素サンプリング速度より十分に大きくすることができる。例えば、５０ＭＨｚより速い一定の変調速度をレーザ光源の搬送周波数に使用することができるが、この光束が組織を横断して走査されるときに振幅またはＡＭ（振幅変調）の変動が起こり得る。この走査レーザ光によって照射されている組織の空間的変動吸収および／または後方散乱の特性に対し、この搬送波の振幅を使用して画像信号を発生することができる。図５に示すように、高帯域幅光学検出器１０８（光電子増倍管など）を用いて光学信号を検出した後に、このＡＭ信号を変調器段階１０６（または別の復調器段階１０７で）復調することができる。すなわち各撮像装置は、それ自身の搬送周波数固有のチャンネルまたは帯域を有することができ、これは無線伝送技術および受信技術における異なるチャンネルまたは局の提供に類似している。紫外線から赤外線波長の光を放射するレーザは、画素速度を超える速度で変調することができるため、レーザ照射の多くのサイクルを１つの画像画素内に含めて、同じ領域を撮像する別のプローブからのクロストーク無しにＡＭ信号を検出することができる。
【００３６】
図５では、コンピュータ１１８も使用して光学検出器１０８から受け取られる電気信号に基づいて画像を発生し、光源１０２の走査キャリブレーション、測色、および輝度制御を行う。また、コンピュータ１１８は制御信号を生成することができ、この信号が適用されて、撮像する部位に導入されているカテーテル、内視鏡、または他の器具の先端を曲げ、分岐した管腔または他の通路を通って隅部周りの部位へ装置を導入しやすくする。走査コントローラ１１０もまた走査アクチュエータ駆動信号を生成し、その信号が１つまたは複数の器具または他の要素の遠位端に配置されている各走査アクチュエータ（駆動）１１２に加えられて、光ファイバまたはミラーＭＥＭＳ走査装置（図示せず）を駆動してラスタ走査、ヘリカル走査、リサジュパターン走査など所望の所定の走査パターンで放射される光によって部位を走査する。
【００３７】
温度制御１１４が走査コントローラ１１０に接続されており、走査照射装置に配置された各温度センサ１１６から温度信号を受け取り、そのため走査コントローラは部位で測定された温度を必要に応じて補正することまたは撮像装置の温度を調整することができる。いくつかの応用では単一の温度センサ１１６で十分に部位の温度を監視することができ、それはこのように感知された温度に基づいて部位を撮像するために使用される各走査装置に温度補正を適用することができるからである。しかし他の応用では、各撮像装置の温度はリアルタイム制御ループを用いて個別に監視および制御されることが多い。
【００３８】
走査されている部位から受け取った光は光ファイバを通って伝達され、変調器１０６からの信号入力を用いて光源１０２の制御と任意選択で同期されることが可能な光学検出器１０８へ入力される。かかる同期を備える意図は、異なる１つの走査照射装置によって供給される光とは波長帯が異なる場合がある種々の走査照射装置のうち特定の１つによって部位へ向けられた光に対応する入力信号だけを、光ファイバが確実に供給するようにすることである。この方法では、光学検出器からの電気出力信号は、部位が特定の走査照射装置だけによって照射されたときに部位から受け取られる光にだけ対応する。光学検出器はＰＭＴ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤ配列、または他の光感知装置を含むことができる。光検出器は撮像装置の遠位に配置可能であるが、寸法検討および費用からは、光検出器を近位に配置し、撮像装置間で共有するとかなりの利点がある。一般に、複数の撮像装置によって共有されるレーザ光源、処理能力、光検出器など、高価な要素を含むベースステーションを用いることがさらに費用対効果の良いシステムをもたらす。本明細書に説明するように、同じ部位を撮像している多数の撮像プローブによって光源が共有されても、その光が複数の異なる走査装置からであれば、撮像装置によって部位から受け取った光に干渉を引き起こすクロストークをやはり防ぐことができる。
【００３９】
ユーザインタフェース１２０の制御下では、コンピュータ１１８は光学検出器１０８から受け取った電気信号を使用して部位の画像の表示をディスプレイ１モニタ２８（および／または任意選択のディスプレイ２タッチスクリーンまたは他のモニタ３０）上に生成することができる。多重画像を単一の表示装置上に表示でき、またはユーザは各表示装置上に表示された画像間を選択的に切り替えることができる。専用の電子機器またはソフトウェア技術を使用して１つまたは複数の撮像装置によって受け取った光を検出することによって生成された出力信号から画像を再構築することができる。各撮像装置は、画像再構築を制御するために使用される独自の再マッピングファイルを有することができ、再構築を撮像装置間で瞬時に切り替えることができる。撮像中に収集されたこれら画像を生成するデータおよび他の関連データは、後の検索、使用、および加工を目的として、例えば局所または遠隔ハードディスクドライブまたは光学記憶メディアを含むデータストレージ１２２に格納できる。
【００４０】
一般に、複数の走査照射装置が光源および他の要素システム１００を共有することが望ましい。したがって、部位が多数の走査照射装置によって同時に照射される場合に起こり得る問題を回避するために多重化、または各異なるプローブまたは走査照射装置に対する信号を時間内に分離する他の技術を使用することが望ましい。図６は、２つの異なる照射光源の場合に、検出される部位から受けかつ画像を生成するために使用される光が、部位の照射光源と同期しかつ部位からの反射光と混じらないように、異なる走査照射装置１４０および１４２がどのように活性化されて異なる時間に部位を照射するかを示すタイミング図および構成１３０を説明する。図６の走査照射装置Ａはそれに沿って制御されるため、照射装置は一連の時間間隔１３２の間に走査光束を生成し、次に、時間間隔１３４の間に休止状態に戻る。間隔１３４が始まると、消灯され休止状態だった走査照射装置Ｂが、時間間隔１３６の間に走査を行い、その後、時間間隔１３８の間にその休止状態に戻る。すなわち、１回に１つの走査照射装置だけが積極的に部位を走査している。図６の下部は、時間ＴXにおける走査照射装置Ａの遠位端１４０から放射されている走査光１４４を説明しており、走査光１４８が時間間隔１３２の最後に生成する最大ヘリカルらせん状走査（ｆｕｌｌ  ｈｅｌｉｃａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｓｐｉｒａｌ  ｓｃａｎ）１５０のらせん中央部１４６である。時間ＴXには、走査照射装置Ｂは休止期間の中央付近にあり、すなわちその時点では部位を何ら照射しない。
【００４１】
走査照射装置ＡおよびＢが分離可能な光信号１６６および１６８（これらは非同期または同期可能）を生成するよう、走査照射装置ＡおよびＢを制御する代わりのアプローチが、図７の例示的構成１６０に説明されている。本アプローチでは、ヘリカル走査装置１６２は光パルス１７４を備えると同時に部位のらせん状走査１７０を生成する。同様に、ヘリカル走査装置１６４は光パルス１７６を備えると同時にらせん状走査１７２を生成する。これら２つの走査照射装置によってそれぞれのらせん状走査を生成するために使用される光源を活性化する信号は、部位からの光の検出と同期され画素順にすることができる。本アプローチは、組織の光被爆を経時的に分散することによっていかなる潜在的な光毒性をも減少させる。各走査照射装置に使用される光パルスのパルス順が図の下に示されている。
【００４２】
（多数の位置から部位を撮像することの利点）
図８Ａは、本新規アプローチを腹腔鏡手術に使用することを示す例１８０を説明しており、ここでは、複数の医療用器具の遠位端上の複数の相隔たる位置から撮像することによって提供される多視点画像が、医療用器具が使用されている部位をより効果的に観察する場合に有用である。部位の詳細がより明らかになるよう、内視鏡１８２の遠位端に含まれる単一の中央走査装置照射装置１８４によって、本例内で照射されている部位の画像内に提供される組織１８０に結果として陰影を付けることが組織の透視図を改善する。中央走査装置照射装置のＦＯＶ（視野）が、組織１８６を所望の走査パターンの光で照射する。組織から反射された光は、中央走査装置照射装置の周りにリング状に配列された複数の光ファイバ１８８によって受けられ、近位で検出器（本図には図示せず）の方へ伝達されて、部位の画像の生成に使用される。鉗子器具１９０は戻り光ファイバ１９２をその中心部に含み、内視鏡内の中央走査装置照射装置によって照射された組織１８６からの光を同様に受け取る。部位から反射された光は、鉗子器具のこの戻り光ファイバの遠位端、鉗子把持部１９４ａおよび１９４ｂの開口端の間に入る。部位を撮像するための第３の位置は切開器具１９６の上に配置され、組織１８６から反射された光を受け取る窓１９８を含むが、その反射された光は戻り光ファイバ１９２および内視鏡内の光ファイバのリングのどちらとも角度が異なる。切開器具内の窓１９８を通った光は、図８Ｂ内の切開器具１９６の一部の断面図内に説明されているように、近位にマルチモード光ファイバ２００（１つだけ図示）を通って伝達される。光は窓１９８に切開器具の側面から入り、マルチモード光ファイバ２００の劈開遠位端と切開器具内の空気、ポリマ、または金属インタフェースとの間のインタフェースで、多数回内部反射する。
【００４３】
複数の走査照射装置を使って部位を撮像し、器具または要素の遠位端上の複数の異なる位置から光を検出することの利点が、図９Ａに示す例２１０に説明されている。この例では、内視鏡１８２が腹壁２１２を通って延びる。内視鏡内の中央走査照射装置１８４が、内視鏡の遠位端近傍の組織の一部２１４を所望の走査パターンの光によって走査し、光ファイバ１８８のリングが組織の一部２１４から反射された光を受け伝達する。内部部位の組織は稜または尾根を形成し、そのため組織の他部２１６は内視鏡１８２の走査照射装置のＦＯＶから外れ、組織の他部２１８は組織の稜または尾根の張り出した形状によって隠され、内視鏡１８２の中央走査照射装置のＦＯＶ照射に対して相対的に深い影の中にある。しかしこの例では、２つの鉗子器具１９０ａおよび１９０ｂも腹壁を通って内視鏡１８２の反対側に延びる。これら鉗子器具のそれぞれは組織を照射する中央走査照射装置１９３を含むが、内視鏡１８２内の中央走査照射装置の両側の異なる方向および異なる位置からである。したがって、組織の部分２１６から反射された光は左の鉗子器具１９０ａ内の戻り光ファイバ１９２の遠位端で受けられる一方、組織の部分２１８から反射された光は内視鏡の右側の鉗子器具１９０ｂ内の戻り光ファイバ１９２によって受けられる。異なる角度から部位を走査照射する異なる位置の複数の走査照射装置を効果的に使用することが、システムによって生成される画像内の部位の視認性を大きく改善し、すなわち、１つの器具または要素の遠位端のみで光を検出する単一の走査照射装置のみによって提供される撮像のＦＯＶを効果的に広げる。
【００４４】
図９Ａの組織２１４内は腫瘍２２０などの関心の対象であり、組織の一部２１８を照射する右鉗子器具１９０ｂからの光による干渉が予測される。例えばこの光干渉は、周囲組織の光吸収に比べて光吸収が多いことに起因する可能性があり、これは右鉗子器具１９０ｂまたは撮像能力がある他の器具によって検出することができる。この例では、増加した吸収コントラストは、組織の一部２１８を照射する右鉗子器具１９０ｂへの後方散乱光学信号から検出することができる。代わりに、増加した吸収コントラストは、内視鏡１８２への側方散乱光学信号から検出することができ、または組織の一部２１６を通って左鉗子器具１９０ａへの透過光学信号から検出することができる。この例では、撮像能力がある器具は光学信号を共有して、ユーザに種々の透視図から強調した陰影を提供し、体躯の同じ領域内の反射および透過の両状態による撮像を可能にする。視野の照射領域が直接重なり合わないこれらの限られた事例では、クロストークを減らすために何の方法も採用しない。
【００４５】
鉗子器具１９０の遠位端の詳細が図９Ｂに説明される。ここに示すように、部位からの光を受け集光する走査照射装置１９３および戻り光ファイバ１９２の遠位端が把持器１９４ａと１９４ｂとの間に配置される。すなわち鉗子器具は、鉗子器具が使用されて組織または他の材料を把持する部位を撮像することができる。
【００４６】
他の医療の例２３０が図１０に提供され、患者の食道内を下降して胃２３４へ入りその後十二指腸２３６へ入るよう設計された親内視鏡２３２を概略的に説明している。親内視鏡２３２は、前方視野走査照射装置および親内視鏡の遠位端２３８の前方ＦＯＶ内で照射される光を受け取る対応する光ファイバを含む。親内視鏡の遠位端には側方視野走査照射装置２４０も備えられて親内視鏡の長手方向軸に一般に直角な側方を走査する。この図では、側方視野走査照射装置によって照射された親内視鏡の遠位端の側面で組織から反射された光を受け取る戻り光ファイバは見えない。親内視鏡はその撮像能力を使って、操作者が親内視鏡の遠位端を十二指腸内へ前進させ十二指腸から胆管２４６および１つの主膵管２４８内への開口２５０の場所を探すのを支援する。
【００４７】
側方視野走査照射装置２４０の近傍に側面ポート２４１が配置され、それを通って把持器２４４ａおよび２４４ｂを含む鉗子器具を備える子内視鏡２４２が延びる。子内視鏡２４２の遠位端上、２つの把持器（本図では見えない）の間に配置されるのは前方視野走査照射装置であり、一般に図９Ｂの鉗子器具１９０用に示したような構成である。この前方視野走査照射装置のＦＯＶを使用して、操作者が組織サンプルを採集するまたはいくつかの他の目的のため、胆管または主膵管のどちらかに子内視鏡の遠位端の鉗子器具を前進させるのを支援することができる。その結果、親内視鏡および子内視鏡の複合的撮像能力は単一の画像装置のみによって達成されるよりもより完全な撮像能力を備えることによって、このような性質の業務の完遂を大いに容易にする。
【００４８】
図１１Ａは、その遠位端にＦＯＶ２６８がある前方視野走査照射装置２６６と、前方視野走査照射装置のＦＯＶ内の組織および他の被写体から光を受け取る戻り光ファイバとを有する親内視鏡２６２の例２６０を説明する。本例では、親内視鏡２６２は先進して患者の胃２６４内へ入る。鉗子器具２７２をその遠位端に有する子内視鏡２７０も、ＲＯＩ（関心領域）２７６の方に向けられたＦＯＶ２７４を有する前方視野走査照射装置を備える。すなわち鉗子器具は容易にＲＯＩを撮像し、選択的にどこでも組織サンプルを採取することができる。親内視鏡２６２上の前方視野走査照射装置および子内視鏡２７０上の前方視野走査照射装置は、ＲＯＩから異なる距離で胃壁を撮像する。子内視鏡２７０上の前方視野走査照射装置は、親内視鏡２６２に比べてＲＯＩ２７６のより近くにより高度に集光された光を有することができ、戻り光ファイバ（本図では見えない）が反射光を受けて、親内視鏡内の戻り光ファイバから受け取った光に応答して生成されたものより分解能が高いが、焦点深度（ＤＯＦ）が浅い画像を生成することを可能にする。したがって、異なる特性のＦＯＶおよびＤＯＦを備えるこれら２つの走査照射装置を提供することによって、システム全体の能力を強化して確実な業務を実行することができる。代わりに、子内視鏡２７０は部位から蛍光信号を放射させる光を使って照射することができ、かかる信号は一般に後方散乱レーザ照射よりずっと微弱である。蛍光信号を用いてＲＯＩの診断画像を形成し、組織の種々のモードの光学的調査を用いて組織の健康に関する情報を収集することができる。子内視鏡２７０を親内視鏡２６２よりもＲＯＩ２７６の近くに単に位置合わせするだけで光学信号の収集効率を著しく上げる。その理由は、Ｒを子内視鏡の遠位端とＲＯＩとの間の分離距離とすると、強度が（１／Ｒ）2減衰するためである。また、子内視鏡２７０は、赤外線光周波数の光および組織固有の画像コントラストのメカニズムの任意選択バイオマーカ強調を用いてＲＯＩの立体奥行き強調観察またはより深部組織の撮像を提供することができる。
【００４９】
図１１Ｂは、親内視鏡２６２および子内視鏡２７０からの信号を用いてユーザに表示されるＲＯＩ２７６の画像を説明する。親内視鏡画像２７４には、胃内側を覆う粘膜の胃粘膜襞、すなわち、ひだ２７８が後方散乱光の単純色撮像によって低解像度で表示されている。このＲＯＩの画像内にあるのは極近の分離距離Ｒまで延ばされた子内視鏡によって提供された挿入画像であり、胃粘膜襞２７８の拡大画像を得ている。さらに、局所的に塗布された蛍光染料（例えば、アクリフラビン塩酸塩（ａｃｒｉｆｌａｖｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ））によってコントラストが強調され、親内視鏡画像内では見えないヘリコバクターピロリ（Ｈｅｒｉｃｏｂａｃｔｅｒ  ｐｙｌｏｒｉ）の高コントラスト蛍光標識または他の生物学的に特異な関心細胞を提供する。子内視鏡が親内視鏡から一旦前進すると、親内視鏡のＲＯＩ２７６の画像はもはや遮られた画像である。子内視鏡の画像は最小化することができ、これを親内視鏡画像の妨害された部分に下記技術を用いて継ぎ合わせることができる。
【００５０】
（例示的走査照射装置および戻り光ファイバ）
走査照射装置に他の設計を用いることができるが、走査ファイバ照射装置および撮像装置３００の例が図１２に説明される。走査ファイバ照射装置および撮像装置３００は、光ファイバの遠位端３１０を駆動して所望の走査パターンで動かす働きをするパターン化圧電材料３０６製チューブを通過する軟性単一モード光ファイバ３０４を含む。遠位端３１０は、パターン化圧電材料製チューブを超えて遠位に延びかつそこで片持ち支持され、その上に走査ファイバ照射装置が取り付けられるまたは支持される器具または他の要素の遠位端近傍にある。パターン化圧電材料製チューブは、圧電材料製取付けカラー３０８によって所定の場所に保持される。四分円形電極３１４がパターン化圧電材料製チューブの上に張られ、印加電圧によって選択的に活性化されて、光ファイバ３０４の遠位端３１０の２軸動作を発生する。電線３１６が電圧信号を各四分円形電極に伝達して圧電材料を動作の各軸に対して活性化させ、同時に温度制御信号も温度制御（図示せず）に伝達する。この例示的実施形態では、光ファイバの遠位端が駆動される２つの軸は一般に互いに直交する。パターン化圧電材料製チューブの１つの軸に印加された増幅サイン波および他方の軸に印加されたコサイン波は円形走査を発生することができるが、当業者には、光ファイバ３０４の遠位端３１０を適切に動かすことによって種々の異なる走査パターンを生成できることが理解されよう。四分円形電極に印加された電圧信号の振幅の適切な変調が所望の領域を満たす２次元パターンを作り出して、光ファイバの遠位端３１０から放射される光によって撮像することができる。実現可能な種々の走査パターンのいくつかの例は、直線走査、ラスタ走査、正弦曲線走査、トロイダル走査、渦巻き状走査、およびプロペラ走査を含む。いくつかの例示的実施形態では、光ファイバの遠位端は、ほぼそれ自身の共振周波数（または共振周波数近く）で動くように駆動され、それによって一定の印加駆動信号に対しより大きな走査振幅を実現できるようにする。
【００５１】
器具または他の要素の遠位端で撮像するために代わりに使用できる他の種類の走査器械は、代わりに使用される内部部位の画像を生成するために内部部位を光によって光学的に走査するために使用される走査光束を有するＭＥＭＳ走査装置（図示せず）を含む。撮像用ＭＥＭＳ走査装置の例が共通出願人による特許文献１に示されており、その開示と明細書を参照によって本明細書に引用する。反射ミラーを駆動して器具または他の要素の遠位端へ伝達される光で部位を走査することもできることが当業者には理解されよう。
【００５２】
遠位端３１０から放射された光は、それが望ましい走査パターンで動くとき、レンズ３１８、３２０、および３２２を通って進み走査ファイバ照射装置の前方の部位に向けられる。走査ファイバ照射装置全体の直径は一般に１．０ｍｍ以下である。走査光によって照射された部位によって反射または散乱された光はその後検出され、これを用いて撮像機能を提供する。本例示的実施形態では、戻り光ファイバの環状リング３０２が走査ファイバ照射装置の遠位端の周りに配置され、一般に２．０ｍｍ未満の外径を有する。部位からの光は戻り光ファイバの遠位端３２４内へ通過し、上記のように近位でベースステーション内の検出器へ伝達される。検出器によって生成された出力信号はその後、走査ファイバ照射装置の遠位端に近接した部位の画像を生成するために使用される。上記のように、側方視野照射装置は反射面またはミラー（図示せず）を使用することができ、その後走査ファイバ照射装置の１つまたは複数の側面で容易に部位を撮像することができる。
【００５３】
部位で使用するための撮像能力がある器具および多数の器具上での撮像用の多数の部位を提供することには、器具上での撮像用の単一の部位の場合を超える明らかな利点がある。例示的構成３４０が図１３に説明されている。この例では、カテーテルまたは導管３４２は中空で、鉗子器具３４６をカテーテルまたは導管内に形成された内部管腔に通す。軟性ケーブル３４８が鉗子器具の内部中央を延び、鉗子器具（図示せず）の近位端と、鉗子器具の遠位端（把持器３５６ａと３５６ｂとの間）に配置された走査照射装置３５０との間で、光および他の信号を伝達する。また、そのように把持器の間に、走査照射装置３５０のＦＯＶ３５２内で照射される部位から光を受け取る戻り光ファイバ（個別に図示せず）の遠位端が中央配置されている。走査照射装置３５０によって放射された光は、本構成が挿入されている体腔３４４の一部に沿って組織３５４ａに向けられる。走査照射装置３５０のＦＯＶは、鉗子器具に対し相対的に前方に向けられ、結果得られる画像内に見ることができる体腔３４４の壁部を限定する。
【００５４】
しかし、カテーテルまたは導管３４２は走査照射装置３６０および３６６も含む。軟性ケーブル３５８および３６４は、カテーテルおよび導管の外周面の反対面に沿って延びる。軟性ケーブル３５８の遠位端は走査照射装置３６０に結合され、一方、軟性ケーブル３６４の遠位端は走査照射装置３６６に結合される。これらの軟性ケーブル内には、光および他の信号を走査照射装置と軟性ケーブルの近位端との間で双方向的に伝達する光ファイバが含まれる。走査照射装置は、近位の光源（図示せず）からの光を使用して体腔３４４の側面に向けられたＦＯＶ３６２を有する所望の走査パターンで光を放射し、そこに配置された組織３５４ｂを照射する。同様に走査照射装置３６６は、体腔の対向する壁上に配置された組織３５４ｃを照射するように向けられたＦＯＶ３６８を有する所望の走査パターンで光を放射する。組織３５４ｂおよび３５４ｃから受け取った光はそれぞれ軟性ケーブル３５８および３６４内の戻り光ファイバを通って伝達され、これら異なる位置の画像を生成するために使用され、ユーザが鉗子器具３４６をより効果的に操作して所望のＲＯＩから組織サンプルを採取できるようにする。体腔の内部表面の多数の画像を使用すると、体腔の単一部分の単一画像だけを使用するよりも明らかにより多くの視覚情報が得られる。
【００５５】
２つの他の例示的構成３７０および３９０がそれぞれ図１４Ａおよび１４Ｂに説明され、多数の器具または他の要素上で撮像をどのように実施できるかという他の例を示している。図１４Ａでは、例示的構成３７０は、前方撮像能力をその遠位端３７６に有し、側方撮像能力があり中央ＳＦＥの周りに配列された複数のＳＦＥ３７４ａ、３７４ｂ、および３７４ｃを有する中央ＳＦＥ３７２を含む。ＳＦＥ３７４ａ、３７４ｂ、および３７４ｃはそれぞれ側面ポート３７８ａ、３７８ｂ、および３７８ｃを含み、それを通って光が所望の走査パターンで放射されるため、中央ＳＦＥの周りに放射状に異なる方向に向けられたＦＯＶ３８２ａ、３８２ｂ、および３８２ｃを提供する。これらの各側方視野ＳＦＥはまた、それぞれのＦＯＶ内で照射された部位の一部から受け取った光を伝達する戻り光ファイバ（図示せず）を含む。中央ＳＦＥ３７２は、前方のＦＯＶ３８０上を所望の走査パターンの光で走査し、ＦＯＶ３８０内の光によって照射された部位の一部からの光を受け取る戻り光ファイバ（図示せず）を含む。すなわち、結合された４つのＳＦＥの撮像能力は、本構成の遠位端の遠位および周囲の非常に良い範囲を提供する。また、ガイドワイヤまたは軌道３８４が中央ＳＦＥ３７２の少なくとも１つの側面を下方へ延び、これを使用して多数の追加の器具または他の要素の任意のものを構成３７０の遠位端の方へ前進させることができる。追加の器具または他の要素は撮像能力を有してもよく、走査照射装置を含んでもよく、または走査照射装置もしくは戻り光ファイバだけを含んでもよく、またはどちらも有さなくてもよい。
【００５６】
図１４Ｂの例示的構成３９０は構成３７０と同様であるが、導管３９２ａおよび３９２ｂを含み、本例示的実施形態では撮像能力が無く、例えば、部位への液体搬送、または部位からの液体除去、または他の機能の実行などが備えられている点が異なる。さらに例示的構成３９０は、中央ＳＦＥ３７２の周りに対向して配置された楕円型導管３９４ａおよび３９４ｂも含む。これらの楕円型導管は、任意選択でそれぞれ側面ポートを含むことができる（楕円導管３９４ａ上に示した側面ポート３９６など）。側面ポートは、楕円型導管の内部を通って前進する他の器具または要素が外側に部位の方へ向くようにして部位から組織サンプルを除去するなど所望の作業を実行することができる。小型で一般に円筒形の例示的構成３７０および３９０は、対象物（すなわち組織）の周囲からうまく保護されているが、その形状は、ガイドワイヤ３８４に沿って、または楕円型導管を通って前進することができる器具の寸法を制限もする。
【００５７】
（例示的多重走査器立体内視鏡導管）
少なくとも２つの異種の走査装置を含む器具または導管を使用して部位の立体図を提供することができ、これによって有用な奥行き情報を得ることができ、その奥行き情報がユーザの部位の理解を非常に容易にし、その奥行き情報の結果として器具をより効果的に部位で使用できるようになる。図１５は、１つまたは複数の器具が使用される部位まで１つまたは複数の器具がその中を前進する中央管腔４０６を有する導管４００の例示的実施形態を説明する。図示した例では、複数の撮像装置４０４が導管４００の外周の周りに配列されている。一般に導管４００の反対の側面（必須ではない）に配置される撮像装置の任意の２つを、部位の立体像を生成するために選択的に作動させることができる。図１５に示した例では、撮像装置４０２ａおよび４０２ｂが作動されて、２つの相隔たる視野４０８および４１０を有する部位（本図では図示せず）を走査する。２つの異なる視野内で照射された部位からの光を受け取ることによって生成される画像を使用して、ちょうど２つの相隔たる目によって得られる２つの画像のように部位の立体画像が提供される。異なる撮像装置４０４を使用して、導管４００に対する相対的な立体画像の向きが観察者のふくそう角に対応して変更され、または組織に対する導管の回転を補正し、または延ばされている特定の器具が画像を邪魔するのを回避する。撮像装置４０２ａ、４０２ｂ、および他の撮像装置４０４を、（図１６Ａ、１６Ｂ、および１７との関連で以下に説明されるように）共焦点撮像装置とすることができ、またはその代わりに、隣接した受光器光ファイバを備える撮像装置４０４を使用することができ、それによって異なる視野４０８および４１０によって照射される部位からの光を受け取る。受け取った光は光ファイバを通って光センサ（図示せず）へ近位に伝達され、それによって部位の立体画像を形成するために使用される画像を生成するために使用される対応する電気信号を生成する。
【００５８】
図１６Ａおよび１６Ｂは、９個の共焦点撮像装置の配列４２０を示す例示的実施形態を説明する。しかし器具または他の要素にはより多くのまたは少ない共焦点撮像装置を使用することができることに注意しなければならない。一般に共焦点撮像装置のＦＯＶは比較的小さく、かかる装置を１個だけ使用して１つまたは複数の器具または他の要素が使用される部位を撮像することはその利便性を制限する。しかし、複数のかかる共焦点撮像装置によって生成された画像を結合して共焦点撮像装置の任意の１つより広いＦＯＶを持つ全体画像を生成することによって、ユーザは画像を見て１つまたは複数の器具または他の要素を部位で容易に使用できる。
【００５９】
図１６Ａは、３つの共焦点撮像装置４２２ａ、４２２ｂ、および４２２ｃの配列だけを説明し、共焦点撮像装置４２２ｂの詳細を示す。本例示的実施形態では、各共焦点撮像装置はその遠位端に少なくとも１つのレンズ４２４を含み、それを使用して組織４３０などの部位を走査時に共焦点撮像装置によって放射される光を集光し、部位から受け取られる光を集光し、光ファイバ４３６を通って近位に伝達する。光ファイバ４３６の遠位端が走査ドライバから片持ち支持されているため、光源（図示せず）からの光は走査ドライバ４３４を通過する光ファイバ４３６の近位端から伝達される。走査ドライバ４３４は、リード線４３８を通って供給される駆動信号によって励起されるときに光ファイバ４３６の片持ち支持の部分を駆動してその共振周波数またはその近くで直交する２方向に振動させる能力を有する圧電装置でよい。走査ドライバ自身は共焦点撮像装置内の円筒型マウント４３２から片持ち支持される。共焦点撮像装置４２２ａ、４２２ｂ、および４２２ｃはそれぞれ、組織４３０（または他の種類の撮像される部位表面）上の領域４２８ａ、４２８ｂ、および４２８ｃを、集光された走査スポット４２６ａ、４２６ｂ、および４２６ｃによって走査する。集光された走査スポットから戻った光は、一般に他の共焦点撮像装置からの光とクロストークが無く、理由はそれが部位の異なる領域上に集光された光によって生成され、その特定の共焦点撮像装置からの光が片持ち支持の光ファイバの中心に戻って集光され、実質的に他の共焦点撮像装置からの光が無いからである。領域４２８ａ、４２８ｂ、および４２８ｃの走査は、適切な駆動信号を走査ドライバに電線４３８を通って印加することによって生成されるヘリカル走査、ラスタ走査、リサジュ走査、または他のふさわしい領域走査パターンなど、所望の走査パターンを用いて実行される。各共焦点撮像装置によって走査される領域に対応する画像のそれぞれは、部位の全体画像に結合して器具または他の要素の部位での使用を容易にすることができる。
【００６０】
図１６Ｂは配列４２０を含む器具４５０の遠位面または端部を説明しており、本例示的実施形態内に配列を備える共焦点撮像装置のそれぞれによって使用される９つのレンズ４２４を示している。立体非共焦点撮像装置４５２ａおよび４５２ｂを任意選択的に配列４２０の各側面に備えることができ、同様に立体非共焦点撮像装置４５４ａおよび４５４ｂは器具の遠位端の上部および下部に配置される。代わりに、先端湾曲アンカを立体非共焦点撮像装置の対の一方または両方の位置に埋め込んで器具の遠位端を所望の方向に湾曲すなわち変形させることができる。先端湾曲アンカを１対だけ備えた場合、異なる平面内で曲げるには器具をその長軸周りに回転させなければならない。器具４５０はその外周面上に配置された少なくとも１つの軌道４５６を含み、他の器具または要素を器具４５０がそこへ向かって前進する部位へ導入するよう構成されている。軌道４５６は一般にＴ字型で、器具４５０に沿って長手方向に器具の近位端付近からその遠位端付近へ延びる。
【００６１】
共焦点配列のさらに他の一例示的実施形態は、共焦点配列が配列４２０に似ているが、共通レンズ４６６、４６８、および４７０を使用して部位上の異なるスポットを向いた配列を含む共焦点撮像装置の全てによって放射された光を集光し、走査されているそれらのスポットからの光を受けて集光し、各共焦点撮像装置を含むそれぞれの片持ち支持の光ファイバのコアの遠位端にもどす。図１７は、本アプローチを用いる器具４６０を説明し、所望の走査パターンの方向に変形されている片持ち支持の光ファイバ４３６の遠位端を示す。器具４６０は器具４５０のそれに似た軌道（図示せず）を含んで、器具４６０が前進した部位へ他の器具または要素を導入することができる。各共焦点撮像装置のＦＯＶが担当する領域上の各共焦点撮像装置による走査の他、器具４６０は、レンズ４６６、４６８、および４７０が取り付けられたレンズ胴４６４と、共焦点撮像装置の配列が取り付けられたより近位の筐体４６２との間に（矢印で示したように）器具の長軸方向のｚ軸に沿うように相対的な動きを与えることによって、共焦点走査の奥行きを変えるよう構成されている。すなわち、共焦点撮像装置の配列が部位上のそれぞれの領域を走査して組織（または部位を含む他の材料）の３次元走査を提供するときに、組織の共焦点走査の奥行き（本図には図示せず）を変えることができる。屈折率分布型レンズなどのレンズまたは溶融レンズ組は、配列の全ての共焦点撮像装置に向かう光を全体に平行なチャンネルに沿って集光する一方、配列の焦面は直線ドライバ（図示せず）を用いてｚ軸に沿って調整される。レンズ組の相対的動きが与えられない場合、代わりに種々の別の方法の１つによってほぼ同じ結果が実現できる。具体的には、図示しないが、異なる共焦点撮像装置からの光束が異なるｚ軸位置に集光されるように、種々の共焦点撮像装置の走査光ファイバはレンズからｚの距離にずらすことができ、および／またはそれらの方向を調節することができ、および／または光の異なる波長を使用してそれぞれによって撮像することができる。これらの代わりのアプローチのどれにおいても、共焦点撮像装置の配列を同時に作動させながら２つ以上の奥行きの平面画像が得られる。
【００６２】
（共焦点撮像装置の配列によって生成された共焦点画像の重なり）
図１８Ａは、４つの共焦点撮像装置５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、および５０２ｄを含む例示的配列５００を説明しており、これは全体に上記の共焦点撮像装置に似ている。これらの４つの共焦点撮像装置はレンズ５０４によって集光された光を放射し、それぞれ部位５０８上の領域５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、および５０６ｄを走査する。図１８Ａに示すように、ある時間Ａにおいて、部位上のこれら４つの走査された領域の間に重なりは無い。これら領域の走査は１／３０秒で発生させることが可能であり、これは共焦点撮像装置の例示的実施形態内の走査された領域に対応する部位の４つの画像を完全に得るために必要な時間である。しかし、配列５００と部位５０８との間の相対的動きのせいで、図１８Ｂの例に示すように時間Ｂに配列の垂直変位が発生する。この変位は、ユーザが配列を手持ちで組織のより広い領域を撮像する、または不可避的な動き、または部位の配列に対する相対的な動きのせいで配列が動くために起こり得る。例えば、部位が患者体躯内にある場合、患者の呼吸、筋肉収縮すなわち体躯の動き、鼓動、または他の生理的原因のせいで、部位は配列に対して相対的に動く場合がある。部位の４つの画像の結合に基づいて部位の全体画像を生成する作業は、時間Ａにおける元の走査された領域５０６ａ〜５０６ｄが時間Ｂにおける走査された領域５０６ａ’〜５０６ｄ’と少なくとも多少重なっていなければならない。隣接した画像間のこの重なりは、ユーザが配列５００の遠位端を部位上で意図的にパンすることによって強調されることがあるため、結果として生じる重複画像をつなぎ合わせて部位の全体画像を形成するために適したソフトウェア（下記）を使用することができる。
【００６３】
（重複画像をつなぎ合わせる例示的ソフトウェア）
非特許文献１に、複数の重複画像をつなぎ合わせて全体立体画像を生成する技術が開示されている。この技術は、上記のように複数の撮像装置によって生成される部位の種々の部分の重複画像のつなぎ合わせに関連して容易に使用することができる。この作業を実行するためのＡＵＴＯＳＴＩＴＣＨ（商標）ソフトウェアはウェブサイトｗｏｒｌｄｗｉｄｅｗｅｂ．ｃｓ．ｕｂｃ．ｃａ／〜ｍｂｒｏｗｎ／ａｕｔｏｓｔｉｔｃｈ／ａｕｔｏｓｔｉｃｈ．ｈｔｍｌ（ここでｗｏｒｌｄｗｉｄｅｗｅｂは“ｗｗｗ”で置き換えられる）からダウンロードすることができる。このソフトウェアは、隣接画像の少なくとも一部が重なり合うほとんどの複数デジタル画像に適用することができ、最大３６０×１８０度または入力画像の範囲と同じ広さの領域の完全画像を生成する。このソフトウェアは、重複画像をつなぎ合わせて部位の全結合画像を生成するために使用可能な他の市販ソフトウェアプログラムの唯一の例として参照される。
【００６４】
図１９Ａは、膵臓癌の４つの例示的重複内視鏡画像６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、および６００ｄ（非特許文献２の画像から入手）を説明し、上記の走査装置のような４つの走査装置によって生成された４つの重複画像を示している。これらの重複画像は、図１９Ｂに示すように上記のようなつなぎ合わせソフトウェアを用いてつなぎ合わせて全体画像６０２を生成することができる。かかるソフトウェアの能力を説明する多くの他の画像例が上記のＡＵＴＯＳＴＩＴＣＨ（商標）ソフトウェアに関するウェブ上に提供されている。
【００６５】
（既存器具への撮像装置の追加を説明する例）
上に開示された小型撮像装置の利点の１つは、既存の器具または他の要素に結合してより大きな撮像装置では実現できなかった部位の撮像を可能にすることが容易であることである。図２０Ａ〜２０Ｃは、撮像装置を既存の器具に追加するために使用可能な例示的アプローチ７００を説明する。この例では既存の器具は医療用ステープラ７０２であり、またはＰｏｗｅｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎｓ（商標）社製のモデルｉ６０（商標）など内視鏡用直線切開器具でよい。図２０Ａに示したように、この医療用ステープラは旋回軸７０８の周りに固定ジョウ（ｊａｗ）７０６の方へ旋回する可動ジョウ７０４を含む。撮像装置７１２を既存の医療用ステープラに結合するため、スリーブ７１０を、撮像装置およびその光ファイバ（個別に図示せず）に通して被せる。スリーブ７１０は熱収縮チューブで形成することができるため、シースを撮像装置および医療用ステープラ近位部両方に通して被せた後、シースを加熱して医療用ステープラおよび撮像装置両方の周りに収縮させることができ、それによって撮像装置７１２を医療用ステープラ７０２に結合する。シース７１０を超えて延びる遠位端７１４および撮像装置７０２の一部は、シアノアクリレート（ｃｙａｎｏａｃｒｙｌａｔｅ）などの生体適合接着剤または他のふさわしい接着剤を用いて固定ジョウ７０６に結合することができる。本例示的構成では、遠位端７１４は、医療用ステープラ（または直線カッタ）遠位に撮像装置のＦＯＶ７１６を向くようにわずかに上方に傾けられている。既存の器具が内視鏡用直線カッタの場合、この配列はさらに有用であり、その理由は、ＦＯＶが、直線カッタが推進されて切開操作を実行する方向の部位を撮像するためである。
【００６６】
図２０Ｂは、どのようにシースが収縮されて撮像装置７１２を既存の医療用ステープラ（または内視鏡用直線カッタ）に結合するかを示す本例示的実施形態の断面図を説明する。図２０Ｃに示した代わりの例示的実施形態７２０は、既存の医療用ステープラ（または直線カッタ装置）７０２の両側にどのように２つの撮像装置７１２が同様に結合されるかを説明しており、撮像装置および既存の器具の両方をすべり覆った後、加熱されて構成の周りに固く収縮させるシース７２２を用いている。既存の器具が医療用ステープラの場合、ステープル留めされる部位が撮像装置によって生成された画像内に任意選択として立体視野で見えるように、撮像装置の遠位端が固定ジョウおよび可動ジョウのより近位に配置されると本例示的実施形態は特に有用である。
【００６７】
本明細書に開示された思想がそれらを実施する好ましい形態およびそれらに対する変更形態と関連して説明されてきたが、下記の特許請求の範囲内で多くの他の変更形態が可能であることが当業者には理解されるであろう。したがって、これら思想の範囲は上記説明によって何ら限定されず、下記の特許請求の範囲を参照することによって完全に決定されるものとする。
【図１】
2011504782.tif 000003
【図２】
2011504782.tif 000004
【図３】
2011504782.tif 000005
【図４】
2011504782.tif 000006
【図５】
2011504782.tif 000007
【図６】
2011504782.tif 000008
【図７】
2011504782.tif 000009
【図８Ａ】
2011504782.tif 000010
【図８Ｂ】
2011504782.tif 000011
【図９Ａ】
2011504782.tif 000012
【図９Ｂ】
2011504782.tif 000013
【図１０】
2011504782.tif 000014
【図１１Ａ】
2011504782.tif 000015
【図１１Ｂ】
2011504782.tif 000016
【図１２】
2011504782.tif 000017
【図１３】
2011504782.tif 000018
【図１４Ａ】
2011504782.tif 000019
【図１４Ｂ】
2011504782.tif 000020
【図１５】
2011504782.tif 000021
【図１６Ａ】
2011504782.tif 000022
【図１６Ｂ】
2011504782.tif 000023
【図１７】
2011504782.tif 000024
【図１８Ａ】
2011504782.tif 000025
【図１８Ｂ】
2011504782.tif 000026
【図１９Ａ】
2011504782.tif 000027
【図１９Ｂ】
2011504782.tif 000028
【図２０Ａ】
2011504782.tif 000029
【図２０Ｂ】
2011504782.tif 000030
【図２０Ｃ】
2011504782.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月25日(2010.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像内のクロストークを回避しながら、複数の撮像装置によって生成された部位の複数の種々の画像を生成するシステムであって、
（ａ）複数の走査装置および複数の受光器を含む複数の撮像装置であって、各前記受光器は前記複数の走査装置の１つと関連づけられて前記複数の走査装置の前記１つによって照射された前記部位の領域から光を受け取り、各前記走査装置は前記走査装置へ光を伝達するために使用される光ファイバの遠位端に結合されているため、前記光は前記走査装置によって放射されて前記部位を照射し、前記受光器は前記部位の画像の生成に使用するために前記部位から光を受け取る、複数の撮像装置と、
（ｂ）光を前記走査装置へ複数の光ファイバを経由して供給するための少なくとも１つの光源と、
（ｃ）前記複数の受光器によって前記部位から受け取った光を使用して前記部位の複数の画像を生成するときに、前記複数の走査装置の１つによって放射された光が任意の他の前記複数の走査装置によって放射された光と干渉しないようにすることによって、前記複数の画像間のクロストークを防止するように前記部位を撮像するための手段と
を備えたことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光源からの光を、光ファイバを経由して前記複数の走査装置の選択された１つへ同時に向けるように制御される光スイッチをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記部位を撮像するための手段は、前記光スイッチに接続されるコントローラを備え、前記コントローラは前記部位の１つの画像だけが前記複数の撮像装置によって同時にキャプチャされることを許されるように前記光スイッチを制御し、それによって前記部位の画像がフレーム毎に時分割多重化されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の走査装置は所望の走査パターンで放射された光によって前記部位を走査し、その後別の走査を再開するために帰線期間が続き、前記コントローラは、第２の走査装置は帰線期間にある間、前記部位の領域を走査する第１の走査装置へ光が供給されるのを光スイッチが選択的に可能にするようにし、前記第１の走査装置が帰線期間にある間、前記部位の前記領域を走査する第２の走査装置へ光が供給されるのを前記光スイッチが選択的に可能にするようにすることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記部位を撮像するための手段は、少なくとも１つの光源からの光が、前記部位の領域を、同時にかつその時キャプチャされている単一の画素に対応するスポットの走査に十分な長さで走査している複数の走査装置のただ１つの走査装置に供給されるように、前記光スイッチを制御するコントローラを備え、それによって、前記部位の画像は、前記画像が同時にキャプチャされている各前記画像のただ１つの画素について画素毎にキャプチャされるように画素毎に多重化されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光源は複数の光源を備え、前記複数の光源の１つまたは複数の光源は前記複数の走査装置の１つのみによって使用され、１つまたは複数の波長帯の光を生成し、当該波長帯は、前記部位の共通部分を照射するための前記複数の走査装置のうち他の任意の走査装置によって使用される前記複数の光源のうち他の任意の光源によって生成された光の波長帯とは異なることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記部位を撮像するための手段は、前記複数の走査装置によって照射された前記部位の前記共通部分から光を受けている複数の受光器によって受け取った前記光をフィルタに掛けるために使用される複数の光学フィルタを備え、前記複数の光学フィルタの特定の光学フィルタは、特定の受光器と関連した前記走査装置によって放射された１つまたは複数の波長帯の光を通過させる一方、任意の他の走査装置によって放射された他の波長帯の光を遮断することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の光学フィルタは異なる偏光を有し、各前記走査装置によって放射された前記光は、前記走査装置と関連した前記受光器によって受け取った光をフィルタに掛けるために使用される光学フィルタの偏光に対応する特定の前記偏光を有し、特定の受光器に関連した前記走査装置によって放射された前記部位から受け取った光だけが、前記光に応答して生成される前記出力信号に基づいて前記部位の画像を生成するために使用されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記部位を撮像するための手段は、
（ａ）各前記走査装置に供給された光を異なって変調する光変調器と、
（ｂ）前記複数の受光器によって受け取った前記光に応答して生成された出力信号を復調して、前記部位から反射され前記複数の受光器によって受け取った前記光を生成した各前記異なる走査装置に基づいて、前記出力信号を分離する復調器であって、特定の受光器が関連する前記走査装置によって放射された光だけを使用して画像を生成する、復調器と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光変調器は、
（ａ）振幅変調と、
（ｂ）周波数変調と
から構成されるグループから選択される一種類の変調を用いて光を変調することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
部位を撮像して複数の画像を生成するために使用される複数の撮像装置によって生成された画像内のクロストークを回避する方法であって、
（ａ）光を少なくとも１つの光源から前記複数の撮像装置へ伝達するステップであって、前記複数の撮像装置は、複数の走査装置および複数の受光器を含み、各前記走査装置は、前記部位の照射に使用するための前記少なくとも１つの光源から光を伝達する光ファイバに結合され、各前記受光器は特定の走査装置と関連し前記部位から光を受け取る、ステップと、
（ｂ）前記光を各前記走査装置から放射して前記部位の少なくとも一部を照射するステップと、
（ｃ）前記複数の受光器によって前記部位から受け取った前記光に応答して、前記複数の画像を生成するのに使用するために受け取られた前記光を示す出力信号を生成するステップと、
（ｄ）前記１つの走査装置と関連した各前記受光器によって受け取った前記光を使用して前記部位の画像を生成するとき、前記複数の走査装置の任意の１つによって放射された光が任意の他の前記複数の走査装置によって放射された光と干渉しないようにすることによって、前記複数の前記受光器によって受け取った前記光を用いて生成された前記部位の前記複数の画像間のクロストークを防止するように前記部位の撮像を制御するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記制御するステップは、同時に前記走査装置のただ１つに選択的に光を供給し１つの画像だけが前記複数の撮像装置によって同時にキャプチャされるステップを含み、前記部位の前記画像がフレーム毎に時分割多重化されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記照射するステップは、
（ａ）各前記走査装置を用いて前記部位の一部を、所望の走査パターンで放射された光で走査するステップと、
（ｂ）各前記走査装置によって所望の走査パターンで走査を完了後、帰線期間中に開始位置へ戻って前記走査装置によって別の走査を再開するステップと
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御するステップは、光をただ１つの撮像装置に、同時にかつキャプチャされている前記部位の画像の単一画素に対応するスポットを走査するのに十分な長さを供給し、それによって前記部位の画像を、前記画像の１つのただ１つの画素だけを同時にキャプチャすることによって、画素毎に画素多重化するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
光を１つまたは複数の光源から前記複数の走査装置のただ１つに供給するステップをさらに含み、前記１つまたは複数の光源は１つまたは複数の波長帯域で作動し、各前記波長帯域は光を任意の他の前記複数の走査装置に供給する任意の他の光源とは異なり、前記制御するステップは、
（ａ）前記受光器に到達する光をフィルタに掛け、特定の受光器と関連した走査装置によって生成された光だけが前記部位の前記複数の画像の１つを生成するために前記特定の受光器によって使用されるステップと、
（ｂ）前記各走査装置に供給された前記光を異なる変調周波数で変調し、前記複数の受光器によって受けた光に応答して受けて生成された出力信号を復変調して、前記部位から反射され前記複数の受光器によって受けた前記光を放射した前記各異なる走査装置に基づく前記出力信号を分離し、所望の走査装置と関連した受光器によって受けた前記所望の走査装置からの光だけが使用されて前記複数の画像の１つを生成するステップと、
（ｃ）
（ｉ）振幅変調と
（ｉｉ）周波数変調と
から構成されるグループから選択される一種類の変調によって前記光を変調するステップと
から構成されるステップのグループから選択されるステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
2011504782.tif 000032